濕陷性黃土地區(qū)橋頭路基不均勻沉降的原因及處治措施

樊宏剛

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730010）

0 引言

黃土一般分為非濕陷性黃土和濕陷性黃土。而濕陷程度可以進一步分類，根據(jù)黃土濕陷變形量可劃定非自重濕陷Ⅰ、Ⅱ級，自重濕陷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級[1]。濕陷性黃土是一種浸水后土體結(jié)構(gòu)破壞而發(fā)生顯著變形的土[2]，土體變形往往是由上覆土層的重力或在自重應力和附加應力的共同作用下形成的。與其他土質(zhì)相比，這類土體結(jié)構(gòu)疏松，土質(zhì)均勻，孔隙較發(fā)育，土體干燥時，強度往往較高，不易壓縮，但如果受水浸濕，在一定壓力下土體結(jié)構(gòu)則會迅速破壞，產(chǎn)生較大的附加沉降，強度也會迅速降低。

在濕陷性黃土地區(qū)建設公路橋梁中，一定要重視橋頭路基的不均勻沉降，這是公路工程的質(zhì)量通病之一，會影響著公路的正常運行。本文就此深入分析橋頭路基不均勻沉降產(chǎn)生的原因，并針對性地采取處治措施，以減少工后沉降，保證行車舒適性，提高公路服務水平。

1 濕陷性黃土地區(qū)公路橋頭路基不均勻沉降的原因分析

濕陷性黃土地區(qū)公路橋頭路基沉降主要表現(xiàn)為兩類：

（1）路基填土本身的壓縮沉降，隨著時間的增長和行車荷載的作用，路基填土完成固結(jié)，結(jié)構(gòu)越來越致密，引起沉降；

（2）路基底部原地基的沉陷，主要是原地基的承載力不足，在路基重力作用下導致的沉陷。

無論是哪一種沉降，都離不開水的作用，黃土遇水之后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞，引起沉陷，地基承載力相應降低，導致沉降病害的產(chǎn)生。因此，濕陷性黃土地區(qū)橋頭路基排水設施不完善導致路基或地基浸水濕陷，是引起橋頭路基不均勻沉降的根源，具體原因可以從不同角度進行分析。

1.1 橋頭路基過渡段滲水

濕陷性黃土地區(qū)路橋過渡段滲水是引起路基不均勻沉降的主要因素，而橋頭排水設計一直是建設過程中的一個薄弱環(huán)節(jié)，未能引起公路建設者的足夠重視，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）過渡段路基邊緣或邊坡坡面防護構(gòu)造物排水設計不完善或施工缺陷，導致路面匯水不能及時排離而滲入路基，引起路基的不均勻沉降。

（2）由于路橋銜接處縫隙不可能消除，位于下坡段的橋頭路基，路面匯水沿縱坡排向橋頭滲入路基，導致路基填土浸水引起沉降。

（3）橋下鋪砌或排水渠與橋臺接縫處施工不完善導致雨水下滲，而橋臺基坑回填壓實度難以保證，水分通過橋臺基坑滲入臺背路基或地基，引起黃土地基濕陷沉降。

（4）橋頭搭板在施工過程中未保持平整，公路通車運營后在行車荷載的反復作用下，搭板與基層接觸面應力集中，導致路面基層破損，路面面層開裂浸水，引起過渡段路基不均勻沉降。

（5）柱式橋橋前錐坡處浸水，水分通過橋頭錐坡填土橫向滲入臺背路基（如圖1所示），引起臺背路基填土含水量過大，浸水濕陷沉降。

圖1 柱式橋橋臺錐坡處滲水示意圖

（6）路基坡腳排水設施不完善或缺陷（如圖2所示），地表匯水滲入黃土地基，引起地基濕陷沉降。

圖2 排水設施不完善引起路基沉降示意圖

1.2 地基勘察設計不到位

工程勘察過程中，布置鉆孔過少或?qū)嶒灁?shù)據(jù)不充分，未能準確判定黃土濕陷性等級或場地類別，導致在設計中對濕陷性地基處理措施不當甚至遺漏，成為橋頭路基沉降的另一個主要因素。

1.3 路基填料控制不當

（1）路基填料存在一些其他雜質(zhì)，比如路基填料中摻雜了劣質(zhì)土，如腐殖土、泥沼土等，導致填料不純，這類土強度低，水穩(wěn)性差，在雨季易引起路基變形或沉陷破壞；（2）不同土性質(zhì)不同，如果填筑方法不當或含水量控制不佳，碾壓成型后易造成不均勻沉降。

1.4 施工過程質(zhì)量監(jiān)測不到位

在施工過程中，由于天氣、施工工藝、實際地形及工期等因素，對路基過渡段的施工順序、填料級配及含水量、壓實度等未進行嚴格控制，施工中隱蔽工程的質(zhì)量監(jiān)測不過關(guān)，也給橋頭路基不均勻沉降埋下了隱患。如部分橋頭路基過渡段位于縱、橫向填挖交界處或U型橋臺等，工作面較小，施工過程中其壓實度往往難以保證，所以路基會在工后產(chǎn)生較大沉降，行車荷載反復作用下會產(chǎn)生較大變形，影響行車的舒適度甚至運行安全。

2 濕陷性黃土地區(qū)橋頭路基不均勻沉降的控制措施

2.1 濕陷性黃土地基處治

根據(jù)相關(guān)公路設計規(guī)范[3-4]中對濕陷性黃土地基處理深度的要求，按地勘報告揭示的橋頭地基濕陷性等級情況，可選擇不同的方法進行處理，比如換填灰土墊層、強夯或擠密樁等。

2.2 橋臺臺背路基排水設計

由于黃土遇水濕陷是引起黃土地區(qū)橋頭路基不均勻沉降的根源，因此完善的防排水設計至關(guān)重要。

（1）填方路基邊緣根據(jù)路拱橫坡設置攔水帶匯集路面水，通過邊坡急流槽排入路基坡腳排水溝，盡可能杜絕路面水通過路基邊緣滲入路基；路肩處均設置碎石排水層，以排除路面下滲至封層頂面的滯留水，路肩邊緣排水設計示意圖如圖3所示。

圖3 路肩邊緣排水設計示意圖

（2）填方骨架護坡設置泄水槽，這樣方便坡面的匯水能夠迅速排離路基；在防護工程施工時，要銜接好邊坡急流槽，使路面水順利排走。

（3）在柱式、肋板式橋臺臺背耳墻范圍內(nèi)設置級配碎石排水層，臺帽底設置級配碎石盲溝，以排出臺背積水。

（4）施工時，對于橋頭搭板底部的路基，要嚴格把關(guān)其平整度和壓實度，確保搭板坐實，不留懸空。

（5）柱式臺橋頭錐坡采用全封閉式現(xiàn)澆C20混凝土護坡防護，護坡內(nèi)設置防裂鋼筋網(wǎng)防止混凝土開裂破損，避免雨水滲入路基。

（6）路基坡腳設置縱向排水溝，邊坡急流槽必須順接至排水溝，為方便排水，坡腳護坡道必須夯拍密實，并設置向外3%的橫坡；排水溝外側(cè)迎水面設置灰土隔水墻，防止地表匯水通過排水溝底部滲入路基，如圖4所示。

圖4 路基坡腳灰土隔水墻及排水溝示意圖

2.3 路基壓實度控制和填料的選擇

在濕陷性黃土地區(qū)，砂、礫類土往往較為匱乏，一般路基大多采用黃土填筑，而石灰改良黃土具有水穩(wěn)性好、強度及剛度大、沉降小、便于施工等特性，因此采用石灰改良黃土填筑路橋過渡段可達到較好的效果。

過渡段路基壓實度要求不低于96%，原地面以上路基填料每填筑1m采用高速液壓夯實補強，不留死角，確保臺背各部位壓實度均滿足規(guī)范要求。

2.4 合理設置過渡段長度

參照《公路路基設計規(guī)范》[3]，過渡段長度按L=（2～3）H+（3～5）m計算，式中H為路基填土高度，設計及施工中必須保證過渡段長度滿足規(guī)范要求。

2.5 加強施工管理

在施工中應采用成熟的施工工藝，嚴格按照施工順序合理配料。首先，路基過渡段大面積施工時要不斷抽查，以規(guī)范施工行為，保障施工質(zhì)量。然后，在壓實階段，由于過渡段一般較為狹窄，對于碾壓機無法徹底、充分碾壓的區(qū)域，要采用人工夯實或高速液壓補強壓實，確保過渡段施工質(zhì)量合格。

3 工程實例

3.1 工程概況

甜永高速路按照雙向四車道高速公路標準建設，路基寬度25.5m，設計速度80km/h，荷載等級為公路-Ⅰ級。蘆草灣大橋N號、0號橋臺背過渡段地基濕陷等級為Ⅲ級（嚴重），濕陷厚度15m。

3.2 蘆草灣大橋臺背路基綜合處治措施

蘆草灣大橋臺背路基綜合處治方案示意圖見圖5，具體措施分析如下。

圖5 蘆草灣大橋臺背路基綜合處治方案示意圖

（1）濕陷性黃土地基處治。根據(jù)黃土地基濕陷性等級及需要處理的深度范圍，對本段橋頭路基采用灰土擠密樁處理?；彝翗稑渡聿捎?:8灰土，樁位呈等邊三角形布置，樁徑0.4m，樁中心距1m，樁長6m，路基坡腳線外2m以內(nèi)的范圍均應處理。施工試樁時，具體樁間距由當時黃土的干密度和所需的最大干密度確定。樁長根據(jù)地表水和施工水滲透影響范圍內(nèi)濕陷性土層確定[4]。

（2）路基填料及壓實度控制。橋頭路基過渡段采用5%灰土填筑，壓實度要求不小于96%，原地面以上路基填料每填筑1m壓實至設計要求后采用高速液壓夯補強壓實，確保臺背各部位壓實度均滿足規(guī)范要求。

（3）橋頭錐坡封閉式防護及相關(guān)排水設計。橋頭錐坡采用全封閉式現(xiàn)澆C20混凝土護坡防護，護坡內(nèi)設置Φ6 鋼筋網(wǎng)防止混凝土開裂破損，避免雨水滲入路基。橋臺臺背耳墻范圍內(nèi)設置60cm 厚級配碎石排水層，排水層與路基銜接面包裹一層透水土工布，臺帽底面設置50cm×60cm級配碎石橫向盲溝，盲溝兩側(cè)及底部包裹復合土工膜防止?jié)B水，盲溝中下部埋設100mm 軟管以排離臺背積水。

3.3 處治效果檢測

灰土擠密樁成樁28d后，選定蘆草灣大橋臺背有代表性的試驗點開展靜載試驗，檢測復合地基承載力，結(jié)果見表1。靜載試驗分級加載，最大加載值為400kPa。

表1 試驗點單樁復合地基靜載試驗結(jié)果

通過檢測，灰土擠密樁復合地基在2倍設計荷載加載情況下，最大沉降量為13.92mm，滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。通過復合地基承載力靜載試驗，最大加載量可增加到400kPa，在加載過程中沒有發(fā)現(xiàn)沉降突變等現(xiàn)象，即地基承載力極限值可取400kPa，單樁復合地基承載力可取其1/2值，即200kPa。

4 結(jié)束語

通過對濕陷性黃土地區(qū)路基不均勻沉降產(chǎn)生的原因進行深入分析，從設計、施工、監(jiān)理等方面提出了相應的對策，并以具體工程為例，總結(jié)了濕陷性黃土地區(qū)公路橋頭路基過渡段的綜合處治措施。通過試驗檢驗及觀測，結(jié)果均滿足設計及規(guī)范要求，說明該綜合處治措施對于濕陷性黃土地區(qū)橋頭路基是適宜的，也是成功的，可為類似地區(qū)提供借鑒。