山區公路高填方段不均勻沉降及防治技術探討

摘要 山區公路受地形、環境、技術、工期等各方面因素影響，施工質量控制難度較大，尤其對于高填方段路基處理不當，極易產生路基坍塌、工后沉降等質量病害，威脅行車安全，縮短使用年限。鑒于此，文章結合某山區公路工程實踐，針對高填方段不均勻沉降及防治技術展開綜合探究，系統分析了山區公路高填方路基不均勻沉降的形成原因，并提出了針對性防治措施。通過實際工程應用，該公路高填方段路基工后沉降符合設計要求，效果顯著。

關鍵詞 山區高填方；路基工程；不均勻沉降；防治技術

中圖分類號 U416.1 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）05-0135-03

0 引言

近年來，隨著科技的高速發展，山區公路工程建設日益完善，促進了區域經濟文化交流與發展。山區公路施工受地形和環境等因素影響，普遍存在高填深挖和半填半挖路基，極易導致路基失穩，產生工后沉降，從而引發公路路面病害，影響正常使用，縮短使用年限。為此，該文依托工程實際，結合山區公路基本特征，全方位分析高填方路基不均勻沉降形成原因，并提出了針對性防治措施，對提高山區公路高填方路基施工技術水平，保證山區公路建設質量具有重要意義。

1 工程概況

某山區公路改擴建工程，總里程25.07 km，部分路段以原始道路為基礎進行施工，施工中以每5 km為施工段組織施工，工程概況如表1所示。該公路路基部分區域為高填方路基，各施工段路基高依次為8 m、13 m、15 m、20 m、25 m，路基填料類型主要包括填土路基、土石混合路基和填石路基等。道路全線地基以軟、硬質基巖為主，整體狀況良好，未產生沉陷和軟弱地基，實際施工時，需對軟巖部位實施處理。

2 山區公路高填方路基不均勻沉降的成因

公路路基沉降主要包含兩種形式：①地基受路基重力作用影響發生固結壓縮變形；②路基結構自身固結壓縮變形。公路路基壓實施工主要通過分層碾壓完成，碾壓過程中路基土所受輪載最大，其形變量也最大，但地基土壓實度較低。路基壓實后，沉降主要通過地基土固結壓縮變形形成[1]。結合山區公路具體狀況，實際施工中影響路基不均勻沉降的因素較多，引發高填方路基不均勻沉降的因素主要包括壓實度不足、工期過短、填料特性、填筑高度等，具體情況如下：

2.1 壓實度不足

壓實度不足是造成路基沉降最直接的因素，也是最普遍的現象。路基施工中，路基兩側壓實度普遍低于中間部位，因此其沉降發生部位主要位于邊坡區域。在行車荷載及外部環境共同影響下，路基與行車道之間產生較大沉降差，引發路基開裂、沉降等質量病害。后續經雨水滲透作用，水體沿縫隙侵入道路結構內部，在車輛荷載持續作用下，導致路面結構產生大規模破壞，嚴重影響道路結構承載性能，縮短使用年限[2]。

2.2 工期較短

路基沉降是長期不斷發展的過程，施工中不可能完全沉降到位。充足的自然沉降時間是確保路基穩定，防止工后沉降的關鍵條件，但由于山區公路高填方路基填筑困難，工期較緊，路基自然沉降時間較短，導致高填方路基在未沉降到位的條件下便開始后續施工，加劇路基工后沉降風險，對基層、面層造成破壞，影響公路整體質量[3]。

2.3 工后沉降

山區公路高填方路基不均勻沉降主要包括施工期沉降和工后沉降兩部分。施工期沉降具體指的是路基填筑過程中通過壓實機械碾壓造成的沉降。而工后沉降主要是指路基施工完成后，經土體自重及車輛荷載反復作用造成的地基沉降。

山區公路高填方路基施工中普遍存在工后沉降現象，且難以控制。土體作為典型的塑性材料，當其內部構造被破壞后，無論采取何種壓實機械，均無法達到完全密實的程度，施工后必定會產生一定程度沉降。結合工程實踐經驗，高填方路基經壓實處理后，受環境及車輛荷載共同影響，會產生固結壓縮變形，從而造成不均勻沉降。該山區公路工程路基為典型的高填方路基，其填料以石塊、土石混合料為主，路基填筑完成后，極易產生因自重變化造成的不均勻沉降。采取必要措施對其進行處治，可顯著降低沉降量[4]。

2.4 土體自重

天然地基在自身重力作用下，其沉降已基本完成，但在其上方填筑路基時，由于地基重力作用增大，會嚴重影響地基整體構造，造成地基沉降變形增大。路基土自重造成的沉降由土體自身特性及填筑高度決定。結合該山區公路現場情況可知，現場高填方路基較多，且填方高度超過20 m的區域達3%左右，因此，必須高度重視高填方段土體自重導致的不均勻沉降[5]。

2.5 路基填料

路基填料直接決定路基沉降狀況，相同地基及填筑高度情況下，3種路基填料沉降量為石方路基＞土石混填路基＞填土路基，主要是因為土體變形模量較小，因此填筑效果最佳。但就綜合效益而言，盡管填土路基效果最佳，但成本相對較高。因此，為最大限度保證山區公路建設的綜合效益，一般采用土石混合材料進行路基填筑[6]。

2.6 填筑高度

通常狀況下，當地基性質與填料性質一致時，路基填筑高度越高，其沉降量越大。結合試驗數據能夠看出，隨著填方高度的不斷增加，路基沉降速率顯著增大。由此可見，填筑高度對路基沉降量具有重要影響。數據顯示，當填筑高度由15 m增至20 m時，其沉降量增大50%，充分表明填筑高度超過15 m后，路基沉降量對填筑高度較為敏感[7]。

2.7 地基性質

通過相關研究發現，在路基填料、填方高度相同的條件下，軟質基巖地基沉降量顯著高于硬質地基，具體情況如表2所示。主要是因為硬質基巖彈性模量相對較高，抗變形能力更大，但由于二者彈性模量比較接近，其沉降量基本相同。

3 山區高填方路基不均勻沉降防治措施

3.1 高填方路基不均勻沉降分級

按照《公路路基施工技術規范》（JTG/T3610—2019）相關規定，高填方路基不均勻沉降分級如表3所示。

根據該山區公路具體狀況，將其評定為不均勻沉降“中級”，應采取必要措施進行處理。

3.2 土工格柵法

土工格柵能有效解決新舊路基結合部位的不均勻沉降問題，設置土工格柵能顯著增大土體間的摩擦作用，增強路基承載性能，提高穩定性，防止反射裂縫。該方法具有施工簡便、效率高和效果好等優點。路基加鋪土工格柵可有效分散土體應力作用，實際施工中應科學確定格柵布設位置及間距，確保設置的合理性。山區公路高填方路基擴建時，路基拼接位置應力作用最大，經行車荷載持續作用導致新舊路基結合部位產生不均勻沉降，路面基層底部拉應力顯著增大，產生較為嚴重的反射裂縫，降低道路承載性能、縮短運營年限。實際施工中，可將土工格柵布設于基層底部應力較為集中部位，如新舊路基結合部位等，可顯著降低基層底部拉應力，避免不均勻沉降產生，從而防止路面開裂、坑槽等質量病害[8]。

3.3 設置分隔墻

山區公路高填方路基改擴建施工中，通過設置分隔墻可顯著降低新舊路基結合部位的不均勻沉降。其主要特征如下：一是設置分隔墻可有效控制道路橫坡變化。根據該山區公路現場實際情況，在對路基實施拓寬處理時，會在一定程度上增大原始道路橫向坡度，增大行車安全風險。通過設置分隔墻可顯著降低道路橫坡增加幅度，最大限度保證行車安全性、高效性。由于該山區公路不均勻沉降等級為“中級”，且地基特性以軟、硬質基巖為主，不存在軟弱地基條件，路基變形模量相對較大，因此確定采用強夯法對該山區公路地基實施處理。二是結合該山區公路實際情況，在新舊路基結合處及地基強度達不到設計要求部位均應設置分隔墻。通過設置分隔墻可顯著降低原始路基中心豎向沉降，防止新、舊路基結合部位產生不均勻沉降。三是設置分隔墻可最大限度降低新、舊路基結合部位的沉降差。根據該山區公路實際情況，因工后沉降原因造成的高填方路基不均勻沉降，設置分隔墻能顯著降低道路中心線11.5 m半徑范圍內的不均勻沉降，其降幅可達40%。

3.4 強夯法

強夯法主要是通過吊裝設備將夯錘提升至一定高度，通過夯錘自身重力作用自由下落夯擊土體，使土體強制壓密，增強土體強度，是較為常用的路基加固方法。強夯法加固地基主要包括動力夯實和動力固結兩種形式。動力夯實主要應用于孔隙及粒徑較大的非飽和土地基加固。由于非飽和地基土內部孔隙較大，孔隙中存在大量空氣，通過動力夯實形成較大動應力及沖擊作用，快速排除地基土內部空氣，縮小內部孔隙，從而達到被夯實的目的。地基經動力夯實處理后，土體頂部變形模量顯著增大，承載能力大幅度提升。動力固結主要應用于粘性土地基，采用強夯法進行地基加固時，夯錘在自身重力作用下豎直進入土體，夯錘與土體接觸時會產生較大沖擊作用，形成強大應力波，破壞原始地基土體結構，使土體壓縮變形。同時，在應力波作用下，部分地基土產生液化，形成大面積裂縫，加速內部水體排出，從而消除土體內部孔隙水壓力，產生固結變形[9]。

3.5 加強高填方路基沉降觀測

山區公路施工環境復雜、施工空間有限，普遍存在高填深挖和半填半挖路基，極易導致路基失穩，產生工后沉降，從而引發公路路面病害，影響正常使用，縮短使用年限，加強高填方路基沉降觀測具有重要意義。制定科學有效的路基沉降監測方案，配備專業的檢測設備，實現高填方路基沉降的動態監測，有效提升監測結果的準確性。

由于環境、地形、氣候等各方面因素影響，各高填方路基特征存在顯著差異，所采取的沉降觀測手段也不盡相同。在對該山區公路高填方段路基實施沉降監測時，應全面結合工程實際情況，制定科學有效的監測方案。現階段，在對高填方路基實施沉降觀測時，通常采用沉降板進行觀測。該設備可準確、直觀地反映監測位置路基沉降情況，以便及時、高效地對監測位置沉降情況進行評估；對于地質條件較為復雜的部位，還應根據現場實際情況，合理布設孔隙水壓力計、應變片、測斜管等設備[10]。監測頻率時，當填方高度與堆載預壓高度接近時，應分層回填，分層監測。路基填筑停工階段，應每7 d監測一次。預壓階段。初期每7 d監測一次，中期每10 d監測一次，后期每14 d監測一次。路面施工時，應分層監測。運營階段，初期時14 d監測一次；后期：30 d監測一次。

沉降程度不同，其檢測精度、等級不同。①針對沉降較小路段、地基預壓后期、路面施工及運營期等，采用二等水準精度，精度為1～2 mm，沉降速度不超過5 mm/月；②路基填筑及預壓前期，采用三等或四等水準精度，精度為2～3 mm。

4 結論

綜上所述，該文結合某山區公路工程實踐，系統分析了山區公路高填方路基不均勻沉降的形成原因，并提出鋪設土工格柵、設置分隔墻、強夯法加固及加強沉降觀測等一系列防治措施。通過各項加固措施的聯合應用，該工程各項技術指標均滿足設計要求，順利通過竣工驗收，并取得了顯著的經濟和社會效益，充分證明該路基沉降防治技術具有較高的科學性和可行性，值得積極推廣應用。

參考文獻

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