公路沉降段路基路面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

楊霖

（煙臺(tái)公路巡查支隊(duì)，山東 煙臺(tái) 264003）

0 引言

公路是城市發(fā)展的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，隨著城市化的快速發(fā)展，公路建設(shè)越來越受到人們的重視。為了達(dá)到安全文明的施工目的，在施工過程中要注意結(jié)合實(shí)際情況，不斷優(yōu)化沉降路段的整體結(jié)構(gòu)和形式。在施工設(shè)計(jì)中，將橋頭路堤、橋墩沉降量、通車時(shí)間等作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，可有效防止填土體位移、土體側(cè)移等問題，確保路橋沉降段結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。同時(shí)，還要保證施工的物料品質(zhì)，不斷提高路面排水效果，并對(duì)支架的長(zhǎng)度和強(qiáng)度進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，以保證路面的品質(zhì)和使用壽命，保證行車的穩(wěn)定性和安全性。

1 公路工程易發(fā)生沉降的路段位置

1.1 路橋連接處

路基、橋梁作為公路工程的主要結(jié)構(gòu)，其剛度、強(qiáng)度等力學(xué)特性有較大的差別，在連接時(shí)，很容易受到結(jié)構(gòu)特性、自然環(huán)境、車輛荷載等因素的影響，從而使路基與橋梁的連接處產(chǎn)生較大的沉降。當(dāng)汽車通過路基與橋梁的連接處時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)“跳車”，特別是在塌陷嚴(yán)重的部位，對(duì)高速行駛的汽車來說，很可能造成爆胎、翻車等嚴(yán)重的交通事故。由于公路和橋梁連接處的病害經(jīng)常不能得到及時(shí)的維修，會(huì)造成一系列的潛在危險(xiǎn)，從而導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的安全受到威脅，加大了交通事故的發(fā)生概率[1]。

1.2 高填方路基段

在公路的整體規(guī)劃中，要盡可能地避開一些特別的路堤，但要做到全線避開是困難的，因?yàn)楦咛罘降奶厥饴坊€是會(huì)有的。在施工中，高填方路基受其自重和自然沉降持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等因素的影響，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能完成，而且工程質(zhì)量難以精準(zhǔn)把控。在運(yùn)行期，由于受多種因素的影響，路面會(huì)產(chǎn)生不均勻的沉降和變形，加之養(yǎng)護(hù)不及時(shí)、處理不到位，將造成路基的損壞。因此，在公路工程中，必須充分考慮高填方段的路基沉降，合理選擇填筑材料，改善施工技術(shù)，嚴(yán)格控制工程質(zhì)量[2]。

1.3 填挖結(jié)合段

在路基路面施工中，填挖結(jié)合段也是容易產(chǎn)生沉降變形的地段，因?yàn)槁坊某尚涡问讲煌?，?huì)對(duì)原有的地形產(chǎn)生很大的影響，從而造成連接處的自然沉降幅度也不一樣。

比如，在高邊坡上設(shè)置階梯，在高邊坡填筑結(jié)合段進(jìn)行回填壓實(shí)的基礎(chǔ)施工中，一方面，由于臺(tái)階截面的影響，使填筑時(shí)的壓實(shí)度不夠，另一方面，由于高邊坡的方坡腳設(shè)計(jì)支撐力不足，很容易造成坡體的跛足，導(dǎo)致地面縱塌、變形，甚至崩塌，引發(fā)嚴(yán)重的交通事故。

1.4 軟土路基段

在公路全線施工中，由于地質(zhì)條件的制約，在自然孔隙大且多、穩(wěn)定性差、壓縮性強(qiáng)、含水率高的軟土路基路段，由于勘察條件受限、設(shè)計(jì)考慮不充分、施工處理不當(dāng)?shù)?，?dǎo)致工程質(zhì)量參差不齊，在長(zhǎng)期的荷載作用下，很容易發(fā)生路面開裂、路面沉降等病害，對(duì)公路運(yùn)營(yíng)帶來了極大的安全隱患。在軟土路基段的路基路面設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的因素，選擇更加合理、成熟、可靠、有效的處理方案，嚴(yán)格控制施工的各個(gè)環(huán)節(jié)，確保工程質(zhì)量符合高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量要求，保證車輛行駛的安全性[3]。

1.5 積水路段

在公路施工過程中，存在著許多影響公路施工質(zhì)量的因素，而水是影響公路施工質(zhì)量的重要因素。由于排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)或排水功能不完善，使路基土壤因大量的水滲入而變軟，導(dǎo)致路基的強(qiáng)度和承載力下降，從而引起路基的沉降，使路面產(chǎn)生坑洼積水，影響公路的平順性以及行車的安全性。因此，排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是公路路基鋪裝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

2 出現(xiàn)路基路面沉降的原因

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理

區(qū)別于普通路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，針對(duì)沉降段路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在差異性，需要基于實(shí)際情況具體分析[4]，根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的土壤條件，對(duì)塌陷區(qū)的支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

目前，一般采用的架板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法是采用鋼筋混凝土過渡和加筋土加固，從而達(dá)到控制路面剛性變化的目的。但在沉降段路基施工中，由于施工單位未采取科學(xué)、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而是一味地簡(jiǎn)化施工流程、降低施工成本，造成路面搭板結(jié)構(gòu)出現(xiàn)受力不均的現(xiàn)象，從而影響了路面和路基的正常使用。

2.2 地質(zhì)勘察、后期維護(hù)和氣候的影響

在進(jìn)行地基加固時(shí)，應(yīng)在進(jìn)行地質(zhì)勘察時(shí)做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。施工單位應(yīng)根據(jù)調(diào)研的成果制定相應(yīng)的施工對(duì)策。在實(shí)際工程中，應(yīng)確保鉆孔深度和有關(guān)地質(zhì)資料與實(shí)際工程需求相符。如果不能獲得準(zhǔn)確的資料，將對(duì)工程建設(shè)留下安全隱患。特別是在某些易受影響的地段，由于導(dǎo)流基礎(chǔ)比較薄弱，在基礎(chǔ)上鋪設(shè)的橋面會(huì)發(fā)生一定的傾斜[5]，一旦傾角達(dá)到某一程度，就有可能發(fā)生崩塌，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此必須加強(qiáng)對(duì)公路工程的監(jiān)督，確保消除安全隱患。設(shè)計(jì)人員應(yīng)適時(shí)地獲得有關(guān)資料，使其在設(shè)計(jì)上趨于科學(xué)化，特別是在后期維護(hù)過程中，要有技術(shù)上的指導(dǎo)。

此外，氣候的變化也會(huì)對(duì)公路造成很大的影響，如在暴雨的沖刷下會(huì)產(chǎn)生不同的腐蝕、在極端惡劣的氣候條件下路基的破壞速度也會(huì)加快等，這些都會(huì)對(duì)地基基礎(chǔ)強(qiáng)度產(chǎn)生致命的影響。

3 公路沉降段路基路面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)探析

3.1 公路沉降段軟基施工的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在公路沉降路段，路基路面的設(shè)計(jì)應(yīng)從多個(gè)角度綜合考慮，為以后的公路建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[6]。此外，對(duì)路基的設(shè)計(jì)還需要進(jìn)行詳細(xì)的分析，以確定相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。由于軟基施工的穩(wěn)定性對(duì)路基工程的施工質(zhì)量有很大的影響，因此，在公路建設(shè)中，必須注意軟基的施工效果，通過加強(qiáng)軟基的穩(wěn)定性，從而避免路基沉降。在工程建設(shè)中，通常采用爆破法對(duì)地基進(jìn)行加固，但是如果采用的方法不合理，也會(huì)對(duì)地基造成破壞。而且，爆破法雖然能讓地基的穩(wěn)定性在短期內(nèi)得到提升，但也會(huì)對(duì)地基造成損傷，降低路基的強(qiáng)度，由于外界的影響，加之長(zhǎng)時(shí)間的使用，最終導(dǎo)致路基發(fā)生沉降[7]。因此，對(duì)軟弱地基的處理應(yīng)從穩(wěn)定性、沉降等幾個(gè)方面加以考慮，具體的處理辦法有兩種：一是進(jìn)行沉降計(jì)算，二是允許工后沉降。

沉降計(jì)算又細(xì)分為分層總和法、應(yīng)力面積法、彈性理論法、壓縮曲線法。工后沉降的標(biāo)準(zhǔn)則為：路基與路基的鄰接處≤0.1～0.2m；涵洞和隧道處≤0.2m；一般路段≤0.3～0.5m。在固結(jié)應(yīng)力計(jì)算中，可采用快速剪切等方法進(jìn)行穩(wěn)定性試驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上確保安全系數(shù)F＞1.2，在地震等因素的作用下，可以減小安全系數(shù)F，減小范圍為0.1。在進(jìn)行地基加壓時(shí)，要特別注意地基中心面的沉降率，如果沒有特別的條件，則以10～15mm/d 為宜。在施工過程中，路基的中心面會(huì)出現(xiàn)沉降，必須確保地基的中心地面沉降速度達(dá)到10mm/d，達(dá)到這一要求，方可進(jìn)行下一步的填筑。固結(jié)區(qū)的預(yù)壓期為10～12 個(gè)月，復(fù)合地基處理為3～6 個(gè)月。當(dāng)月的沉降速度在5mm/d 以內(nèi)，這種情況可以維持兩個(gè)月，然后卸荷，之后即可進(jìn)行管道和公路的施工。

3.2 優(yōu)化搭板施工工藝

采用搭板技術(shù)的施工項(xiàng)目雖然比較復(fù)雜，但其既能處理車輛的荷載，又能處理公路與橋梁的位移。在公路施工的后期，由于車輛荷載的影響，導(dǎo)致路面的厚度分布不均，對(duì)施工和維護(hù)帶來了極大的不便，使得搭板施工變得更為復(fù)雜。在施工中，要科學(xué)地控制搭板的高度，使其與路面保持相對(duì)的平衡和穩(wěn)定性[8]。在橋梁和公路建設(shè)中，應(yīng)該通過設(shè)置控制臺(tái)和橋架來解決公路與橋梁的連接問題，并且保證路面的高度與橋面保持一致。另外，雖然實(shí)際施工與設(shè)計(jì)方案存在一定的差別，會(huì)造成后期的坡度，但是，公路與橋梁的連接部位應(yīng)該是一致的。所以，在確定公路與橋梁沉降差異的基礎(chǔ)上，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，以保證其平穩(wěn)性。

3.3 選擇合適的路基填方材料

高填方路基易發(fā)生塌方，其原因在于填方材料的壓縮性很大，所以要合理地選擇填方材料，例如，填土路基應(yīng)選用等級(jí)好的粗顆粒土，分層填方；而填石路基一般不會(huì)發(fā)生塌陷，但要選用堅(jiān)固、不易風(fēng)化的石料。砌石地基的頂寬、高度和傾角都要進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，在地質(zhì)情況發(fā)生變化時(shí)，要采取分段設(shè)計(jì)的方法，科學(xué)設(shè)置沉降縫。對(duì)于邊坡地段的填筑路基，應(yīng)采取相應(yīng)的加固措施，例如，設(shè)置護(hù)腳石，以防止填土路基沿著斜坡滑落。此外，路基填筑材料應(yīng)具有良好的抗水穩(wěn)定性，在水量增加時(shí)不會(huì)發(fā)生明顯的變化，從而確保結(jié)構(gòu)的總體穩(wěn)定。

3.4 科學(xué)設(shè)計(jì)路基路面結(jié)構(gòu)

路基路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否科學(xué)，直接影響到路基、路面結(jié)構(gòu)的承載能力和強(qiáng)度，以及行車的安全性和穩(wěn)定性。

根據(jù)以上分析，公路路基的沉降區(qū)多位于路橋連接部位、軟土路基地段和高填方路基段。在公路連接部位，可采用混凝土搭板和土工格柵的形式，使其實(shí)現(xiàn)從柔性到剛性的過渡；在橋梁連接部位，可采用橋頭搭板的設(shè)計(jì)方法，可以防止橋面塌陷，并對(duì)在此區(qū)域通行的車輛起到緩沖的作用，從而避免了橋面的跳車問題。在軟弱地基上進(jìn)行路基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮到軟弱地基的處理深度和軟弱地基的物理和力學(xué)性能，采用固化、換填、樁基等多種有效的加固措施，可以提高地基的承載力，保證路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，預(yù)防沉降問題。對(duì)于高填方路基，一般采用換土復(fù)填、注漿、添加固化劑、布設(shè)土工格柵、粉噴樁、錨桿微型梁豎向微型樁聯(lián)合體等方法解決沉降問題。

4 結(jié)語

在公路工程中，對(duì)于路基路面的沉降，必須引起設(shè)計(jì)、施工雙方的高度重視，并在設(shè)計(jì)和施工過程中進(jìn)行深入的探討，以保證在巖溶、膨脹、濕陷黃土、凍土等軟弱地質(zhì)條件下，能有較好的解決方案，確保路基強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性滿足要求，避免因材料、結(jié)構(gòu)等原因造成的不均勻沉降，從而提升路基路面的施工質(zhì)量，進(jìn)一步推動(dòng)我國公路建設(shè)事業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

3.5 選擇合適的路面施工材料

路面結(jié)構(gòu)一般由面層、基層和墊層構(gòu)成。墊層必須達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和抗壓能力，否則會(huì)在水力作用下發(fā)生沉降變形。而基層作為路面承載結(jié)構(gòu)的主體，必須滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、抗凍性、水穩(wěn)定性以及擴(kuò)散荷載的能力等條件，為確保荷載的轉(zhuǎn)移與擴(kuò)散，下部結(jié)構(gòu)的寬度應(yīng)大于上部結(jié)構(gòu)。根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，路面分為高等級(jí)、次高等級(jí)、中等級(jí)、低等級(jí)四個(gè)級(jí)別，不同級(jí)別的路面對(duì)材質(zhì)都有一定的要求，必須嚴(yán)格按照規(guī)范施工。在設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意，在面層材料的選擇上，瀝青混凝土和水泥混凝土適合所有等級(jí)的公路，從經(jīng)濟(jì)性考慮，主要用于高等級(jí)公路，其他如礫石、碎石、泥土等，主要用于中、低等級(jí)公路。

3.6 做好半挖半填式路基設(shè)計(jì)

半挖半填式路基是公路橫斷面形式的一種，兼有路堤和路塹的特點(diǎn)。在陡坡施工中，半挖半填式路基是常用的形式。如果填方量較少，邊坡擴(kuò)展面積大，不宜修建路堤時(shí)，可采用肩部作為支承結(jié)構(gòu)，應(yīng)注意肩部材料的防水性能，通常采用片石砌筑。

3.7 優(yōu)化排水設(shè)計(jì)

水對(duì)路面的品質(zhì)有很大的影響，所以優(yōu)化路面的排水設(shè)計(jì)也很有意義。公路上的積水主要是由于設(shè)計(jì)的不合理，導(dǎo)致公路周圍的水流不能順暢流動(dòng)，長(zhǎng)期下去，積水就會(huì)滲透到路面之下，從而影響路基結(jié)實(shí)度，進(jìn)一步引發(fā)公路塌陷問題。不同類型的公路，其設(shè)計(jì)內(nèi)容也不盡相同，因此，在進(jìn)行路面排水設(shè)計(jì)時(shí)，必須深入施工現(xiàn)場(chǎng)，確保所采用的資料與實(shí)際情況相差不大，并明確可能出現(xiàn)的積水部位及對(duì)排水不利的外部建筑，確保排水涵洞設(shè)計(jì)合理，以提升公路排水效率。

對(duì)于降雨較多的地區(qū)，可以采用設(shè)置截水槽、排水溝等措施，避免路面積水。在有條件的情況下，可以采用橫向設(shè)計(jì)的方法提高排水能力。例如，可將排水溝的水平斜率調(diào)節(jié)至1.5%～2%，使其稍高于公路的水平斜率，以加速排水。橋面的設(shè)計(jì)也很重要，一般以2%的坡度為宜，具體的需求要視情況而定。此外，在鋪裝層的底部應(yīng)布置防水層，使?jié)B漏的雨水能直接流入排水系統(tǒng)，而不會(huì)對(duì)路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響。