高填方路基沉降预测与控制沉降施工技术探讨

2021-04-15

工程技术研究 2021年5期

广东冠粤路桥有限公司，广东广州 511450

1 路堤沉降影响因素

路堤沉降按时间分类可以分为两部分，一部分是施工期的沉降，另一部分是工后沉降[1-2]。

通过研究分析可知，导致路堤自身沉降的主要因素如下所述：

（1）路堤的填料。高填路堤施工过程中的原料主要源于路堑的挖方以及隧道爆破产生的石方，这些填料的粒径大小不均，级配的连续性较差，土质差异也较大，导致路堤产生较大的变形和不均匀沉降。而且填料中会存在杂填土和膨胀土等，填筑过程中同样难以压实，膨胀土遇水膨胀，失水收缩的特性易导致路堤发生沉降。

（2）压实度不足。压实度不足会使前期土体的固结压力减小，当固结压力小于自重应力和附加应力的总和时，路基就会发生不均匀沉降。附加应力主要由车辆荷载、地下水位、负孔隙水压力等产生[3]。

（3）土体干湿状态。地下水位的变化导致路基填料中的含水量不稳定，土的容重γ值出现波动的现象。在地下水的交替作用下，路基土体的含水量反复变化，土体容重在一定范围内波动，在负孔隙水压力的作用下，土体开始发生竖直方向的变形[4]。

（4）土体侧向变形。因为道路路肩的压实度要低于行车道的压实度，所以在施工过程中每层填料路肩部分压实度较低，为土体发生变形提供了条件。

2 高填方路基沉降预测

2.1 工程概况

文章通过某高速公路的工程实例说明高填方路基沉降预测的理论方法和预测方式。该道路设计为双向四车道，设计速度为80km/h，路基类型为整体式和分离式，宽度分别为24.5m、12.25m。高填方地段主要有右侧桩号范围为K14+130～K14+380，最大填土高度为45.9m；左侧桩号范围为ZK14+070～ZK14+350，最大填土高度为49.2m。

路基进行分层填筑，填筑完成后进行强夯处理来保持路基具有一定的稳定性，然后在路基表面埋设沉降桩，沉降桩应进行分层埋设，并且每层沉降桩在三个不同位置布设，分别为右侧路肩、中央分隔带、左侧路肩。路基施工达路基顶部后，工后沉降观测装置埋设在路基顶面。具体布置如图1所示。

图1 沉降布置图

2.2 工期沉降预测

通过沉降观测的数据结果可以分析出各层沉降速率和填筑速率的变化，如表1所示。

表1 各层填筑与沉降速率

通过分析数据可知第2层填土的沉降最大；前期中心观测点的沉降要比两侧的沉降大，然后过渡到沉降量变化保持相同的状态。

通过观测点填土高度和累计沉降量以及时间的变化关系来确定工期内的沉降值，文章通过实际沉降值来分析参数值，以这种方式确定路基高度与时间和沉降的关系。

式中：ξ、μ、m为回归系数；t为时间，d；H为路基高度，m；S为沉降，m。

观测值回归分析如表2所示。由表2可知，路基沉降值可通过下式计算：

表2 观测值回归分析

2.3 工后沉降预测

通过填筑完成后沉降变化和时间的关系来建立数学模型，反映高填方路堤工后与时间的变化关系，计算公式如下所示：

式中：P、μ为回归系数；t为时间，d；S为沉降，m。

通过观测数据对高填路堤计算公式进行回归分析，可知路基沉降值可通过下式计算：

3 施工技术

3.1 分层压实技术

分层压实的主要原理是土体受到反复冲击荷载，导致土体被迫振动。主要表现为土体内部的摩阻力减少；土体颗粒产生惯性矩，当惯性矩可以克服土体自身的黏结力和摩擦力时，土体便达到密实结构。静载式和振动式压实如图2所示。

图2 压实示意图

（1）遍数控制。碾压遍数是影响压实效率和效果的参数。当层厚度确定时，碾压遍数过少会造成压实度不足；碾压遍数过多时，会造成时间浪费，并且压实效果不会有明显提高。为保证施工期间压实遍数合理，通过对试验段进行压实试验来获得最佳的压实遍数。通过碾压遍数来控制施工的主要优点是直观且施工简单。由于施工条件、机械以及填料等多方面的限制，最佳碾压遍数的确定具有局限性，实际工程中通常结合压实度来控制施工。

（2）压实度控制。压实度是指现场干密度和最大干密度的比值，是路基在设计和施工时重要的控制指标，通过压实度控制施工可以有效精确地保证施工质量和路基的稳定性。