基于高填方路基沉降治理措施的探讨

基于高填方路基沉降治理措施的探讨

摘要：本文分析了高填方路基的特点，对高填方路基沉降变形的治理技术进行了探讨，旨在为正确、合理地选择高填方路基沉降治理措施供借鉴。

关键词：高填方；路基沉降；治理技术

1引言

近年来，随着西部大开发的深入，高速公路建设己延伸到相对落后、广阔的、沟壑纵横的西部山区。这些地区由于地形、地貌条件复杂，加之高速公路线形指标要求高，使得高填深挖现象不可避免，因此，高填方路基就成为一种常见的结构形式。

由于高填方路基工程一般具有工期紧、填方量大和填方高度高等特点，填方体自身及其原地基除在施工阶段发生变形外，竣工后还会在高自重应力作用下继续发生蠕变和固结压缩变形，而道路工程对地基沉降具有严格要求，稍大的沉降可能会严重影响道路的正常使用。因而，高填方路基的沉降变形问题，已成为相关学者和道路工作者们研究和关注的重点。

然而，由于问题涉及地质地形条件复杂的原地基以及填料性质差异明显、填筑厚度大幅度变化的填方，其工后沉降预测很有难度。因此，对高填方路基沉降变形治理技术的研究，具有十分重要的理论和现实意义。

2高填方路基的特点

高填方路基的特点集中体现在一个“高”字上，也就是填筑高度很大，但目前还没有一个统一的定义。一般认为，以碎石、粗砂和中砂作为填料的路基的极限高度为12m，以其它材料作为填料的路基极限高度为20m。《公路路基施工技术规范》(JTJ03395)将在水稻田、常年积水地带用细粒土填筑的路基边坡高度大于6m的边坡认定为高填方边坡。在其它地带填筑的填土或填石路基边坡高度超过20m的路基边坡认定为高填方路基边坡。

相对于低矮路基而言，高填方路基具有如下一些显著特点：

(1)填筑高度大，必须对边坡的稳定性进行验算，要求路基本身具有足够的整体强度和稳定性；

(2)路基的填筑面积和土石方工程量很大，难以保证其填筑压实的质量，后期沉降和稳定日益暴露的问题很多，对压实机具和压实遍数的要求很高；

(3)路基的自重大，造成路基F地基土的沉降很大，在填筑过程中必须对地基的沉降进行监测，控制总沉降量和沉降速率，以保证地基土在填筑过程中不至

于失稳而破坏；

(4)高路基填料性能复杂多样，其工后沉降和差异沉降也是一个不容忽视的问题。～般的低矮路基在施工完成之后其沉降就基本趋于稳定，而高路基的工后沉降要经过一段很长的时间才能完成，有时甚至是几十年的时间。另外，不同土质地段可能会产生差异沉降而影响公路的正常运营。

3高填方路基沉降变形的治理技术

目前常用于高填方路基不均匀沉降的治理方法多种多样，但各有利弊。现从设计方面总结国内外对高填方路基沉降及不均匀沉降的防治措施主要有：

(1)采用低等级路面过渡，是目前用得较多的不均匀沉降防治措施，在路基降较大的路段，先铺筑较低等级路面，暂时满足沉降稳定之前的交通要求，待沉降稳定后，再铺筑永久性的路面结构。这是一种比较被动的手段。

(2)采用桥头搭板防治桥头沉降，设置桥头搭板是目前我国高速公路建设中用的方法，也是目前处理桥头跳车用得最普遍、最直观的手段。在桥与路的过渡段设置一定长度的刚性搭板，一端置于桥台等人工构造物固定端处，并加设防滑锚固钢筋并预留灌浆孔，使两个性质不同的路面体系在变形沉降上能平稳过渡。

(3)应用土工合成材料防治沉降，采用土工格栅、塑料网格等加筋或制成柔性褥垫层，使之调节和控制不均匀沉降。国外从20世纪80年代开始研究，已进行了大量室内和室外试验，并取得了良好效果。在我国，作为交通部“八五”攻关项目，原长沙交通学院1991年开始进行土工网处理桥头跳车的研究工作，其研究工作包括室内模型试验数值分析和原位测试。此后，随着土工织物加筋的推广应用，开展了设计理论的研究，并对设计方法及施工工艺进行了完善，编制了相应的计算程序进行优化设计。

加筋土防治措施，在填土中分层水平铺设，采用特殊合成材料制成的土工格栅(网)等。其一方面利用被锚固加筋材料一端的张拉作用，在局部范围分层阻止填料沉降；另一方面，按一定层间距水平铺设的加筋材料使没有直接接触的土颗粒受到约束，使土体颗粒本身之间以及土颗粒与加筋材料接触面间的摩擦咬合作用增强，土体中的部分应力得到扩散和转移改善局部荷载作用下土体内部的受力状态，扩大荷载沿土体深度方向的扩散范围，从而达到减少外部荷载对土体的压缩沉降作用，提高土体抵抗变形的能力。

(4)应用超轻质EPS泡沫综合防治沉降，超轻质EPs泡沫块用于防治不均匀沉降，具有重量轻、稳定性好、变形模量较大的优点。日本、法国、挪威等国采用它成功地解决了一些桥头路基不均匀沉降问题。国内也有研究机构和学者在开展这方面的研究工作。研究表明，EPS用于填筑路基可显著减小地基的附加应力，从而减小地基的沉降量，且具有足够的承载力，能满足其上部的路面结构层和行车荷载作用的强度要求，并且符合刚度要求。但EPS原材料价格较贵，国内应用EPS防治沉降的工程实例目前还较少。

荷兰专家在沪杭高速公路设计咨询时，特别强调建议在软土路段采用EPS材料填筑路基。1972年，挪威国家道路研究实验室首次使用EPS超轻质材料填筑桥头路基，以消除桥头的不均匀沉降，该方法从此在世界各国推广应用，在瑞典、日本、荷兰等国都有不少工程实例。

EPS超轻质路基对减轻路基荷载具有明显的作用和效果，目前多应用于沉降难以控制、地基出现失稳后难以恢复以及特殊地形条件的公路工程中。

(5)排水固结法，排水固结法利用天然地基土层本身的透水性和设置在地基中的竖向排水体，如砂井、排水板(带)等，通过预先在地表加载预压的重量或建筑物自重使土体中孔隙水逐渐排出。由此固结和压密地基土，提高强度。此外，井点降水或由插入土中的通电电极使土体中水分产生渗流而增加土体自重应力的方法也可使土体逐渐压密。

(6)压力灌浆法，利用机械施加高压，将能够固化的浆液压入土体空隙，浆液凝固后，固结压力区范围内的土体，使松散的土颗粒形成整体，达到控制沉降、减少不均匀沉降的目的，特别是对于公路路基下局部软弱部分，可以直接改善土体结构，固结土体，控制沉降。

灌浆法1802年始于法国，其利用液压、气压或电化学的原理，用注浆管将浆液注入地基中，以填充、渗透和挤密的方式，赶走土粒间的水和气体而占据其位置，形成“结合体”。

(7)强夯法，强夯法又称动力固结法，是法国Menard公司于1969年首创的一种地基加固方法。其通常以10～40t的重锤(最高可达200t)从lO～40m的高处自由落下，夯击地基，从而提高地基土强度、降低地基土压缩性。1969年法国工程师梅拉通过大量的工程实践，提出了强夯设计计算方法，使这种加固地基的方法在世界各国得到了迅速推广应用。

强夯法以大能量直接作用于被防治范围，整体提高被防治体的密实度以减少不均匀沉降变形。其作用效果明显，施工速度快。已在我国多个工程中得到了应用，并取得了良好的技术、经济效益。但由于岩土体本身的复杂性和各类工程项目的特点及特殊性，强夯加固效果的评价、加固机理、加固设计参数、夯点的合理布置以及施工质量的管理与控制等问题，仍未得到完全解决。

(8)冲击压实法，利用重物从一定高度落下后所产生的冲击力和振动力使土颗粒产生相对位移而使土体密实。冲击压实技术是土石方技术的新发展，同传统的高频振动压路机相比，冲击压实技术是将当前振动压实的高频率、低振幅改为高振幅、低频率，在压实作用中较大地增加了对土体的压实功能，其加固深度明显大于传统振动压路机，冲击压实具有冲击能较小，不易破坏土体结构以及可以实现连续冲击，施工较快、成本较低等优点。

路基施工中对未填筑地基进行冲击压实可以减少天然地基的工后沉降，及时

发现软弱土层，对已填筑的路基进行冲击追压可以替代超载预压。另外，冲击压实可以使土体固结提前完成，便于及时修筑路面基层，进而达到缩短工期，降低工程造价的目的l冲击压实还可以使路基提前完成3%～4%的工后沉降量，间接减少路面开裂的机会以及桥头跳车等病害出现的几率。

4结语

在我国，高填方工程往往是削山填谷，挖方和填方量巨大，通常利用挖方的石料就地填方，使得各个工程所用填料之间差异很大，填筑方式也可能不同。因此，结合现场实际情况，选用合理、可靠的高填方路基沉降防治措施就显得尤为重要。