解析路基不均匀沉降的形成原因危害及处理措施

路基不均匀沉降形成原因危害及处理措施09土木（交通）赵鑫龙0919011011【关键词】：路基纵向不均匀沉降，路基横向不均匀沉降，形成原因，造成危害，处理措施。【摘要】：近年来，科学技术发展的为我国的交通事业的发展注入了强大的原动力。我国的交通状况正发生着日新月异的变化交通的高速发展已成为我国的经济版图中最引人注目的心篇章，数字化交通征打造着我国交通的新理念。然而路基的不均匀沉降这一难题始终困扰着我们的工程技术人员，阻扰在公路工程的发展和完善。一，路基不均匀沉降的类型1）纵向不均匀沉降路基纵向不均匀沉降主要表现为桥头跳车和纵向填挖交界处不均匀沉降，致使路、桥过渡段出现不同程度的台阶，且路面平整性受损，严重影响了公路的使用功能。2）横向不均匀沉降由于车载、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。二，路基横向不均匀沉降的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①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。②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①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。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。三，路桥过渡段桥头跳车的危害及成因路基的纵向不均匀沉降的主要表现形式便是桥头跳车。桥头跳车是指桥梁、涵洞等构造物本身及台背填土由于行车荷载和自重的作用而继续沉降，通常构造物沉降与台背沉降不一致即产生不均匀沉降，导致台背与构造物联结处的路面出现台阶，从而出现高速行驶的车辆通过台背回填处产生颠簸跳跃的现象。桥头跳车是目前公路建设中常见的通病之一，严重影响了行车舒适性，降低了车辆的行驶速度和道路的通行能力，是道路交通安全的重要隐患之一，损害了高等级公路建设的社会效益和经济效益。如何有效地消除桥头跳车或将跳车减小到最低程度，已成为高等级公路建设中亟待解决的问题。鉴于此，深入开展公路桥头跳车防治技术的研究，提出既经济又有效的防治措施，最大限度减少甚至消除跳车现象，对满足高等级公路对行车高速、安全及舒适的要求以及延长道路的使用寿命等，具有十分重要的现实意义。1，桥头跳车的危害1．影响行车速度当车辆行至桥头台阶处，为防止车辆的剧烈冲击跳动，驾驶员被迫制动减速；同时车辆颠簸、跳动也影响了行车驱动力的传递，使车辆的行驶速度受到不同程度的影响。车速降低幅度视桥面类型、台阶高度、车辆类型和行驶速度等而异。根据已有的调查，台阶对车速的影响一般呈如下规律。(1)较小的台阶高度对车辆行驶速度影响不大，只有当台阶达到一定高度时，对车速才有显著的影响。台阶越高，特别是达到4cm以上时，对车速影响显著。(2)车速的损失与车辆的行驶速度有关。以较小的车速(低于60km／h)行驶时，一般减速幅度较小；中速(60～80km／h)行驶时，减速幅度较大；而当以较高速度(高于80km／h)行驶时，减速幅度则相对不大，但跳车比较严重，同时这与驾驶员行驶时看到台阶和做出的反应有关。(3)台阶对不同类型车辆行驶的影响也不相同。如较高台阶对小汽车行驶的影响较大，而载重车对台阶不如空车敏感。其次，驾驶员的心理状态、对道路的熟悉程度等都对通过台阶时速度的降低有不同程度的影响。2．影响行车安全当车辆通过路桥过渡段的台阶处时，车辆产生跳动和冲击，使司乘人员感到颠簸不适，影响行车的舒适性；同时对驾驶员产生相当不利的心理影响，严重时则会影响其对车辆的正常操作，造成车辆失控，引起行车事故。国内曾多次发生因桥头跳车严重而造成翻车的事故就是最好的例证。3．影响车辆运营费用因跳车而不得不在桥头处频繁减速，以减轻汽车的颠簸。无论减速行驶还是颠簸现象的发生，都会造成汽车机件不同程度的损坏和轮胎的磨耗；同时汽车行驶速度的不稳定，无形中既浪费了油料，又增加了废气的排放；另外，还增加了车辆的行驶时间。因此，桥头跳车的出现，提高了车辆的运营成本。4．影响公路养护费用及使用寿命台阶的存在使得车辆通过时产生跳动和冲击，从而对桥梁和路面造成附加的冲击荷载，加速桥头路面及伸缩缝的破坏。为了维持良好的使用状况，对路桥过渡段出现的台阶要进行及时维修与养护。不断的维修养护不仅花费大量的人力、物力和财力，而且也产生了不良的社会影响。国内外资料表明，因桥头跳车而增加的道路维修费用很大。如美国大约25％的桥涵(约150000座桥涵、通道等构造物)受到桥头跳车的影响，全国每年为此花费的维修费用预计高达1亿美元以上；同样，我国在桥头跳车的维修治理方面耗资巨大，全国高速公路年均维修治理过渡段的费用至少在1亿元以上。由此可见，桥头跳车病害的发生使高等级公路不能达到高效运营、安全行驶、节省投资及舒适乘车的目的，在很大程度上降低了高等级公路的服务水平，损害了公路使用者的效益，从而严重影响了高等级公路的经济效益和社会效益。因此，防治桥头跳车病害势在必行。2桥头跳车产生原因桥头跳车的产生和形成是多方面的，包括地基地面条件、填料、施工材料以及设计、施工等诸多方面原因，主要原因如下：1．地基强度不同桥头跳车产生的基本原因是桥台与路基间的材料弹性模量不一致而引起的沉降差超过某个限值时所致。因为桥台基础一般都作了加固处理，例如采用桩基础等，其沉降量很小，而路基填土所固有的压缩徐变性能需待通车后一段较长时间才能趋于稳定，二者在结构刚度上产生了很大的差异。2．设计方面原因设计人员若对碾压方式方法考虑不周、填料要求不严格、台背排水考虑欠佳、路堤填土处理不当等，必然产生较大沉降。3．施工方面原因台后填料不当、压实不足等致使填料压实度满足不了设计和规范要求，产生较大的工后沉降。4．地基浸水软化软土、黄土地基浸水造成路基沉降。5．桥台伸缩缝的破损，形成台阶。四，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