路桥工程师论文高速公路沉陷发生的原因和处治方法

所属栏目：公路工程类论文
发布时间：2013-11-13 16:27:33 更新时间：2013-11-13 16:08:31

　　摘要：随着我国国民经济的高速发展，高速公路建设蓬勃发展，我省高速公路建设已突破2000多公里，交通量逐渐增大，车辆逐渐增多，有些路段高速行车时会出现行车颠簸和跳车这样的现象，严重沉陷路段车辆通行时，会有突然的竖向跳跃，对行车安全性和舒适性构成了极大的威胁。分析其主要原因有先天不足，有天然沉降因素，同时也有人为破坏。

　　关键词：沉陷,成因,处治方法

　　1、沉陷发生的主要原因：

　　1.1普通路段路面沉陷主要原因

　　1.1.1天然沉降、压实度不足和行车荷载的反复作用导致的沉陷

　　普通土路基路段沉陷发生的原因多是因其修建时先天不足造成的，我单位管养的路段多处于湿陷性黄土地区，这样的土质遇水会发生软化和流动，其固结性很差，应用于高速公路路基施工难度很大。原则上这种土质是不符合高速路路基规范要求的，但换填又不符合工程实际，只能勉强使用，在建设时压实度很难达到规范要求，通车一段时间后，在行车荷载和自然沉降的双重作用下，路基会发生不同程度的沉降，在填土自然固结的过程中，重力和行车荷载使得土颗粒之间的空隙逐渐减小，密实度逐渐增强，土颗粒总体积在逐渐缩小，整体在重力和振动力的作用下往下沉，当下沉的数量较小时，一般肉眼很难观测到，只有用专业的水准设备才能测出，在高速行车时稍有不适感，对行车安全和舒适度基本无影响，但当下沉量超过一定的限度时，沥青路面结构就已遭到破坏，一般在下沉的边缘会形成明显的断裂裂缝、错台现象。这样的沉陷在高填方路段比较明显、直观。严重威胁高速行车的安全性。

　　（普通无边沟路段沉陷行车道路面已有错台）

　　1.1.2防排水设施损坏或不完善导致的路基不均匀沉降

　　有些路段沉陷处治时，超车道测量后我们发现并没有多大的下沉量甚至是根本没下沉，越是靠边沟或边坡这一侧下沉量就越大，经过技术人员的现场勘查分析，这类病害就是典型的防排水设施不畅通导致的沉陷，有的边沟垃圾杂物清理不及时或人为堵塞，造成雨季边沟局部堵塞排水不畅通。有的边沟由于建造时基础不实而自然下沉，造成边沟部分断裂损坏，有的边沟沟底纵坡设计不合理，不能满足排水要求，有的路基边坡急流槽位置设置不合理、结构不完整，或是结构尺寸偏小，不能满足该汇水面积的排水需求，积水通过边沟或边坡进入路基内部后，破坏了路基本身的水稳性，路基承载力和强度逐渐下降，在行车荷载的反复作用下，路基开始缓慢下沉，下沉导致局部路段行车道和紧急停车道积水，路面长时间积水无法蒸发或是排出，积水下渗后长期浸泡路基，路基水分过多，会破坏路基的水稳定性，致使路基含水量过大而发软失稳。局部路基失稳后，承载力严重降低，在行车荷载和自身重力的作用下不均匀下沉。同样，边沟排水不畅也是近年来我们发现的最常见和最突出的路基缺陷，可以说，高速公路防排水设施技术状况和质量好坏直接决定其运营的安全和畅通，这些基础的构筑设施是最应当值得重视和关注的。不论是大型水毁还是严重沉陷往往都是由于排水不畅所引发的，要懂得“千里之堤，毁于蚁穴”的道理。我们平时可能比较重视路面的抗水损害能力，而忽视路基排水防水的重要性，边沟或是涵底长时间积水无法排出时，积水会缓慢地侵蚀和浸泡路基，致使路基刚性下降，抵抗变形的能力变差，弹塑性增强，无法抵抗行车荷载传递的巨大冲击力，如果不及时处治，就会形成恶性循环，久而久之，路基就会明显下沉，并且下沉一般都不均匀，就是因为积水量不同，积水越是严重的地方，下沉量就越大。所以，我们必须高度重视高速公路防排水设施的检查和完善，对损坏的排水设施要及时维修，对不完善不完整的地方要进行加固和改善，防患于未然，从源头上预防严重沉陷和大型水毁的发生。

　　1.2桥隧涵构造物与土路基连接部分的沉陷原因

　　根据我们多年处治路面沉陷的经验，发现构造物与路连接部最突出的病害就是桥头跳车、隧道进出口跳车、涵背两侧连续跳车。几乎刚通车不久新建的这部分路面也同样都存在行车不舒适和跳车的问题，这类问题曾经被认为是世界性筑路的通病和难题，很难解决。分析这类病害产生的原因，我们认为主要是由于先天性压实度不足，在建设过程中这些部位还是没有引起高度的重视，当然也存在客观压实困难的因素，开挖回填很难达到密实的状态，在构造物建成后回填台背时，多数情况下都在赶工期，往往很少按要求回填压实，如果铺筑30㎝厚度后，就洒水压实，保证最佳含水量，逐层检测压实度，即使会发生沉陷，也不会太严重，另外就是压实的问题，构造物台背其实在工程实践中是一个压实死角，大型机械很难发挥其作用，振动频率和振幅都很难选择，振动小了，基本没有作用，振动强烈又怕对构造物构成伤害，并且前后轮也不能完整通过工作面，造成实际很多地方并没有被压实甚至是漏压，小型压实机具激振力有限，只能是隔靴搔痒，并无多大实际意义。这些部位在建设时普遍存在压实度不足的缺点，通车后，在行车振动荷载和天然固结沉降作用下，这些部位慢慢开始变得密实，好像被压实了似的，填土高度越大的台背，表现越为明显，例如，兰临高速西果园大桥临洮岸桥头沉陷，几乎每年都在下沉，其特点是先期沉降量很大，而随着运营时间的增长，沉降量越来越小，路基在逐渐固结而趋于稳定。因此，我们认为这类沉陷主要是施工回填不按规范要求操作，在压实工艺上压实度不足或是漏压造成的。也不是完全没有办法根治，在新修回填时，要严格按照技术规范要求，每铺筑20-30㎝厚度后，就进行全面振动碾压，并检测其压实度，下一层压实度检验不合格，绝

　　不进行上一层铺筑，严把压实质量关，可能压不实或是压不到的部位宜采用振动羊角碾碾压和其它可靠的压实机具，保证碾压的全面性、完整性和压实度。

　　（机场高速兰海段桥与路连接部分台背下沉跳车）（桥梁台背回填不实高填方下沉）

　　1.3特殊路段沉陷原因（软土路基导致的路面沉陷）

　　软土是指近代水下沉积的饱和松软的粘性土，其特点是压缩性高、含水量大、强度低和透水性差，软土如果作为路基由于其承载力低下，往往会产生不同程度的沉陷，软土的天然含水量大于35％，多呈流动状态，天然孔隙比接近或大于1，如果施工时不及时采取加固措施，路基就会发生滑动或沉陷，例如：机场高速红柳湾段就是典型的软基路段，多年以来，路基一直在不断地沉陷和滑动，路面变形非常严重，经过多次处治后依然还在下沉，考虑到通车条件下加固路基施工周期长，对行车安全影响大，客观上无法施工的因素，最后只能以架设旱桥的方式来解决。软土路基由于其本身的土质特点，在建设和运营期间都会发生沉降，和一般的沉陷有本质的区别，公路设计选线时应当尽量避免通过软土地区。

　　2、高速公路处治沉陷的主要方法

　　2.1普通路段沉陷处治方法

　　普通路段首先要确定其处治长度，根据现场勘查沉陷发生的面积，大概确定其长度，之后开始水准测量，测量时在大概确定的长度基础上向两端各顺延20-30m，以保证段落长度的准确性，在路面上标出各个测点，一般在沉陷最深处要选择一个代表性的测点，才能真实地反映其下沉的程度，测点的布设要根据路面的宽度和施工摊铺宽度来确定，用左中右三条纵坡线来逐个测量每点的实际高程，选择合适的水准点，仪器应尽量架设在处治路段的中间，尽量减小观测误差，逐线逐点读数，并做好测量记录，测完高程后，先不急于计算，而是选择相邻完好路段测量其纵坡坡度进行参考对比，根据坡度和已知点的高程计算出设计高程，如果都是直线直坡路段，就可直接计算出各点的填挖值，各点的填挖值确定好后，手工绘制纵坡线，根据纵坡线来精确确定处治的准确长度，填挖值小于正负5㎜的点，因为填筑或挖除厚度过小，一般不予考虑，长度的选择不是凭空想象出来的，而是通过实际高程计算和设计值比较得出的。这类沉陷处治的技术要点就是合理确定其长度，如果短了，原来的大沉陷就会变成小沉陷，也就是我们通常说的沉陷处治不彻底、不完整。如果路段选择长了，原来好的路也就破坏了，浪费材料和其它消耗，造成不必要的经济损失。当处治路段有超高时，还应当根据横坡度来复核各点的高程，不合适的点要做出相应的调整，把各点的高程都恢复到原有的设计高程。在有竖曲线路段处治时，客观上无法确定原设计竖曲线的起点、终点和半径。竖曲线的设计和应用能够大量节省筑路材料和降低工程消耗，有效避免大开挖和大填筑，具有重要的工程用途。这类沉陷处治难度较大，段落选择不合适会影响行车的舒适度，大致确定其起点，测量后手工绘制实际纵坡线，并经现场勘验大致确定竖曲线的最高点或最低点，和绘制的纵坡线比对，确定最高点或最低点的桩号，根据现场实际和测设经验考虑选用竖曲线半径，同时考虑行车速度，竖曲线最好选用大半径，为了有利行车，竖曲线长度不宜过短。竖曲线通常为抛物线，目前多采用圆形竖曲线，综合考虑各方面因素后，确定竖曲线半径，并进行各项要素计算，根据起点和终点的实际高程计算出各点的曲线设计高程，再根据计算出的上下坡直坡坡度计算出各点的填挖值，要注意是凸形竖曲线还是凹形竖曲线，挂线铺筑前，检查一下线型是否平顺、圆滑。线型有明显转折或变化的测点应当重新测量计算，直至整条线型都是圆滑顺畅的为止，以确定的填挖值指导铣刨机准确铣刨，铣刨完毕，铺筑新的路面时，要将原路面清扫干净，并均匀洒布粘层油，挂线时要将整条线都提高10-20㎝，防止在铺筑修整纵边时人为破坏路面的铺筑高程，ATB-30找平层的最小铺筑厚度应保证6㎝，并且铺筑宽度要比AC16宽出20-30㎝，保证纵向接缝的压实度，AC16的铺筑厚度应保证5㎝，细料不可过厚，细料抗车辙能力差，AC16面层过厚，通车不久就会产生车辙。施工时采取半幅通行半幅施工的方法，铺筑后半幅时要将前半幅纵向接缝铣刨20㎝左右，将软弱的接缝部分挖除，否则通车后，我们会发现沉陷处治段会有一条纵向凹槽，雨天过后特别明显，这就是弱接缝引起的。由于是小段施工，铺筑时尤其要注意混合料的离析，注重提高压实度，控制好碾压时间、顺序和遍数。铺筑好以后，不能急于通车，要等温度降下来以后才能通车。

　　2.2构造物与路连接部分沉陷的处治方法

　　2.2.1桥头沉陷和隧道进出口沉陷处治

　　这类沉陷的显著特点是一端高程已经确定不能改变，只能是根据现有高程来调整，就是固定端的高程不合适，在实际施工中，不可能将整个构筑物的实际高程提高或降低。在确定无竖曲线的情况下，以已知高程点为起点，向沉陷部分顺延，长度选择应当尽量偏大，否则也会出现沉陷处治不彻底的问题，长度选择过短，车辆通过后，还是会有跳跃感，但长度选择也不宜过长，以免造成不必要的浪费。长度选择好以后，在路面上标出各点位置，还是要用左中右三条纵坡线来控制高程，测量开始前应当选择一个坚硬固定的水准点，便于高程的复核与控制，逐点观测高程，计算出各点的填挖值，根据填挖值确定铣刨段落，用同样的方法进行铺筑，注意填筑厚度大于10㎝时，要分层铺筑，下面层使用ATB-30沥青稳定碎石，不能使用细料作为找平层。

　　2.2.2涵背两侧下沉跳车处治

　　这类沉陷多是涵背回填不实和碾压不到位造成的下沉，车辆行驶在这样的路面上会发生连续跳车和竖向跳跃，给行车安全带来严重的威胁，其突出特点是涵背两侧下沉，而涵洞本身并未发生下沉，处治这类沉陷时，以涵顶中部为中心，向两侧延伸选取处治段落，要注意涵顶路面高程应当恢复到原有高程，并且保证铺筑厚度不小于设计值15㎝，涵洞顶部路面厚度不足时，在行车振动荷载作用下，涵洞盖板容易损坏，影响涵洞的安全使用。涵背两侧下沉较大的部位应当使用沥青碎石找平，接缝应当饱满密实，现场分析沉陷原因，如果是涵底或边沟积水要及时处理，防止二次沉陷的发生。

　　2.3软基路段沉陷处治

　　软土地区筑路要及时采取有效的加固措施，可以采取反压护坡、在路基坡脚设置钢筋混凝土桩等纵向构筑物，限制软基侧向位移，同时还可采取人工路基的方法，在路基中加入各种加固材料制成复合路基。还有排水固结法，旋喷桩，深层搅拌法、强夯及电渗法等。尤其值得推广和应用的是旋喷桩，在今年我们巉柳路XK1822+300处就是利用这种先进的方法来加固路基，实践表明，它以水泥这种高强材料作为加固料，通过特制的施工机械，用压缩空气将水泥浆液呈雾状喷入土中，使浆液与原软土搅拌形成水泥和粘土混合的桩体，它的强度大，水稳性好，可大大提高路基的承载力，减少沉降量和增强路基的稳定性。

　　3、施工体会和认识

　　3.1加强防排水设施的检查和完善

　　从各条高速公路发生的沉陷来分析，防排水设施的损坏或不完善是导致路面沉陷的主要外因，例如：机场高速尹中段SK11+400沉陷连续发生，已经累计处理过两次，现在还在下沉，其根本原因就是涵洞伸缩缝破坏，水不断地钻入路基，再加上涵洞出口无排水设施，水直接侵蚀路基造成的。路面沉陷严重影响高速公路行车的安全性和舒适性，要从根本上消除这种病害，必须从预防性养护入手，加大防排水设施隐患排查力度，注重日常养护的及时性和时效性，发现隐患，迅速制定相应的解决方案，及时解决问题，防微杜渐。其次，要在工作中学会思考，究竟是什么原因造成的路基沉陷，针对不同外因采取不同的处治措施。真正做到标本兼治，从根源上解决问题，积极研究和探索水毁防治的先进方法。切实落实巡查制度和责任，解决沉陷发生的主要外因和根本原因。

　　3.2注重施工环节的质量控制

　　施工环节的质量控制决定新铺筑路面质量的关键因素，在开始摊铺前，必须提前加热熨平板同时用熨平板加热冷接缝，在接缝垂直面涂刷粘层油，保证冷热料良好的粘接，使用摊铺机自动找平装置，摊铺机连续匀速行走，控制摊铺速度在2-3m/min，尽量一次铺筑完成，中间不要停顿，钢轮压路机要紧跟慢压，停车线相互错开，胶轮碾压时尽量涂抹植物油，防止表面细颗粒碾压时被剥离，同时防止路面过快降温，千万不可洒水给新筑路面降温。避免混合料在倒料和摊铺过程中的离析，铺筑时经常性检测混合料温度，当混合料温度过高或过低时，应当废弃，不可使用。保证处治一处，成功一处，坚决杜绝前修后坏的现象发生。

　　3.3注重路基的加固和处理

　　我们现在沉陷处治的主要方法都是在处治路面，将路面高程恢复到原设计高度，虽然这样处治有处治周期短、工作效率高、基本不影响行车的优点，但是路面材料浪费严重，本应是使用水稳料的地方，却都在使用沥青碎石来找平，增加了工程成本和造价，并且光靠路面找平，有时也很难从根本上阻止沉陷发生，有些沉陷路段每年都在铺筑沥青混合料，导致这些路段沥青混合料厚度达到30-90㎝不等，重复的混合料铺筑加剧了养护资金的重复投入，我觉得处治这类连续发生沉陷的路段时，应当从处治路基着手，尽量采用加固路基，或用其它先进的方法和设备加密路基土颗粒，以提高路基的承载力和强度为重点，从根本上预防和杜绝沉陷的发生。

　　3.4高度重视“四新”技术的应用

　　沉陷防治还必须依靠科技，大胆创新，积极正确使用新材料、运用新工艺，在已经取得旋喷桩加固路基实践经验的基础上，积极学习和借鉴国内外处治路基下沉的先进方法和经验，结合黄土地区的实际，注重路基承载力、强度和稳定性的提高。在今后处治这样的病害时，能大胆使用新材料、新工艺，增强公路养护的科学化、专业化和机械化，用知识武装头脑，用知识指导实践，从根本上提高养护工作的水平和效率。

　　参考文献：

　　[1]《土力学及路基》.西南交通大学梁钟琪主编.中国铁道出版社.2002.10.

　　[2]《公路养护技术规范.人民交通出版社.2009.12.