路基沉降病害防治Word下载.docx

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在一些地表水和地下水自然排泄困难的地方，地基土中的软土层在固结过程中的较大沉降变形，也是产生过大沉降和沉降差的重要原因。

有些路段所处地基不属于软土地基，但处于低洼、河谷处，长期受水冲蚀，天然含水量较

高，在设计时未发现或未作特殊处理，在施工时也未做等载或超载预压，也会产生不均匀沉降。

软土地基是公路路基产生不均匀沉降的重要原因之一，其中，比较有代表性的工程实例如沈大高速公路改扩建工程，由于沈大高速公路部分路段位于软土地基上，路堤设计与施工必须控制新路堤的横向稳定性及由于新老路堤横向不均匀沉降而形成的横向错台，以避免影响到行车安全。

因此，软土地基处理是本项工程的一个重点和难点。

　　②岩溶地基对路基横向不均匀沉降的影响

　　在碳酸盐岩地区，路基下有时分布有岩溶洼地或漏斗，其中的沉积物松软，在行车动载的作用下，沉积物压实、侧向流动和下陷，造成路基沉陷。

比较有代表性的工程实例是在昆明至瑞丽公路，有一处属这种类型。

该公路通过处为灰岩地区的凹状地形区，自1991年开始，路面每年下沉约1.5m，1993年7～9个月，每月垫高路面0.5m，侧向变形作用不明显。

其原因主要是路基以下为岩溶洼地，洼地内风化残积物疏松软弱，该处在地貌上易于地下水的汇集。

在交通荷载作用下，残积物压密和侧向流动，使路基近于垂直下沉。

一般说来，土层的天然含水量越高、天然孔隙比越大，则压缩系数越大、承载力越低，则路基的沉降量和沉降差越大；

抗剪强度和承载力越低，则侧向塑性挤出甚至局部坍滑的可能性越大。

故地基中存在岩溶，容易导致路基的横向不均匀沉降。

　　2.路基本身引起的路基横向不均匀沉降

（1）路堤填料不均匀

　　在公路施工过程中，对填料、级配很难得到有效的控制。

若填料中混入种植土、腐殖土或泥沼等劣质土，或土中含有未经打碎的大块土或冻土等，或在填石路堤中石料规格不一，性质不匀，乱石中空隙很大，在一定期限（例如雨季）可能产生局部明显横向下沉。

另外，填料常常是路堑的挖方、隧道掘进产生的废方。

这些填料性质差异大、级配也相差很远。

在施工过程中，如果分层碾压厚度过大，小颗粒填料和软弱物质很难得到有效压实，在荷载的长期作用下，回填料会产生不协调沉降变形。

（2）路基填土压实不足

　　由于压实度不足往往导致填方路基的横向不均匀沉降变形，路基两侧出现纵向裂缝。

路基土体压实度不足的主要原因有以下几点。

　　①路基施工受实际条件的限制时，如天气太干燥，局部路堤填料含水量低，土块粉碎不足，致使路基压实度不均匀；

暗埋式构造物因其长度限制使路基边缘不能超宽碾压，致使路基边缘压实度不够；

某些加减速道与行车道没有同步施工，当拼接处理得不好时，其拼接处也产生压实度不足的情况。

　　②在填方路堤施工中，当路堤施工到一定高度以后，路堤边缘土体往往存在压实度不足问题。

对于较高的填方路基，通常都要作相应的处治。

填方土体压实度不足，其结果是土体前期固结压力小于自重应力和各种附加应力之和，在自重作用下就会发生沉降变形。

这些附加应力主要来自以下几个方面：

车载，尤其超载情况；

含水量变化造成土体重度的改变；

地下水位升降而导致浮力作用改变；

土体饱和度改变，引起负孔隙水压力改变。

这些附加应力引起土体中有效应力改变，从而导致土体发生压缩变形。

土体压实度不足还会导致填土路基的侧向完全受限，仅有竖向变形。

实际路基土中存在有侧向变形，这种侧向变形会引起沉降。

　　③由于填方土体的最佳含水量控制不力，压实效果达不到要求。

④考虑到施工安全和进度，使得压实或压实作用时间不足，路基压实不充分，致使路基压实度达不到要求。

⑤其他原因：

如路基填料的含水量、压实时的松铺厚度、碾压机具选择不当等，都易造成路基压实不足，使路基土的密实度达不到要求，这样土体仍会发生积水，造成水分积聚和侵蚀路基.使路基土软化或因冻胀而产生不均匀沉降。

（3）半填半挖部位产生的不均匀沉降

由于填方的沉降系数与挖方的沉降系数不同，在行车荷载的作用下，随着时间的推移，填方与挖方的沉降差值越来越大，易在交界处出现土基不均匀沉降，路基产生纵向裂纹。

3.水文气候引起的路基横向不均匀沉降

（1）气候对路基横向不均匀沉降的影响

气候也是引起路基的横向不均匀沉降的一个重要因素。

降雨量过大、洪水、冰冻、积雪或温差过大，都可能使高路堤产生横向不均匀下沉。

（2）地下水对路基横向不均匀沉降的影响

在地下水的交替作用下，路基土体内水含量反复变化。

土体重度在一定范围内波动，更为重要的是，由毛细管张力引起负孔隙水压力可以达到相当的数值，再加上水的软化、润滑效应，有可能使路基产生横向沉降变形。

路基或地基中地下水的动态性对路基不均匀沉降有很大影响。

路堤及其地基中的地下水主要补给来源有三种类型，即地下水侧向补给、降雨补给和地表水侧向补给，其动态变化及侵蚀作用影响到土体中的有效应力分布、土体的结构特征和土体强度，从而导致路基的横向不均匀沉降。

4.施工方面的原因

填筑顺序不当，未在全宽范围内分层填筑，填筑厚度不符合规定，填料质量不符合要求，填料水稳性差，不同性质的填料混填，因不同土类的可压缩性和抗水性差异，形成不均匀沉降。

路基填料含水量控制不严，又无大型整平和碾压设备，使压实达不到要求。

施工过程中，未注意排水，遇雨天时，路基积水严重，无法自行排水，有的积水浸入路基内部，形成水囊；

晴天施工时，未排除积水、控制含水量就继续填筑，以致造成隐患。

二、路基横向不均匀沉降防治措施

1.设计方面

（1）做好地质勘探调查

对路线经过的地形、地貌、水文地质条件进行详细勘察，对特殊路基段应提供详细的设计资料。

对于地表不良路段，设计可考虑换土或掺石灰、水泥及铺设土工合成材料等措施。

（2）确保路基最小填筑高度

路基最小填筑高度必须保证不因地面水、地下水、毛细水及冻胀作用的影响而降低其稳定性。

按照路基设计规范要求，根据土基干湿类型及毛细水位高度确保路基最小填筑高度。

当路基填筑高度受限制而不能达到规范规定时，则应采取相应的处治措施，如换填砂砾、石渣等透水性材料，设置隔离层或修筑地下渗透沟等以避免地面积水和地下水浸入路基，影响路基工作区内的土基强度与稳定性。

土质挖方路基，需换填不少于60cm砂砾；

石质挖方路基，需设置30cm砂砾垫层，横向排水不畅路段要加设盲沟。

（3）明确路基填料质量标准要求

在各级公路工程施工图设计中，必须明确不同填高内路基填料的CBR值（最小强度）及最大粒径要求。

种植土、腐殖土、淤泥冻土及强膨胀土等劣质土，严禁直接用于填筑路基。

砾（角砾）类土应优先选作路床填料，土质较差的细粒土可填于路堤底部。

（4）完善路基综合排水设计

县级以上公路工程设计中，必须遵循因地制宜、整体规划、综合考虑的原则，进行路基纵、横向排水设计，避免造成两侧长期积水浸泡路基，使路基承载力下降而发生沉降变形。

在居民区路段必须设置排水边沟，平坡路段边沟需设有纵坡，确保排水通畅。

高填方路段采用集中排水措施，并与警示桩、防撞墙统筹考虑，要求在每20－40m及主要变坡点处设置简易或永久性泄水槽。

挖方段应根据上边坡的汇水面积设计截水沟，并考虑边坡土质和边坡，设置挡土墙防止坍方，路基较低路段可以加设砂砾层及渗水盲沟，并加大、加深边沟等排水措施。

（5）确保路基边坡稳定性

高填、深挖路基的边坡应根据填料种类、边坡高度和工程地质条件等确定，且高填路堤必须进行路基稳定性验算。

填方边坡过高时，可考虑在边坡中部加置边坡平台。

（6）积极采用路基综合防护形式

积极推行植物防护与硬防护相结合的综合防护形式，在比较稳定的土质边坡采用种草、铺设草皮、植树等植物防护措施。

岩体风化严重、节理发育、软质岩石、松散碎（砾）石土的挖方边坡以及受水流侵蚀、植物不易生长的填方边坡可采用护面墙、砌石等工程防护措施，沿河路基、受冰侵害和冲刷路段采用挡土墙、砌石护坡、石笼抛石等直接防护措施。

（7）设计方法方面

①强夯法是目前发展起来的处治路基不均匀沉降的有效措施。

强夯法处治是利用大能量直接作用在被处治范围上，通过整体提高被处治体的密实度来减少不均匀沉降变形。

其作用效果明显，施工速度快。

20世纪90年代末，重庆交通科研设计院曾采用强夯技术成功地处治了重庆渝长高速公路路基沉降问题，但是这种方法对结构物的动力冲击较大，限制了在桥头、涵洞等部位的应用。

而且强夯的设计计算方法、质量检测评价方法等还有待进一步研究。

②压力灌浆法是利用机器施加高压，把能固化的浆液压入土体空隙，浆液凝固后把压力区范围内的土体固结，使用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。

特别是针对公路路基下软土基的处治，可以直接改善土体结构，固结土体，控制沉降。

但是这种方法在实践中的可行性及其压浆工艺、材料、适合范围等都还需要进一步研究。

③应用土工合成材料（土工格栅、塑料网格等）进行加筋或制成柔性褥垫层，使之调节和控制不均匀沉降。

国内利用土工合成材料处治不均匀沉降也做过尝试和试验，如重庆交通科研设计院在20世纪90年代，采用土工合成材料处理广西南梧公路沉降及重庆渝长高速公路不均匀沉降均获得较好效果。

值得注意的是，国际上普遍认为土工合成材料是处理不均匀沉降的有效措施，而且土工合成材料除了对地基有加筋作用外，还有滤层、排水、隔离、防护、防渗等作用。

因此，采用土合成材料处治是一种值得推广的处理路基不均匀沉降的有效措施。

但对其设置方法、作用效果、设计计算方法等问题尚需深入研究与试验。

2.施工方面

（1）做好施工组织设计

合理安排施工段的先后顺序，明确构造物和路基的衔接关系，以施工组织设计为依据，结合施工现场的实际情况，合理调配人员、设备，是保证路基施工质量的重要环节。

（2）做好施工前的准备工作

开工前要认真审阅设计文件，详细了解各段的填、挖情况，地质情况，填、挖土质和调配情况。

对重要地段要作重点勘察，进一步核对设计资料，发现设计文件中有误应及时上报业主，妥善处理。

（3）认真清除地表土

不良土质、地表植被、树根、垃圾、不良土质（盐渍土，膨胀土等）必须予以清除，然后换填透水性材料，尤其是低填方路段要注意满足路基工作区的要求。

有必要时要设置砂砾隔层，路基深度、宽度、长度都必须到位，不留丝毫隐患。

填筑路堤前，首先应进行原地面处理。

当路堤填筑高度小于1m时，应将路基范围内的树根、杂物全部挖除。

若基底的表层土系腐殖土，则须用挖掘机或人工将其表层土清除换填，厚度视具体情况而定。

如发现草炭层、鼠洞、裂缝时，应用符合条件的土回填，并按规定进行压实。

路堤通过耕地时，路堤填筑施工前预先清除表土30cm。

由于在表土剥离后基底的含水量高，为保证基底压实度达到设计要求，应及时进行翻松、晾晒和含水量检测，在最佳含水量时进行碾压，达到要求的压实标准。

（4）严格控制填土含水量

施工时含水量要高于最佳含水量的1％～2％压实为宜，避免出现小于最佳含水量的压实情况。

含水量偏小时，土粒间的润滑作用不足，即压力不足以克服土粒间的摩擦力，土中的空气不能排除、土粒间无法靠拢，因而难以达到最大密实度。

如果含水量偏大，又会产生由于水分过多，土粒被水膜包围而分散得过远，不能达到最大密实度。

填筑路基前，疏通路基两侧纵横向排水系统，避免路基受水浸泡。

特别是地基土为黄土、黏土等细粒土，在干燥状态下（最佳含水量）结构比较强，有较强承载能力，一旦受水浸泡，易形成翻浆或路基沉降。

因此，做好路基施工前排水畅通尤为重要，工程监理和施工质量自检人员应认真监督。

（5）严格选取路基填料用土

路基填料确定前，需进行土质分析，做CBR值、标准击实等试验，对于种植土、腐殖土、淤泥、强膨胀土等劣质土的CBR值、最大粒径不能满足规范要求的材料，不能用于路基填筑。

（6）做好监测工作

路基填筑前，要根据设计进行施工放样，建立半永久性的临时水准点和坐标点，并作好相应记录。

路基坡脚放样一定要准确，确保路基宽度满足设计要求。

路基坡角范围内，要求清除杂草、树根、淤泥等，并进行整形碾压，压实度须达到规范要求。

旧路加宽、半填半挖段应做好宽度不小于6m的向内倾斜的台阶。

（7）处理好特殊地段施工

填石路基与鸡爪形地段路基施工，可利用重型夯实设备进行强夯处理，或将土工格栅（土工布）水平分层布置在填石路堤内，防止或减缓细料在填料空隙中的流动。

（8）做好路基填筑碾压工作

路基施工必须分层填筑，分层碾压，一般路段压实厚度不得大于30cm。

不同性质的土不能混填，同一种土填筑厚度不能小于50cm（两层）。

路基填筑须全幅填筑，一次到位，严禁帮宽。

碾压过程中，要控制好含水量，压实度达到规范要求后，方可进行后续施工，压实度检测每层2000m2（不足2000m2按2000m2计）不少于4点。

根据不同填土类型和压实厚度，选择好压实设备。

对于砂砾土，振动压路机具有滚压和振动双重作用，效果较好。

（9）做好路基施工中的排水工作

路基施工中，首先按照设计要求，做好排水工程以及施工场地附近的临时排水设施，以保持路基能经常处于干燥、坚固和稳定状态。

路基顶面做成2％～4％横坡，便于表面水及时排出。

为了保持路基能经常处于干燥、坚固和稳定状态，必须将影响路基稳定的地面水予以拦截，并排除到路基范围之外，防止浸沉、聚积和下渗。

同时，对于影响路基稳定的地下水，应予以截断、疏干、降低水位，并引导到路基范围以外，使全线的沟渠、管道、桥涵构成完整的排水体系。

①一般路段排水：

路基排水沟渠（包括边沟、截水沟、排水沟）要注意防潜、防冲。

当沟渠纵坡达到或超过3％时，即需采取加固及防止渗漏措施；

边沟过长时，应考虑减小纵坡的容许值或做好出口设计，将水引离路基；

边沟过于平缓，相反会引起边沟淤塞，一般纵坡不小于0.5％，受限制时不小于0.3％。

②特殊路段排水：

在深路堑、高路堤、滑坡、陷穴等地段，应注意结合水土保持进行综合治理。

如用挖鱼鳞坑、水平沟、种草、植树等方法对被面径流进行调治与防护；

在冲沟头植树，防止冲沟被侵蚀，危害路基；

在沟谷布设路线，在沟谷中筑坝淤地，并保护路基坡脚不受水的冲刷破坏；

还可做护坡埂、涝地、水窑等。

（10）对半填半挖部位产生的不均匀沉降的控制

将结合处挖方段下挖150cm，并依次做台阶，台阶宽1m，高为一个土方填筑层厚。

每个台阶与填方整体填筑混压，150cm层面按94％控制压实度，150cm以上按96％控制压实度。

具体控制方案如图3－1所示。

图3－1　半填半挖路面过渡示意图

（11）做好施工后的养护工作

路基土石方施工时或完工后，应及时进行路基防护工程施工和养生。

各类防护与加固应在稳定的基础或坡体上施工。

防护工程的砂浆、混凝土，应采用机械拌和，随拌随用，并注重做好养生。

三、小结

路基横向不均匀沉降引起的公路工程病害是公路工程质量通病之一。

本节对质量通病产生的原因进行认真研究与分析，对设计、施工、监理单位有针对性地提出治理工作要点、质量标准以及相应的对策与措施。

这对实行全过程的质量管理具有极其重要的现实意义。

公路工程建设中应以实现质量目标为目的，以提高质量意识和强化质量措施为重点，以严格管理为手段，以强化责任制为关键，以综合治理质量通病为突破口，确保工程质量。

对工程质量的综合治理工作要点及措施应逐步修正与完善，最终使之成为制度化、规范化、标准化的操作规程。

第二节　高等级公路路基加宽常见病害及其机理分析

一、高等级公路路基加宽常见病害

高等级公路改扩建工程中，新老路基衔接不良可能会导致新加宽路基失稳、路面损坏、路面整体性能下降等病害。

1.新加宽路基失稳

新加宽路基失稳，主要表现为加宽路基沿新老路基结合面发生滑移，严重时甚至发生整体坍塌。

这种病害容易发生在山区陡坡地形、软弱地基、高填方路堤等加宽路段。

当加宽路基沿结合面滑移量较小时，新老路基结合面会产生错台，导致新老路基结合部位的路面开裂，雨水由裂缝渗入，结合面强度急剧降低，给路基稳定性留下更大的隐患；

当路基滑移量较大、甚至整体坍塌时，会造成加宽路面整体破坏，甚至使既有路基相继出现失稳，致使既有路面也发生结构损坏和使用功能的下降。

2.路面损坏

高等级公路改扩建沥青路面损坏，主要表现为出现面层破碎、结合料松散、道路横坡改变等症状，严重时会产生沿结合面走向的纵向裂缝。

路面损坏是高等级公路改扩建工程中最常见的病害形式之一。

路基的变形不协调会通过路面结构层反映出来，所以大多数路面病害都是路基病害的反映。

水泥混凝土路面损坏主要表现为出现唧泥和脱空现象，进一步发展会引起结合面附近出现纵缝、裂缝处板块断裂以及裂缝的扩展。

由于结合部位两侧的新老路基沉降速率不一致，沉降量不同，导致结合部位存在应力突变、集中现象，弯拉应力大而结合界面强度较低会在该处开裂错台；

另外，新加宽路基边坡坡角在填土自重作用下逐渐发生侧向位移，进一步带动其上的填土产生沉降和侧向位移，使整个加宽部分的填土沿结合部位产生横向和竖向移动。

这两方面因素的作用会在交界处形成纵向裂缝。

新老路基结合部位施工工艺较复杂，施工难度较大，往往在此产生人为的质量因素，如密实度达不到设计标准等，也是产生裂缝的原因之一。

同时，在软土地区进行路基加宽改建，其中原路基底部地基土的沉降固结状态、加宽路基的水文物理力学性能、加宽路基新增的作用力对沉降变形的影响等为导致路面开裂的主要因素。

根据高等级公路改扩建工程一般断面布置形式（图3－2）以及地基新增荷载分布情况，采用地基弹性理论方法以及考虑应力历史影响的沉降计算方法进行定性分析研究，可知原公路因增设补强层和铺筑新面层，增加了下部（1区）土基的压力P1，加宽部分（Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区）地基相应外加的压力分别为P1、P2、P3。

这些荷载使地基沿路基横断面方向发生不均匀沉降，其中S2、S3、S4大于S1。

当路基压力大于地基极限承载力时会在路基坡脚附近（图中V区，可能在坡脚内，也可能在坡脚外）发生沉降（S4），同时还会引起V区外的VI区地基隆起，这时路堤将因沉降变形过大使高等级公路发生严重的损坏。

由于地质条件差，导致新老路基底部地基因荷载的增加产生沉降（S1、S2、S3、S4）。

但原路基下的地基，因在改造时固结沉降基本完成并且所增加的荷载远小于新加宽部分，其沉降量大大小于新加宽部分地基的沉降（S2、S3）；

新路基本身所用的填筑材料、压实度等因素，会造成新路堤本身出现沉降；

因施工工期短，地基及新路基的固结下沉未到位，工后沉降大；

工后新老路基出现差异沉降，路基失去稳定，表现为路堤内的破裂面（顶部破裂面）在老路堤范围向外的土体下沉侧移，将路面拉裂造成纵向开裂。

3.路面整体性能下降

随着路面病害的产生和道路纵横坡的变化，道路结构性能和服务性能也随之下降。

当路面状况指数（PCI）、结构承载力、平整度等下降到一定程度时，还将影响行车安全。

另外，就新老路基结合方式而言，在产生相同变形的前提下，双侧加宽产生的病害数量多，比单侧加宽更不利。

二、加宽路基病害机理分析

高等级公路改扩建工程路基加宽出现的各种病害，其产生的原因与地质勘察、设计施工等有关。

按照病害的类型，可以从稳定性和变形两个方面分析其产生机理。

1.稳定性不足

稳定性不足是指加宽路基自身稳定性不能满足稳定要求，或者新老路基结合部结合强度不足。

主要表现为如下方面。

图3—3　地基过陡时的道路加宽

a）重力式挡墙；

b）加筋土挡墙

（1）地基坡面过陡

在山区加宽工程中，地形条件复杂，经常需要在陡坡地基上进行加宽路基的填筑（图3－3）。

为保证加宽路堤的稳定性，加宽常采用重力式挡墙或者轻型挡墙的支挡结构。

当原地基边坡存在潜在破裂面或滑移面时，加宽路基将沿此破裂面或滑移面产生滑移，从而导致整体失稳；

地基土的抗剪强度会因雨水浸入湿化，在干湿循环、冻融循环等外界因素的影响下降低；

进行支挡结构设计时，获取的道路沿线地质资料不够完整，因此挡墙设计一般以经验为主，对挡墙缺乏必要的稳定性验算，实际施工时基础埋深随意性强，影响支挡结构的稳定性。

（2）地基存在软弱下卧层

当地基存在软弱下卧层，如压缩系数大、流变性显著的软土时，新老路基结合部结合强度不足，从而产生自结合面至软弱层顶面的滑动面（图3－4）。

另外，软弱下卧层具有流变性，侧向变形大，软弱地基土向路堤外侧挤出，加宽路基坡脚出现起拱现象，并伴随塑性区域的开展，最终导致边坡失稳。

（3）新老路基结合部强度不足

新老路基结合部强度不足主要体现在以下几个方面（图3－5）。

①新老路基结合部施工工艺较复杂，施工难度较大，往往在此产生人为的质量因素，如密实度达不到标准、开挖台阶没有达到设计要求、老路基边坡没有处理完全等。

因此，各种施工原因造成了结合部的强度不足。

图3—4 

地基存在软弱下卧层使的道路加宽

图3－5　新老路基结合部强度不足示意图

②在新老路基结合部没有设置土工合成材料（如土工格栅、土工格室等），或土工合成材料和填土之间的摩擦力较小，或土工合成材料埋人新老路基的长度不够，致使其未能充分发挥加筋性能。

③加宽路基填料较差，抗风化性能、抗淘蚀性能不足。

施工过程中，路基填料多半就近选取，对材料粒径、级配及材料本身的物理力学性质等方面控制不严，填料中含有有机植物根茎及腐蚀性耕植土的现象较为普遍。

山区路基填土多为土石混合料，对路表水和地下水有一定渗透能力，填料中细颗粒材料通常占很大比重，渗水时易发生淘蚀。

④排水设施不完善，设施布置不合理，导致地表水下渗，形成滞水、积水和渗水。

路基土受水浸泡而湿软，强度急剧下降。

另外，山区暴雨可能造成坡体发生很小的坍塌，淤塞道路内侧边沟，养护不及时可导致路基上侧雨水漫过路面，雨水可能从路面渗入路基。

若路面已经开裂，雨水自裂缝进入路基，加剧裂缝扩张并导致路基强度下降。

因此，当地基地形和地质条件不佳时，加宽路基容易出现和一般新建路基相同的稳定性问题，这些均可以通过详尽的地质勘查、认真设计和严格施工来避免。

而加宽路基稳定性的特殊影响因素表现在新老路基之间的结合强度，它和老路边坡及原路表的处理、台阶的开挖、加筋