道路沉降段路基路面設(shè)計要點分析

熊先達

（江西省交通設(shè)計研究院有限責任公司，南昌 300010）

1 引言

從結(jié)構(gòu)上講，道路結(jié)構(gòu)可以分為上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)。下部結(jié)構(gòu)是主要的承重結(jié)構(gòu)，在工程設(shè)計時，需要根據(jù)現(xiàn)場實際情況，選擇合適的處理方式，保證路基的強度、剛度、穩(wěn)定性能夠滿足要求，避免材料、結(jié)構(gòu)等問題導致路基的不均勻沉降。同時，路面設(shè)計也至關(guān)重要，材料選用、防排水設(shè)計等方面都會對交通運行質(zhì)量和使用壽命產(chǎn)生直接影響。

2 道路沉降段常見位置及產(chǎn)生原因

2.1 不良地質(zhì)路段

在工程建設(shè)中，常常會遇到特殊土質(zhì)，比如，軟土，濕陷性黃土，膨脹土，等等，這些特殊土質(zhì)對工程建設(shè)十分不利，對質(zhì)量、工期、安全、造價、環(huán)保等目標實現(xiàn)均存在負面作用。軟土泛指淤泥及淤泥質(zhì)土，這種土質(zhì)具有含水量高、孔隙比大、滲透性低、壓縮性強、抗剪強度低等特點，表現(xiàn)出明顯的蠕變性和觸變性。濕陷性黃土在遇水后，很容易導致地面下沉，局部可能發(fā)生嚴重坍塌，許多道路工程發(fā)生嚴重沉降都是由于濕陷性黃土所致。而膨脹土具有吸水膨脹、失水收縮的特點，而且脹縮變形過程能夠往復可逆，當含水量驟然加大時，土體強度會陡然下降。在這些不良地質(zhì)路段，常常會由于地基處理不到位發(fā)生沉降，影響行車安全和交通正常運行。

2.2 高填方路基

道路工程建設(shè)需要跨越一定的區(qū)域，難免會存在高填方路段，即回填土方超過20 m、石方超過30 m 的路基，高填方路基具有自重大、不穩(wěn)定等特點，隨著時間的推移，很容易出現(xiàn)不均勻沉降。填土材料的選擇至關(guān)重要，通常情況下，素填土具有較好的工程性質(zhì)，能夠滿足一般工程建設(shè)需求，雜填土則需要經(jīng)過處理后才能使用，而沖填土則具有強度低、壓縮性高的特點，如果運用到路基施工中，很容易形成沉降路段，尤其是在某些山坡路段的填方路基，如果加固處理措施不到位，很容易出現(xiàn)沿坡下滑，導致局部沉降[1]。

2.3 半挖半填路基

半挖半填路基也比較常見，通常運用在陡峭斜坡上，在建設(shè)過程中存在著較大的難度，主要難點在于路基與斜坡如何有效結(jié)合。為了提高路基的穩(wěn)固性，通常會采取基底挖臺階的設(shè)計方式，這樣可以增加路基與山坡的咬合面積，防止順坡下滑。然而，如果臺階開挖后回填壓實效果不佳，那么很容易出現(xiàn)沉降錯動的問題，甚至產(chǎn)生嚴重滑塌事故。

2.4 路橋結(jié)合處

道路與橋梁是公路工程的主要組成部分，2 種工程結(jié)構(gòu)不同，在剛度、強度、穩(wěn)定性等方面存在一定的差異，因此，路橋結(jié)合處自然而然就成為薄弱部位，容易出現(xiàn)應力集中，隨著自然環(huán)境的侵蝕，以及交通壓力的不斷增大，路橋連接處兩側(cè)路面會出現(xiàn)不均勻沉降，形成錯位。當車輛通行時，很容易導致跳車，甚至引發(fā)爆胎翻車危險，而且橋梁受力逐漸偏移，容易損壞支座、破壞梁體結(jié)構(gòu)，進而誘發(fā)更嚴重的安全事故[2]。

2.5 多水路段

在工程建設(shè)中，地下水的作用不可小覷。地下水能夠軟化土體和巖體，降低結(jié)構(gòu)面的抗剪強度，導致巖體的承載力和穩(wěn)定性下降，如果降水設(shè)計不合理，會使周圍土層產(chǎn)生不均勻沉降，而且地下水的流動能夠帶走細小土顆粒，從而破壞土體結(jié)構(gòu)，導致路基強度降低、壓縮性增加。另外，如果過水設(shè)計不合理，或者道路排水系統(tǒng)設(shè)計不完善，不能及時將雨水排出，那么會有大量水侵入路基，軟化路基土，長此以往，也會導致道路沉降。

3 道路沉降段路基路面設(shè)計基本原則

3.1 路基設(shè)計基本原則

根據(jù)巖土勘察報告，全面核實現(xiàn)場情況，避免因資料不準確導致設(shè)計偏差。道路選線要盡可能經(jīng)濟合理，同時，兼顧生態(tài)性，減少土方開挖工程量，對于一些高度較高的路段，可以設(shè)計為橋梁過渡，對于一些挖方邊坡深度較深的路段，可以通過隧道設(shè)計方案加以解決，這樣能夠有效減少安全隱患。路基設(shè)計要充分結(jié)合地形地貌，減少土地占用面積，科學設(shè)計邊坡坡率和防護形式，做好道路排水和景觀綠化，在保證路基穩(wěn)定的同時，創(chuàng)造一道亮麗的風景線[3]。

3.2 路面設(shè)計基本原則

路面設(shè)計需要著重關(guān)注各連接部位和薄弱部位，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破壞，導致受力不均衡，引起路面沉降。充分考慮氣候條件、工程地質(zhì)、交通通行量、氣象水文等綜合因素，根據(jù)相關(guān)規(guī)范文件和已有設(shè)計經(jīng)驗，不斷尋求新的突破點，積極調(diào)研材料市場，使用性能更優(yōu)的工程材料，滿足不同區(qū)域、不同路段的設(shè)計需求，同時兼顧行車舒適度，保證路面平整順暢，減小局部沖擊力，保證道路整體性。

4 道路沉降段路基路面設(shè)計要點分析

4.1 完善軟土路基處理方案

在道路選線時，應該盡可能避開不良地質(zhì)區(qū)域，減少不確定性因素，降低沉降發(fā)生的概率。除此之外，面對容易發(fā)生不均勻沉降的地段，必須采取合適的加固處理措施，可以采用表面處理法，利用砂墊層、反壓護道、土工聚合物處置等方式，提高路基承載力，也可以對一定范圍內(nèi)的軟土進行換填。另外，高填方路基需要一定的沉降時間才能趨于穩(wěn)定，可以采用重壓法、垂直排水固結(jié)法、穩(wěn)定劑處置法、振沖置換等多種方法，改善不良地質(zhì)條件，降低路基的壓縮性，使其獲得足夠的強度和穩(wěn)定性[4]。

4.2 選擇合適的路基填方材料

由上可知，高填方路基容易出現(xiàn)沉降，主要是由于填方材料具有較強的壓縮性，因此，必須選擇合適的填方材料，比如，填土路基應該選用級配較好的粗粒土，并且保證同類土、分層填，填石路基一般不容易產(chǎn)生沉降，但也要選用堅硬不易風化的石料。砌石路基需要合理設(shè)計頂寬、高度及傾角，在面對地質(zhì)條件變化時，應該分段設(shè)計，科學留設(shè)沉降縫。在山坡路段的填方路基，需要做好加固措施，比如，設(shè)置護腳，使其能夠阻擋填方路基沿斜坡下滑。路基填方材料應該具備良好的水穩(wěn)定性，不會因水量的增多減少出現(xiàn)較大的變化，保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

4.3 做好半挖半填路基設(shè)計

半挖半填路基通常出現(xiàn)在陡坡上，上部分需要挖方，而下部分需要填方。在地面自然橫坡度大于1∶5 的斜坡上修筑路堤時，路堤基底應設(shè)計臺階，并且臺階寬度不得小于1 m，臺階底部應設(shè)有2°～4°的向內(nèi)傾斜坡度。在堅硬巖石地段陡山坡的半挖半填路基，如果填方量不大，邊坡伸出較遠，不易修筑，可以設(shè)置護肩作為支撐阻擋結(jié)構(gòu)，護肩應該選用不易風化的片石砌筑，而且高度不宜超過2 m，基底面設(shè)置1∶5 坡度的內(nèi)向傾角，讓護肩能夠充分發(fā)揮作用。

4.4 注重路橋結(jié)合部連接處理

路橋結(jié)合處應力比較集中，很容易產(chǎn)生不均勻沉降，這個問題必須引起人們足夠的重視。一方面，優(yōu)化道路與橋梁結(jié)構(gòu)，保證地基處理到位，能夠為上部結(jié)構(gòu)提供足夠的承載力，另一方面，可以在連接處設(shè)置橋臺搭板，用以防止連接部分的沉降，能夠隨著填土的沉降而轉(zhuǎn)動，可以起到很好的緩沖作用，即便臺背填土沉降，也不至于出現(xiàn)凹凸不平的問題[5]。

4.5 選擇合適的路面施工材料

路面主要包括面層、基層、墊層，這3 個層次是路面結(jié)構(gòu)的基本組成結(jié)構(gòu)。墊層位于路基之上，應該滿足強度和水穩(wěn)定性要求，否則在水的作用下，容易產(chǎn)生沉降變形。而基層是主要的路面承載結(jié)構(gòu)，需要滿足強度、抗凍性、水穩(wěn)定性等方面的要求，并且要具備擴散荷載的能力。為了保證荷載的傳遞和擴散，下層結(jié)構(gòu)應該比上層結(jié)構(gòu)寬出適當距離。根據(jù)相關(guān)標準，可以將路面劃分為高級路面、次高級路面、中級路面、低級路面4 個等級，不同等級路面對面層和基層的用料都有一定限制，需要嚴格按照規(guī)范執(zhí)行，比如，在基層材料類型中，水泥穩(wěn)定細粒土、石灰穩(wěn)定土以及石灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定細粒土不能用于高級路面，需要在設(shè)計時格外注意，在路面面層材料選用上，瀝青混凝土和水泥混凝土適用于各級路面，而出于經(jīng)濟角度，主要應用在高級路面，其他的像礫石、碎石、土等簡易材料，則主要應用在中低級路面上。

4.6 完善道路防水排水設(shè)計

水對于工程建設(shè)而言具有很大的危害性，容易使工程的穩(wěn)定性變差，如果路基路面長時間積水，就會導致沉降的產(chǎn)生。所以，道路的防水排水設(shè)計至關(guān)重要，選擇水穩(wěn)定性和滲透性較好的路基填料，能夠及時將積水排出，對于一些降水量大的區(qū)域，可以設(shè)置截水和排水溝槽，防止外部雨水流入的同時，及時引導內(nèi)部積水流出。根據(jù)實際情況，科學設(shè)計路面橫坡，通常情況下，如果處于嚴寒積雪的地區(qū)，或者鋪裝透水路面道路，橫坡可以相對較小，宜設(shè)置在1%～1.5%，如果設(shè)計為快速路，或者位于降雨量較大的區(qū)域，則可以適當增加橫坡，宜設(shè)置在1.5%～2%，與此同時，路肩的橫坡度一般要比路面橫坡度大1%左右，這樣能夠保證積水快速流出，防止影響正常通行。對于橋面鋪裝，同樣要引起足夠的重視，橋面橫坡一般設(shè)置為1.5%～3%左右，橋面排水需設(shè)計排水管道，保證直徑和數(shù)量能夠滿足實際需求，防水層設(shè)置在橋面鋪裝層下面，透過鋪裝層滲下來的雨水可以匯集到排水設(shè)施流出[6]。

5 結(jié)語

綜上所述，道路沉降路段很容易發(fā)生交通事故，給國家和人民造成一定的生命財產(chǎn)損失。本文首先闡述了沉降路段的易發(fā)位置以及產(chǎn)生的具體原因，然后分析了路基路面設(shè)計的基本原則，最后從軟土路基處理、路基填方材料、半挖半填路基、路橋結(jié)合部位、路面施工材料、防水排水設(shè)計等方面出發(fā)，研究了道路沉降路段路基路面設(shè)計要點。希望能夠起到積極的現(xiàn)實意義，充分認識沉降路段的危害性，抓住路基路面設(shè)計的重難點問題，不斷提高設(shè)計質(zhì)量和效率，保證道路交通的安全、高效運行。