路基路面沉降的原理與施工控制技術(shù)

任黎明 劉凡

（山東宇通路橋集團有限公司， 山東 廣饒 257300）

對于公路工程來說， 若出現(xiàn)路基路面沉降問題會導(dǎo)致公路結(jié)構(gòu)受到破壞， 車輛通行舒適性、 安全性就會受到影響。 由于沉降范圍大小所產(chǎn)生的病害類型也是不同的， 若不及時采取科學(xué)的處理方法進行修復(fù)，就會使得病害問題擴大， 嚴(yán)重時還會出現(xiàn)局部坍塌等安全事故。 因此， 對路基路面沉降機理進行分析， 總結(jié)出科學(xué)有效的控制技術(shù)意義重大。

1 路基路面沉降的危害

1.1 縮減路基路面使用年限

公路在長期運行中， 由于自身荷載以及車輛荷載持續(xù)作用之下， 路基表面會出現(xiàn)蠕變的問題， 而實際上蠕變的速度是比較緩慢， 所以短時間內(nèi)不會給路面結(jié)構(gòu)的質(zhì)量產(chǎn)生任何的影響。 但是對于整個工程的路基路面來說， 最為關(guān)鍵的位置時橋梁和道路的連接部分， 因為剛度性能有明顯的差異， 所以并不會出現(xiàn)蠕變的問題， 因此， 原先平坦的路面出現(xiàn)了差異性的沉降問題， 隨著沉降日益嚴(yán)重， 在車輛經(jīng)過該位置之后會發(fā)生跳車的問題， 原路面長期受到動荷載的持續(xù)作用，不均勻沉降問題更加的嚴(yán)重， 使用壽命縮短明顯。

1.2 增大交通事故發(fā)生概率

車輛在路面行駛時， 跳車現(xiàn)象比較常見， 一般都是在路基路面沉降路段內(nèi)出現(xiàn)。 高速公路是哪個車輛行駛速度是非常快的， 即使是很小的沉降差也會導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。 從大量的實際經(jīng)驗分析可以發(fā)現(xiàn)，如果橋梁和道路路面接觸的部位出現(xiàn)了沉降差在15mm以上， 在車輛行駛時就會導(dǎo)致跳車問題的發(fā)生，車輛行駛安全無法保證， 誘發(fā)安全事故， 威脅人們的生命與財產(chǎn)安全。 由此可見， 高速公路出現(xiàn)沉降差的問題， 會誘發(fā)比較嚴(yán)重的交通事故問題， 發(fā)生率升高比較明顯， 產(chǎn)生極大的危害， 所以要充分的重視這種病害問題。

2 路基路面沉降原因分析

在公路項目建設(shè)環(huán)節(jié)中， 對于道路建設(shè)要求非常高， 因此路基變形問題要做好控制。 相對于軟土路基來說出現(xiàn)變形問題主要是以路基沉降形式體現(xiàn)的。 路基沉降不僅會導(dǎo)致路基結(jié)構(gòu)受到破壞， 同時還會是的路面結(jié)構(gòu)破壞， 其破壞形式主要有橋頭跳車、 車轍、 起拱、 坑槽等類型， 以下對常見的沉降原因進行詳細(xì)分析。

2.1 交通荷載引起的路基沉降

因為瞬時沉降以及次固結(jié)沉降問題的出現(xiàn)， 導(dǎo)致路基發(fā)生一定的變形， 相對較小， 所以本次具體根據(jù)主固結(jié)沉降展開詳細(xì)計算與分析。 按照目前已經(jīng)掌握的數(shù)據(jù)參數(shù)， 通過計算分析各項數(shù)據(jù)信息， 選擇應(yīng)用壓縮模量的方式對于路基沉降參數(shù)進行計算。 根據(jù)需要從交通荷載的路基形成的附加參數(shù)展開計算分析， 再通過壓縮模量公司計算， 得到下表1 中的數(shù)據(jù)信息。

表1 沉降修正系數(shù)取值

當(dāng)壓縮模量為10MPa時， 標(biāo)準(zhǔn)輪下降量就會出現(xiàn)變化， 此時其下降量為87mm； 此外當(dāng)超載軸重處于500kN時， 沉降量參數(shù)會增加， 觀察科學(xué)其達到了435mm； 當(dāng)壓縮量參數(shù)變化為25MPa， 標(biāo)準(zhǔn)輪壓軸重均發(fā)生了變化， 通過相關(guān)參數(shù)分析可以了解到， 路基沉降量的變化參數(shù)是隨著填土壓縮量的提升而變小的， 同時， 超載也會到沉降參數(shù)增加。

2.2 路基自身重力引起的沉降

路基自重是長期作用之下， 壓縮模量會發(fā)生很大的變化， 所以沉降比較大的情況下， 路基結(jié)構(gòu)的自身沉降量會因為壓縮模量的增大而不斷， 在壓縮模量達到5MPa時， 路基土的自身沉降量只有4.5mm的情況下， 就可以不考慮。

2.3 橋頭搭板設(shè)置不合理而導(dǎo)致的沉降變形

路基牛腿的結(jié)構(gòu)是主要的壓力承受部分， 路基上部的橋頭搭板設(shè)置有彈性的支撐結(jié)構(gòu)， 二者受到的承載力有著很大的不同， 并且存在不均勻的問題， 分析橋臺結(jié)構(gòu)的受力條件， 道路橋梁會長期受到車輛荷載的碾壓作用， 并且車輛在行駛時， 路基結(jié)構(gòu)的部位和橋梁搭板的位置處于壓力峰值之間， 車輛連續(xù)運行的情況下， 橋頭塔板會出現(xiàn)塑性變形的問題， 長期受到作用力的影響而導(dǎo)致沉降變形的問題。

3 沉降段的路基路面施工

3.1 搭板的安放設(shè)置施工

1） 在搭板使用之前， 進行水平與垂直方向的全面檢查， 保證鋼結(jié)構(gòu)的材料質(zhì)量合格， 各項性能指標(biāo)符合工程的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。 因為車輛長期負(fù)荷的作用之下， 會導(dǎo)致裂縫問題的發(fā)生， 所以應(yīng)該在施工中，確保施工項目有序的進行， 這就需要在橋臺的部位上鋪設(shè)搭板的結(jié)構(gòu)， 確保搭板設(shè)置的水平與垂直方向上都符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)， 且要嚴(yán)格檢查鋼結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量，確保性能合格， 需要通過錨栓進行加固處理， 搭板結(jié)構(gòu)的強度、 穩(wěn)定性滿足要求。 此外， 在現(xiàn)場施工中，應(yīng)用加固錨栓為22 號、 長度為75 ～80cm的鋼筋加固處理， 保證穩(wěn)定性達標(biāo)； 2） 安裝搭板支座。 在搭板結(jié)構(gòu)正式施工前， 一般都會結(jié)合現(xiàn)場的具體情況安裝搭板支座， 其通常安裝到搭板結(jié)構(gòu)的下部， 鋪設(shè)厚度為1 ～2cm的油氈墊層的結(jié)構(gòu)， 主要的目的是支撐搭板結(jié)構(gòu)， 保證間距為80cm左右， 達到穩(wěn)定搭板結(jié)構(gòu)的效果， 支座的選擇極為重要， 保證結(jié)構(gòu)尺寸合格，且安裝距離適當(dāng)， 提高結(jié)構(gòu)性能； 3） 牛腿上緣與臨近臺端上緣的位置設(shè)置倒角的形式。 路基搭板結(jié)構(gòu)的施工容易受到外部作用力的影響而發(fā)生振動的問題，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不合格， 沉降問題會更加的嚴(yán)重。 因此， 在該位置上設(shè)置倒角的形式， 從而可以防止出現(xiàn)搭板不正常的移動問題， 保護搭板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性， 不會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損壞的問題， 還可以全面提高結(jié)構(gòu)的性能， 為整體結(jié)構(gòu)運行效果提升起到一定的促進作用；4） 在項目開展環(huán)節(jié)中， 對于填充材料的資料需要詳細(xì)分析， 確保材料性能指標(biāo)滿足實際需求。 同時在搭板與頂板施工時還需要控制好兩者的對接性， 使其能夠符合施工需求。 議案來說， 進行搭板施工環(huán)節(jié)中，考慮到工程的穩(wěn)定性一般來說在頂層位置與基層位置要控制好間隔距離， 距離設(shè)定要以10cm要求為主。并且在地層面鋪設(shè)之前， 要將水泥碎石鑿除， 保證平整度相關(guān)參數(shù)符合工況需要。

3.2 路橋路基施工處理技術(shù)

現(xiàn)代社會高速發(fā)展， 施工技術(shù)水平得到很大的提升， 很多先進科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到工程中， 路橋與路基技術(shù)水平也有了非常大的提高， 對于促進公路運行質(zhì)量的提升有著極為重要的價值。 1） 如果路基形式為軟土路基， 選擇合適的施工技術(shù)可以滿足要求。 淺層的軟土路基機構(gòu)形式， 應(yīng)用平鋪土工布的方式處理， 可以防止路堤與橋臺之間出現(xiàn)沉降嚴(yán)重的問題， 而對于軟土路基厚度較大的情況下， 應(yīng)該適當(dāng)?shù)臏p少填料的數(shù)量， 利用土層結(jié)構(gòu)的強度實現(xiàn)固定處理， 保證不會發(fā)生嚴(yán)重的沉降問題； 2） 路基為溝壑地形條件下，因為其孔隙比較大、 含水量比較高， 所以應(yīng)用粘土層更換處理之后， 可以符合工程的標(biāo)準(zhǔn)要求。 在施工中， 換土層的厚度要根據(jù)軟土層的實際情況確定， 粘土層開挖施工完畢后， 進行必要的翻曬處理， 預(yù)留0.6m的厚度進行回填作業(yè)， 并且使用石灰土回填處理， 達到密實度的標(biāo)準(zhǔn)。 經(jīng)過處理之后， 路基結(jié)構(gòu)強度性能提升比較明顯， 防止路基發(fā)生嚴(yán)重的沉降問題。

3.3 臺后填筑施工

要想有效的處理路基沉降變形的問題， 臺后填筑施工環(huán)節(jié)， 盡量選擇使用輕型施工材料， 這樣可以滿足施工要求， 還可以降低自重。 因為臺后填筑施工的壓實度性能要求非常高， 所以在施工前選擇合適的施工材料， 保證其透水性符合標(biāo)準(zhǔn)要求， 目前主要是砂礫土、 碎石土、 工業(yè)廢渣等材料， 科學(xué)技術(shù)發(fā)展， 很多新型材料研發(fā)和應(yīng)用， 泡沫混凝土、 泡沫聚苯乙烯等成為主要的填充材料， 施工效果明顯。

3.4 路基路面養(yǎng)護施工

針對路基路面沉降問題， 在施工環(huán)節(jié)中做好路基路面養(yǎng)護控制格外重要。 一般來說， 在路基路面養(yǎng)護施工時， 需要按照具體項目情況， 合理的選擇養(yǎng)護方法保證養(yǎng)護效果滿足實際需要。 就當(dāng)前來說在養(yǎng)護時可以選擇“石砌壇工防護法” 進行維護作業(yè)， 在具體操作時對于路基路面損壞的位置可以及時進行防護處理， 能夠控制路基沉降問題出現(xiàn)， 大大提升了養(yǎng)護效果。

4 工程技術(shù)實例解析

某高速公路的其中一個標(biāo)段長度為9.2km， 設(shè)計為雙向四車道的形式， 荷載等級為I級， 設(shè)計行駛速度為80km/h； 該工程采用在整體式路基結(jié)構(gòu)形式，其寬度為26.4m； 分離式路基形式， 寬度為19.4m。在工程中有隧道、 橋涵等組成結(jié)構(gòu)， 所以工程量巨大， 施工復(fù)雜性較高。 經(jīng)過現(xiàn)場施工情況的分析和研究， 該路基和橋梁根據(jù)常規(guī)設(shè)計方案進行， 路基開挖采用從上到下的順序逐步進行， 對于機械無法進入的地帶， 可以采用人工作業(yè)方式開挖施工， 邊坡結(jié)構(gòu)通過光面爆破的方式進行， 確保邊坡結(jié)構(gòu)達到穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)。 通過分析了解沉降的原因， 發(fā)現(xiàn)該路段出現(xiàn)了水管斷裂的情況， 由于水壓存在較大的沖擊力， 造成了其中一個位置上塊石層與外側(cè)填土結(jié)構(gòu)發(fā)生沖刷而損壞， 造成路基發(fā)生下沉的情況。 工程技術(shù)人員展開全面的分析， 最終對該沉降路段采用雙液壓力注漿施工方案， 以保證結(jié)構(gòu)性能合格。

4.1 合理布置注漿孔

在現(xiàn)場勘察之后， 發(fā)現(xiàn)某橋梁引道位置的桌邊區(qū)域內(nèi)， 距離軸線3.6 ～4.6m的外側(cè)設(shè)置注漿孔可以滿足要求， 應(yīng)用φ110mm的鉆頭開展鉆進施工， 在鉆入到老土層結(jié)構(gòu)后， 調(diào)整為φ90mm的鉆頭繼續(xù)鉆進施工。 按照從外到內(nèi)的順序逐一進行施工， 設(shè)置4 ～5排注漿孔結(jié)構(gòu)， 如果現(xiàn)場條件不允許， 可以適當(dāng)?shù)臏p少注漿孔， 采取梅花形設(shè)置的方式， 注漿孔縱橫間距為1m×1m， 并且落實深度控制措施， 一般為13.0m。在內(nèi)側(cè)注漿孔設(shè)置時， 保證其可以傾斜到基礎(chǔ)地面上， 和建筑物的軸線距離保持1.5m為最佳。 在該路段中， 另外兩側(cè)還要個設(shè)置一排注漿孔， 鉆入到原狀土3.5 的深度輸尿管， 并且注漿時隨時做出調(diào)整。

4.2 成孔的施工工藝

成孔施工中， 從外到內(nèi)逐步進行施工， 成孔通過鉆探方式來實現(xiàn)， 開孔口徑為φ110mm， 終孔口徑在φ90mm以內(nèi)。 通過內(nèi)排成孔的情況下， 利用傾斜的方式從外到內(nèi)逐步進行施工， 內(nèi)排孔要向墻體傾斜90 ～100mm， 其他孔則保持豎直性。 在施工環(huán)節(jié)， 通過清水鉆入的方式， 確?？妆跐B透性符合要求。 在現(xiàn)場施工環(huán)節(jié)， 發(fā)生垮塌的問題， 通過套管做好防護處理，確?？梢赃_到清潔的標(biāo)準(zhǔn)。 注漿環(huán)節(jié)， 成孔深度根據(jù)地質(zhì)條件設(shè)定， 深度在13m以上， 確保成孔進入到原狀土的深度在3m以上。 每個成孔都必須進行標(biāo)注，不會引發(fā)施工損壞的問題。 注漿成孔后， 為了防止鉆探水壓力而產(chǎn)生地基下沉的情況， 應(yīng)該減小水壓力，保證鉆入施工順利進行。

4.3 注漿篩管以及止?jié){塞的施工工藝

要想保證施工質(zhì)量合格， 注漿篩管應(yīng)用φ25mm鍍鋅管或者PPR管， 同時在管道的底部的2m部位上設(shè)計為4 排小孔， 并且做好封閉處理。 成孔工作施工結(jié)束后， 才能開始或許注漿篩管施工， 保證篩管上部和套管進行穩(wěn)定的連接， 下部和底部相距0.2m的部位上， 再下入1 根長度為2m的通氣管。 將準(zhǔn)備好的材料通過注漿管直接注入到內(nèi)部， 并且做好振搗處理， 保證其在地面以下1.8m， 保證達到強度要求后才能開始注漿施工， 在施工后通過止?jié){塞以保證結(jié)構(gòu)的密封性。 如果在現(xiàn)場要設(shè)置注漿孔， 套管需要設(shè)置在建筑基礎(chǔ)以下， 同時套管周邊通過混凝土密封處理。

5 雙液配置工藝以及注漿工藝

5.1 雙液配置工藝及配置比例

在現(xiàn)場施工中， 通過使用后雙液配置的方式， 材料的質(zhì)量對于注漿施工效果有著直接的影響， 所以配置時應(yīng)該經(jīng)過反復(fù)、 多次試驗檢測， 確保材料的性能合格。 雙液配置的環(huán)節(jié)， 保證水泥∶水∶水玻璃＝1∶0.5∶0.005， 加強材料的控制， 使用普通硅酸鹽水泥， 水的質(zhì)量合格， 且水玻璃、 膨脹劑等都符合要求， 結(jié)合現(xiàn)場情況做出改進和調(diào)整， 保證成漿的質(zhì)量達標(biāo)。 在現(xiàn)場配制環(huán)節(jié)， 首先在攪拌筒內(nèi)加入必要的清水， 通過攪拌機注入水泥， 并且加入規(guī)定比例的膨脹劑， 攪拌5min。 攪拌的漿料過篩處理， 然后存儲在桶內(nèi)備用。 注漿開始之前， 需要給內(nèi)部加入速凝劑， 以防止發(fā)生堵塞的問題， 并且快速攪拌1min 才能進行注漿施工。 漿液配制環(huán)節(jié)， 桶直徑為1m， 高度為1m， 每一次制漿的數(shù)量為0.6m， 根據(jù)要求做好配置工作，一般按照0.7m清水∶5 包水泥∶20kg膨脹劑進行設(shè)置，并且實施攪拌處理， 以達到施工效果。

5.2 注漿施工工藝

本次工程在施工中， 選擇應(yīng)用的是活塞式水泵設(shè)備， 通過單管或者雙管的方式注漿施工， 注漿環(huán)節(jié)必須按照從下到上的順序進行施工。 在現(xiàn)場施工時， 保證鉆孔的清潔度合格， 通過高壓膠管連接孔內(nèi)長注漿篩管以及注漿機， 把制作合格的漿液直接注入到內(nèi)部。 注漿施工全部完成后， 在通氣管內(nèi)加入必要的水泥漿液， 并且做好通氣管的封閉處理。 水泥漿液利用壓力過篩眼， 然后進入到土層結(jié)構(gòu)內(nèi)。 在注入漿液的過程中， 根據(jù)施工工藝方案要求進行， 在注漿機壓力表升高的情況下， 注漿壓力也要做好控制， 保證漿液從稀到稠的變化。

注漿壓力達到2 ～2.5MPa時， 保持2min 的時間，即可完成注漿施工， 然后是進行注漿篩管的封閉處理， 保證各個管道連接的性能符合要求， 達到注漿施工的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 在現(xiàn)場注漿施工中， 如果發(fā)現(xiàn)注漿孔的上部回填土出現(xiàn)松散、 冒漿等問題， 要立即停止注漿， 時間為1 ～2h， 保證之前注入的泥漿達到初凝的狀態(tài)之后， 才能繼續(xù)進行注漿施工。 通過內(nèi)排傾斜的注漿孔進行施工， 需要適當(dāng)?shù)脑黾幼{的壓力， 在注漿結(jié)束后， 水泥達到初凝的狀態(tài)即可拔出內(nèi)部的套管和篩管， 重復(fù)利用， 達到降低成本的效果。

5.3 注漿深度以及效果檢測

在本次工程的施工中， 注漿施工作業(yè)深度為4 ～13m， 注漿成孔套管直接深入到地表以下4m的深度上， 篩孔預(yù)留4m不進行鉆孔施工。 結(jié)合不同地質(zhì)條件選擇不同的設(shè)計方案， 根據(jù)現(xiàn)場的情況調(diào)整施工工藝方案。 注漿效果的檢測也極為重要， 一般在某個區(qū)域施工結(jié)束后， 抽檢3 ～5 個注漿孔即可。 檢測確定注漿施工工藝， 地基土層膠結(jié)情況包含區(qū)域內(nèi)地基承載性能的檢測， 并且根據(jù)抽芯檢測孔方式完成注漿封孔處理。 在項目施工結(jié)束后， 對于現(xiàn)場的沉降量進行觀測， 評估項目施工的質(zhì)量。

6 結(jié)語

綜上所述， 路基路面沉降的問題比較嚴(yán)重， 需要結(jié)合設(shè)計方案的要求， 以國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范為出發(fā)點， 合理進行引道、 橋臺部位的施工處理， 綜合分析路基的實際情況， 選擇最佳填充施工材料， 保證排水效果合格， 防止出現(xiàn)不均勻沉降的問題， 不會出現(xiàn)跳車的問題， 提高公路運行效果， 保障交通安全性。