黄土高原公路高填方路基沉陷的成因及防治措施

黄土高原公路高填方路基沉陷的成因及防治措施摘要：黄土高原地区地势起伏相对较大，在公路建设中出现了大量高填方路基。高填方路基稳定与沉降控制对道路的使用品质、行车安全、修建和运营经济性等起着至关重要的作用。论文首先分析了黄土高原公路高填方路基沉降的三大原因：土质与地表（工程地质）、勘测设计、施工流程，其次提出了高填方路基沉降的具体防治措施。关键词：黄土高原公路高填方路基沉陷防治abstract:theloessplateauareasundulatingterrainisrelativelylarge,therearealargenumberofhighfillembankmentinroadconstruction.highfillembankmentstabilityandsettlementcontrolthequalityofroaduse,roadsafety,theconstructionandoperationofeconomyplaysavitalrole.thepaperfirstanalyzestheloessplateauroadhighfillembankmentsettlementofthreereasons:soilandsurface(engineeringgeology),surveydesign,constructionprocess,followedbyfillsubgradesettlementpreventionmeasures.keywords:loessplateauroadhighembankmentsubsidenceprevention中图分类号：x734文献标识码：a文章编号：高填方路基沉降是黄土高原公路建设和使用过程中最常见的病害之一。这既与高原的土质与地表即工程地质方面的原因有关，又与勘测设计、施工过程有关。高填方路基相对一般路基而言,具有填筑高度大,填筑断面面积大,路堤本身累积沉降大,稳定性需进行专门分析和验证的特点。如果对高填方路基沉降没有足够地重视，则很容易导致路面开裂、沉陷等多种质量问题,严重影响道路的行驶质量及使用寿命，直接影响到公路的使用质量和社会效益。因此，有效减小路基沉降,消除其所带来的危害，是公路建设科技领域的一个重要课题，具有重大而现实的研究意义。一、黄土高原高填方路基沉陷的成因（一）地表与土质、工程地质方面的原因高填方路基沉降造成的公路危害极大，严重影响了公路的正常使用，其原因主要与工程地质及地形、水文与气候均有较大关系。甘肃黄土高原位于黄土高原的最西端,横跨约6个经度,东续陕西黄土高原,西达乌鞘岭。以陇山(约106.2°e)为界,分为陇东、陇西两部分,陇东黄土高原为甘肃黄土高原重要分布区,平均海拔1200~1800m,由于受河流的侵蚀,地貌塬、梁、峁、坪、沟、谷相间并存。黄土高原地区大部分为黄土覆盖，是世界上黄土分布最集中、覆盖厚度最大的区域。该地区黄土平均厚度50～100m，最大厚度超过250m。黄土高原地区的黄土主要为风成黄土，粉粒占黄土总重量的50%，结构疏松、富含碳酸盐、孔隙度大、透水性强、湿陷性强、遇水易崩解和溶解、抗冲抗蚀性弱。黄土颗粒细小，质地疏松，具有直立性，由于工程地质不良或泥沼软基土丰富的地段，土质较松散、土壤密实度小、压缩变形大、土质承载能力低等，也就是土体中超静水压力过大，且消散速度缓慢。如不认真进行加固处理，在路基填土层自重等附加压力作用下，地基易发生压缩沉降和挤压移位变形，直接导致路基沉降，使路面出现横或纵向裂缝、沉陷、甚至塌陷。一般来讲，软土的土颗粒间有效应力增长速度缓慢，固结速度慢，致使上层路基变形稳定速度慢；且路基填方高度大或软弱地基层较厚时，地基沉降量较大，达到沉降稳定的时间较长。此外，野外勘查设计时对不同的工程地质、水文、填筑材料、取料场以及特殊地段的施工工艺等分析重视不够，对特殊地质段的处治方式没有特殊设计，造成高填方路基的工后不均匀沉降。（二）勘测设计方面的原因1、高路基的设计完全采取套用标准格式图进行时，如果验算和计算所需地质土质条件、土工试验资料等不能真实反映实际，就会造成设计不合理。即典型高路堤横断面按一般路基进行设计，没有进行稳定性验算，使断面尺寸等不合理，路基变形不能按预定时间达到稳定，工后高填方路堤会产生较大的整体下沉或局部沉陷。如高填方路基纵向排水、横向排水坡度设计不合理，导致路基两侧积水不能排出，从而降低了地基的承载力，路基因而产生沉降。2、路基在初始填筑过程中，由于原地基具有一定的承载力可以承受一定高度填土产生的压力，在地基容许承载力范围内，地基沉降呈现出类似弹性变化的趋势，即地基沉降随着填土高度的增加而增加。当填土增加到一定高度时，即土方填筑产生的压力等于地基承载力时，地基受力处于极限状态。当填筑高度继续增加，地基承载力进入强化阶段，原地基土体结构被破坏，地基土颗粒在外力作用下重新排列形成新的结构，使地基承载力得到增强。地基土结构的变化，是该阶段地基发生明显沉降的根本原因。3、随着路基填筑结束，虽然地基所受填土产生的土压力趋于稳定，但由于多种因素(施工、行车、环境等)影响并通过实际观测资料证明，还不能立刻稳定下来，需要经过约8～12个月的时间，才能使路基逐渐趋于稳定。但路基不会完全稳定下来，还会发生很缓慢的沉降。（三）施工流程中的原因1、路基填前对原地基未作处理或处理不到位；2、路基填筑施工管理不科学或技术力量不强，工作人员的责任心不强，施工现场混乱，容易使工程质量降低，压实度不满足规范要求；3、路基填筑施工工艺不当；4、路基碾压顺序不当；5、路基施工过程中未作临时排水或临时排水不到位；6、路基填筑材料选用。二、高填方路基沉陷的防治措施高填方路基的沉降有以下形式：路基整体下沉或局部沉降；路基纵、横向开裂；路基滑动或边坡塌陷。因此路基施工中填料的控制、晾晒、摊铺、平整和碾压虽与一般路基施工工艺和方法相同，但应做到以下几点：1、高填方地段施工前准备工作（1）安排高填方路基提前开工。优先安排高填方路基施工是提高其稳定性、防止沉降出现的关键。对于地基较差的路基填筑，一定要先做好基地处理，保证基地处理符合要求后才能进行路基填筑施工。因为从观测结果分析，地基的沉降是高填方路基沉降的主要原因。（2）施工前仔细对填方区进行现场勘查，掌握填方区地质情况，对于特殊地基，根据设计和施工规范的要求，制定科学合理的处理方案，按特殊地基处理方法进行基底处理；对于一般原地面，先将原地面树木杂草及腐植土清除，并疏干积水、凉晒、平整，原地面纵坡大于12%或横纵坡陡于1：5的地段挖成宽度不小于2m且坡度向内大于4%的台阶，然后用压路机碾压到规范要求的压实度。2、高填方地段施工中的工作（1）足够的碾压是消除路堤固结、形变最有效的方法。施工时严格按照施工组织设计分层填筑，严格控制分层的厚度，并充分压实并保证各层的压实度达到设计要求。如路堤土的密实度接近重型击实试验法的最大干密度，则路堤一般不再产生固结、形变。因此提高压实能力、完善压实工艺，以高标准进行路基的压实是保证路基应有强度和稳定性的一项最为经济、有效的技术措施，在高路堤填筑施工中，必须有科学详实的高填方路基施工组织设计，合理的施工方案，可靠地施工工艺，完善的质量保证体系，详细的作业计划，报监理批准后认真实施。（2）高填方路基填料优先采用强度高和稳定性好的材料，宜选择低液限粘土或低液限粉土作为路基填料。如果土场填料用量不能满足施工用量而采用其它土场填料时，应严格按规范和设计要求取用，拟采用的填料须完成液限、塑性、击实、承载比等试验，确定相应的技术指标均能满足要求后，方能作为该路段的路基填料。填料要分层进行，每层压实厚度宜控制在10～20cm范围内。对于石料或卵石土路基，要严格控制填料的最大粒径，填料的最大粒径在底层（路床底面1.5m以下）不超过分层厚的2/3；应采取措施分层填筑和分层碾压，一层厚度不超过20～30cm。受水淹、水浸的部分，必须采用水稳定性和透水性都好的材料。（3）施工过程中，应及时排除路基范围内的地表水、淤泥及含水量较大的土保证上层填筑的可作业性，有效的保证压实度。三、结语总之，高填方路基施工是一个复杂的系统过程，影响因素众多，其中沉降问题是重要的控制要点。通过实践证明,在黄土高原这样土质承载力不高的地区,在采取一系列防治措施后,高填方路基可以保证良好的使用效果。建议在高填方路基施工前,合理选材，优化排水系统，严格控制施工质量，既节约又保质地完成路基施工，保证路基的稳定性与耐久性。参考文献：【1】曹冲：《高填方路基沉降观测分析及防治措施》[j]，《天津建设科技》，2008年第5期。【2】魏青：《高填方路基沉降防治及处理》[j]，《山西建筑》，2010年第2期。【3】李世卫、延小军：《高填方路基沉降原因分析及处治措施》[j]，《交通标准化》，2011年第10期。