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1、20四川交通职业技术学院路基病害整治第七章路基横向不均匀沉降病害与防治第七章路基横向不均匀沉降病害与防治由于车载、地下水及自重等作用,路基横向不均匀沉降引起的公路工程病害已成为公路工程质量通病之一。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。随着我国高速公路的大量建设，尤其是旧路的大量改扩建工程的立项、开工，路基横向不均匀沉降问题已十分突出。通过本教学情境，可以达到的教学目标如下：1、能根据工程情况分析识别路基横向不均匀沉降病害，提供整治措施；2、能根据工程条件和相关规范编制排水法、换填法、强夯法整治路基横向不均匀沉降的施工组织设计；3、
2、能依据设计文件和相关规范，独立或在专业技术人员指导下进行路基横向不均匀沉降整治施工；4、能依据设计文件和相关规范要求，进行路基横向不均匀沉降整治施工质量控制。第一节路基横向不均匀沉降原因与防治措施一、路基横向不均匀沉降原因分析路基横向不均匀沉降的发生是多方面因素综合作用的结果。其中，内因在于地基及路基本身；外因是车载、地下水及自重等作用。1.地基对路基横向不均匀沉降的影响(1)路堤地基处理不当伐树除根及表土处理不彻底或是路基基底的压实度不够，致使路堤形成后，一旦杂质腐烂变质，地基将会发生松软和不均匀沉降。地面横坡大于1：5的路段，路堤填筑前地基未按规定要求挖成台阶，填料与地基结合不良，在荷载作
3、用下填料极易失稳而沿坡面发生滑移，从而产生横向不均匀沉降。(2)特殊地基地段软土地基对路基横向不均匀沉降的影响当路基修筑在软土地段时，软土层本身力学性能差，在附加应力作用下，会发生固结沉降、次固结沉降和侧向塑性挤出，导致明显的沉降变形。有些河谷、水塘地段虽作了清淤处理，但是处理不彻底或回填材料控制得不好，从而形成人为的相对软土层，造成路基的不均匀沉降。在高填方填筑后，地基出现不均匀沉降，甚至路面开裂。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
4、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。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79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
5、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
6、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。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。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
7、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。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。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。其
8、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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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。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。应用土工合成材料(土工格栅、塑料网格
15、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
16、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
