路基沉降及其加固治理技术分析

路基沉降及其加固治理技术分析

冯晓琴

冯晓琴（四川路桥股份有限公司公路隧道分公司，四川双流610200）

中图分类号：U416.1文献标识码：A文章编号：1673-0992（2011）02-0120-02

摘要：本文通过对公路填土路基沉降现象的分析，提出了一些治理路基沉降的技术方法，其中的压力灌浆法应用广泛。针对不同的路基沉降，应采取相应的措施，以取得最佳效果。

关键词：路基沉降；加固治理；技术方法；压力灌浆

公路路基是路面的基础，它与路面构成一个整体结构，是公路的基本结构物，承受行车作用和自然因素的影响。实践证明，没有坚固、稳定的路基，就没有稳固的路面。坚固、稳定的路基是保证公路具有良好使用品质的基本条件，提高路基的强度和稳定性，可以确保路面长期处于一个稳定的状态，在运营管理过程中减少施工养护费用。

丘陵和山区多采用路线挖方土石混合料填筑路基，并且易形成高填方路基。路基工程完成后，随着时间的延长，在行车重复荷载的作用下，路基特别是高填方路基常出现整体下沉与局部下沉，而实际工程要求路基在使用年限内不应出现较大的工后沉降，还应避免不均匀沉降的发生。同时根据当前交通行业又快又好高速发展的思路，工期大幅缩短，路基填筑后自然沉降时间也大幅缩短，因此如何预防与综合处理填方路基沉降是丘陵地区公路现今面临的主要实际问题。

1路基不均匀沉降概述

丘陵地区公路路面损坏是多方面的原因造成的，其中，填方路基不均匀沉降是导致路面变形破坏最主要的原因。如果填方路基出现了不均匀沉降，必然会造成路基本身的损坏，持续发展下去，会因路基顶面的不平整在路面结构层内产生附加应力，附加应力与车载等共同作用，必然导致路面结构层的损坏。

1.1路基沉降的一些现象

（1）填方裂缝

填方裂缝是由填方体内部发展而成的裂缝。由于路基各部位间变形量不同而造成不均匀沉降，从而，在路基的不同部位形成拉伸应变区和压缩应变区。在拉伸应变区内，由于填方的拉伸强度很低，在这些部位就会产生裂缝。文献资料表明，土石体在沉降梯度达0.6%~1.4%时，就有出现裂缝的可能。

（2）路面病害

填方路基不均匀沉降对路面会造成比较严重的损害，由于路基不均匀沉降造成的路面病害主要有以下几种形式：①沥青混凝土路面变形；②纵向裂缝；③横向裂缝。

（3）水泥混凝土面板断裂

对于水泥混凝土路面，不均匀沉降会使路面板体脱空失去支撑或均匀支撑，路面板内的应力超过混凝土强度，导致路面板断裂。

（4）边坡失稳

边坡失稳是特定条件下路基尤其是高填土路基不均匀沉降发展的最终结果。

1.2路基沉降的原因归纳

通过调查发现，路基不均匀沉降由多方面因素综合作用的结果。通过总结归纳，填方路基主要有四种不均匀沉降的原因：路基填方压实度不够、地基中存在软土层、路基刚度差异过大、填筑物成分不均匀。

（1）路基填方压实度不够

根据实践发现，造成高填土路基压实度不足的原因主要是：一是考虑施工安全和进度，碾压压力或者碾压时间不够，二是填方土体的最佳含水率控制不力，压实效果达不到。

（2）路基中存在软弱土层

软弱土层本身力学性能差，在具有一定厚度的条件下，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压，导致明显的沉降变形。

（3）路基刚度差异显著

在沿路基纵向或横向路基综合刚度相差过大，在路面动载等作用下，也会引起明显的差异沉降，导致路面裂缝。比如：桥头与路基交界处，挖、填交界处，填方厚度明显变化处，地基性质差别较大处等。

（4）填筑物质成分不均匀

实际公路施工中，填方物通常是开挖路堑、隧道产生的弃方，而这些物质成分差异大、级配也相差很远。一方面实际施工过程中，如果分层碾压厚度过大，小颗粒物质和软弱物质很难得到有效压实，在荷载的长期作用下，回填物质会产生不均匀的沉陷；另一方面，由于回填物质不一样，特别是有的回填物质具有膨胀性，在路基排水系统局部失效后，水的渗入会使路面胀起。

在实际工程中，路基不均匀沉降的发生并非上述的某一形式，而可能是各种形式的综合作用的结果。

2路基沉降的主要预防措施（施工过程中）

为避免对公路本身与行驶车辆造成更大的危害，更好的发挥公路的正常功能，对路堤常出现的沉降病害，必须采取行之有效的预防处理办法，使路基在施工过程中处于良好的技术状态。根据路堤基底的地质、填高、填料等实际情况，防治的措施一般有：换填法、强夯法、粉喷桩法和铺设土工织物法。

2.1换填法（浅层软基）

换填法是将地基浅层一定深度的软弱土层挖除，然后回填强度较大、压缩性较小、料源丰富、价格低廉且无腐蚀的砂卵石、片碎石、石渣、素土、灰土、矿渣以及其他性能稳定的材料，分层夯实至要求的压实度，以达到增加承载力，减少地基沉降的目的。对2m~3m以内的浅层软基，换填法是比较常用的处理方法。

2.2粉喷桩法治理措施

处理10m以内路基下沉病害，采用粉喷桩加固技术是较为理想的一种方法。粉喷桩处理软基土是通过专门的机械将粉体固化剂喷出后，在地基深处就地与软土强制搅拌，利用固化剂和软土之间新发生的一系列物理、化学反应，在原地基中形成强度与刚度较大的桩体，同时使桩周土体性质得到改善，桩体与桩间土体形成复合地基共同承担外荷载。

使用粉喷桩加固路基应认真调查路基病害情况，认真做好粉喷桩施工的设计(桩径、桩距、固化剂掺入量、桩身强度等)，施工中要严格掌握固化剂掺入量、粉喷机龄期、土样含水量、混合料搅拌的均匀性。

2.3铺设土工织物

铺设土工织物最常用的是土工格栅，土工格栅对土的加固机理存在于格栅与土的相互作用中，如格栅表面与土的摩擦作用，格栅孔眼对土的“锁定”作用，土对格栅肋条的被动阻抗作用。上述三种作用均能充分约束土颗粒的侧向位移，从而大大地增加了土体的自立稳定性。该处理方法对于路基刚度差异显著的部位较为适用，如填挖交界处、桥头与路基衔接处，同时高填路堤为减少工后沉降致使路面开裂，也可以在路面底面以下设置。

2.4强夯法

强夯法又称动力固结法，它是将重锤(一般100KN~400KN)从高处自由落下(落距一般为6m~40m)给路基以强大冲击力和振动，从而达到提高地基土的强度并降低填土的压缩性的目的。用强夯法加固的路基，承载力明显提高，沉降量也会降低。该种方法广泛应用于处理各类碎石土、砂性土、湿陷性黄土、低饱和度的粉土与一般粘性土，特别是能处理一般方法难以加固的大块碎石类土以及各种配料组成的填方。

当然，在实际施工中，填料的选取和施工工艺的操作是影响路基沉降的关键因素，因此必须严格按规范和设计要求进行，避免人为因素造成的沉降隐患。

3运营中路基沉降的主要处治措施

根据路基的填料、填筑高度以及出现沉降的原因分析，对路基沉降采取的主要处治措施有：换填土复填法、固化剂法、灌浆法等。

3.1换填土复填法治理措施

采用这种方法主要是针对填料不符合要求而引起的路基下沉，其下沉面积不大且深度较浅。这种方法比较经济，操作上也比较方便快捷。

此法是将原路基出现病害部分的填料挖除，把扰动的浮土清理干净，整平碾压达到压实度要求后，用符合规范要求的填料回填。一般采用级配较好的砂砾土，塑性指数满足规范要求的亚粘土为宜。回填时，挖补面积要扩大，且逐层挖成台阶状，由上往下，逐层填筑，碾压密实，压实度要求高出原路基压实度1-2个百分点为宜。这种方法只要掌握好路基的填筑方法与工艺即可，没有复杂的技术要求。

3.2固化剂法治理措施

处理高填路堤的下沉时，如果更换路基填料受到限制，且填筑料数量不大时，可在原填料中掺入固化剂处理路基病害。这种方法在我国部分省市已有应用的先例，实践证明，效果较好。

固化剂作为一种特殊的建筑材料，其不同的物理性质和化学组成成分决定了不同的类别、特点和固化方法。路用材料固化剂从形态上看，可分为固态和液态两大类;从化学构成上看，可分为主固化剂和助固化剂两大部分。其中固体粉状固化剂中主固化剂以石灰、石膏、水泥为主，助固化剂采用高聚物如聚丙烯酸氨、聚丙烯酸或含有活性基的有机化合物;液态固化剂中主固化剂多采用水玻璃，助固化剂则采用各种无机盐、如碳酸镁、碳酸钙等。前者与土混合加压，适合于表层或浅层土的固化;后者使用时，采用特殊工艺将浆液注入土中使土固结，适合于深层土的固结。

目前，固化剂的种类很多，在道路工程中使用时，可根据路用土的种类与固化剂的成分、类型选用。其各种固化剂的性能与适用方法可参照有关资料。

3.3灌浆法治理措施

如果路基下沉的面积很大，深度很深，最好是采用灌浆法。高填路堤是丘陵地区高速公路的一大特点，而填料多取自于路基附近的挖方段，常以碎石土为主。由于受多种客观因素的影响，高填路堤的特点是路基边缘的压实度往往难以达到标准要求，久而久之，势必影响路基的稳定性，继而影响行车安全。用压力灌浆法对于提高路基强度将起到良好的作用。

3.3.1压力灌浆的概念

压力灌浆利用压力将能固结的浆液通过钻孔注入填筑体孔隙中，使被加固体物理力学性能得以改善。浆液注入被加固体后以填充、渗透、挤密等方式，挤出土体颗粒或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位置，浆体凝结硬化后则将原来松散或不密实的土体胶结成一个整体，形成一个有较高强度，较好的水稳定性及化学稳定性的结构整体。

3.3.2压力灌浆的主要类型

在工程应用中，压力灌浆的类型有：渗透灌浆、劈裂灌浆、压密灌浆等三种主要类型。

（1）渗透灌浆

渗透灌浆主要针对中粗砂、卵砾石等粗颗粒土，以及裂隙比较发育的岩体。其灌浆实质是在基本不改变原状土的结构和体积的基础上，在压力作用下使浆液充实填方的孔隙和岩石的裂隙，排挤出孔隙中存在的自由水和空气，其所用灌浆压力相对较小。

（2）压密灌浆

压密灌浆是指通过钻孔在土中灌入极浓的浆液，在注浆点使土体压密从而形成泡沫。当浆泡直径较小时，灌浆压力基本上沿钻孔的径向扩展。随着浆泡尺寸的逐渐增大，便产生较大的上抬力而使地面抬动。

（3）劈裂灌浆

劈裂灌浆是指在压力作用下，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起岩石和土体结构的破坏和扰动，使其垂直于小主应力面上发生劈裂，使地层中原有的裂隙或孔隙、浆液的可灌性和扩散半径增大，而所用的灌浆压力相对较高。

3.3.3压力灌浆的基本施工方法

（1）压力灌浆的浆液

为达到填充空隙，固结土体的效果，提高填筑体的强度，一般采用普通硅酸盐水泥，P.0.32.5或P.0.42.5均可以，同时为降低成本，可采用粉煤灰进行掺量，用水泥粉煤灰双浆液进行灌浆，其比例可采用水：水泥：粉煤灰=3：2：3。压力注浆所用浆液的结石率不小于75%，没有泌水现象出现。浆液配合比以及注浆过程中的浆液变换等技术参数宜根据经验和现场试验结果进行必要的调整。单孔注浆量由浆液扩散半径及土体的孔隙率确定，参照公式:

Q=πR2LNαβ

式中Q——浆液注入量(m3)；

R——浆液有效扩散半径(m)；

L——注浆段长度(m)；

N——土体空隙率(%)；

α——浆液的充盈系数,取0.8；

β——超耗系数(超注,跑冒消耗),取1.2。

（2）钻孔的布置

为达到最好的压浆效果，考虑注浆压力以及浆液的扩散半径，孔位的布置一般可采取间距2.0m-2.5m，梅花型布置，钻孔直径100mm左右为宜。钻孔用风钻，钻孔过程中要确保钻机稳定，严格控制偏差，钻孔孔位与设计孔位的偏差不大于20mm，垂直度的偏差小于3%。当孔深达到设计孔深后，采用压缩空气洗孔排渣，严禁用水洗孔。

（3）灌浆

注浆浆液应搅拌均匀，随搅随用，浆液应在初凝前用完，并严防石块、杂物混入浆液。此外，浆液在注浆施工中应过筛后使用。采用花管孔底灌浆方式，施工中使用与钻孔孔径相匹配的止浆塞。灌浆压力，根据灌浆方式不同，其压力也不同，比如渗透灌浆可采取0.2MPa~0.4MPa，压密灌浆可采取0.6MPa~0.8Mpa左右。同时根据钻孔的深度，为保证浆液的饱满，还可以采取二次灌浆，即第一次灌浆完成后，间隔一定时间如24小时，再进行一次补灌浆。在规定压力下，注浆量小于1L/min，稳压2~3分钟，若压力不下降或压力下降不超过5%，则可正常止浆。

由于丘陵地区公路具有高填方路基填料多为碎石的独特性，而灌浆法能有效的解决此类路基的不均匀沉降问题，同时这种方法对于丘陵特殊地形限制小，所以灌浆法在治理丘陵地区公路由填方路基不均匀沉降产生的病害上，有广泛的应用前景。

4结论与建议

（1）对于路基的治理，本文介绍了常用的一些方法，但在具体应用过程中，应根据具体原因而确定治理方法与措施。有时，可能几种治理方法同时使用，以达到最佳效果。

（2）压力灌浆技术，近几年在公路路基病害处理中得到了广泛应用，具有更好的适用性，它避免了传统的路基病害处理方法需中断交通后大开挖，重新换填施工。

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