基于公路路基沉降的含水层处理方法分析

基于公路路基沉降的含水层处理方法分析

陈勇军 

邵阳通泰路桥建设有限公司 湖南省邵阳市、422000

摘要：路面设计方案确定时，要从结构、材料、厚度等方面进行总结和分析，确定出可续的路面结构设计方案。就当前分析方法来说，本文分析的几种路面沉降处理技术，为有效避免出现路面沉降情况，在进行路面施工时，应合理设计施工图纸，针对各结构的力学需求，选择合适的填土材料，并严格控制施工质量，采用该数学模型计算公路地面沉降量与实际沉降量比较接近，说明该计算方法可行，为今后类似地质条件场地抽水引起的地面沉降提供便捷的计算方法，对预测周边构筑物、道路等沉降变形有较大意义。

关键词：公路路基沉降；含水层；处理方法；分析

1过渡段路面不均匀沉降处理机理分析

根据各地关于过渡段路面不均匀沉降现象的调查资料，引起过渡段路面非均匀沉降的原因主要包括以下 4 点。( 1) 地基的天然沉降。调查结果显示，本文所研究的公路段中处于沟壑、软土及进水地段，由于地下水位较高、土体疏松、孔隙分布量大等原因，导致在该地段上填筑路基极易发生路面沉降，且受后期地基填土的附加影响，填土面积越大、容重越高，路面的沉降量越大，过渡段路基路面施工设计示意图如图 1 所示。

图 1 过渡段路基路面施工设计示意图

( 2) 因公路路面的过渡区域需要经过多次的浇筑、压路处理，分析路面是否平坦，选择填料，在选择填料时一定要注意是否会出现路面不均匀现象。台背的填充材料多为砂石，常见的压实工作难以消除台背填料间的孔隙，加之施工中缺少防护构造物，在一定期限内，由于路基长期处于负载状态，台背填料间的孔隙逐渐减少，土层逐渐压缩，最终导致路基出现沉降现象。

( 3) 路基施工的设计不周。针对含水率高、土层疏松地段的路基施工，若地基设计不全面，在后期的路基填料过程中，基地不能有效承受压路机的推挤作用，易引起路基沉陷。且若排水系统不完善，随着土层的含水率上升，软土层将进一步压缩。

( 4) 路基施工控制不严。路基施工的质量控制和安全管理对后期路基的使用具有重要影响，路基填土速度快、压实度不满足规范要求、台背支护结构不完善等施工问题都可能引起路基施工后发生较大沉降。

2 模拟含水层存储处理技术计算分析

2.1过渡段路面沉降计算过程

本文以分层总和算法作为基础，计算出公路过渡面路面的地基沉降情况，最后求和得到总沉降量。首先，分层总和法是一种建立在公路路面变形假设基础上的过渡段路面固态沉降计算方法，主要是指在地基土层的压缩范围内，将土层整体平均分为若干份，分层的原则按照路面土层可自主过滤细沙执行即可。然后依次计算出各个土层在一定时间内所向下沉降的高度数值，最后综合计算就可以计算出路面地基的沉降量。其压缩量总和为该计算点的总固态沉降量。分析过渡段路面沉降量计算:

式中，S 表示计算点路面的最终固态沉降量; n表示该点土层的分层数量; e0i表示土层 i 在重力作用下的稳定孔隙系数; eIi表示土层 i 在重力及其他附加力作用下的稳定孔隙系数; hi 表示土层 i 的初始厚度。以土层的压缩模量为计算对量，则以上沉降计算式可转换为:

其中，Esi表示土层 i 的压缩模量，该模量具有方向性，可表示该土层压缩或膨胀的变化状态; σ 表示土层 i 受到的相对附加力总和。针对过渡段路面不均匀沉降计算，某一点的固态沉降量不能完全看作整体的固态沉降量，因此为精确掌握过渡段路面的真实沉降状态，以 1． 5 m 为间隔距离，设立监测点，实时监测计算点路面最终固态沉降情况及沉降量，为路面不均匀沉降处理提供数据基。

2.2模拟计算参数的确定

含水层存储处理技术是一种新型的地基加固处理法，本文以含水层存储为基础，处理因路基强度不足而引起的过渡段路面不均匀沉降，同时采用含水层存储技术所形成具有一定承载能力的固结体，符合原有路基施工结构，构建强度更高的承载体，从而实现过渡段路面的路基加固。含水层存储在过渡段路基加固中的应用原理是固定法。含水层存储工作流程可以利用正常工作技术，对需要处理的公路地基进行地质检测，完成模拟计算的准备工作。采用含水层进行计算，假设所研究的公路路面位于三角形的中心。

3 实例分析

为验证本文方法，考虑压实度提出过渡段路面不均匀含水层存储沉降处理技术。以武昌山北地区出江口围堰专项公路施工为实例，本 文 利 用 MIDAS /GTS 软件构建有限元模型，模拟公路路段施工进程，将分水存储技术进行可视化施工，并提取相应数据。针对某一公路的过渡段沉降路面，采用本文研究的处理方法和传统基于改善公路设计的过渡段路面不均匀沉降处理方法，以及利用注浆注入方法，将过渡段路面不均匀沉降进行处理，该技术分别对该路段进行沉降处理，对比 3 种沉降处理方法的实际处理效果。本文通过有限元模型完成格栅网格的划分，有效减少模型内存的同时，保证模型的计算效率和计算精度。在本文所构建的过渡段路面模型中，路基、地基、台背等各部分的填筑材料存在差异，因此需根据实际情况进行网格划分。渡段路面的平均沉降量为 52 cm，最高沉降量为 71cm，平均压实度约为 90% ，不满足相关标准。采用基于改善搭桥设计的过渡段路面不均匀沉降的处理方法进行处理后，该过渡段路面的平均沉降量约为43 cm，最高沉降量为 59 cm，采用基于导管注浆的过渡段路面不均匀沉降处理技术进行处理后，该过渡段路面的平均沉降量约为 39 cm，最高沉降量为50 cm，而采用本文研究的含水层储存沉降技术进行处理 后，平均沉降量约为 15 cm，最 高 沉 降 量 为25 cm，由此可以得出结论，本文研究的沉降处理技术处理效果更好，能够有效抑制路面沉降。原因在于，本文采用注浆技术首先破坏填筑土体，利用注浆与填料充分发生固结反应，最大化减少填土层空隙，保证精度，同时在台背结构增加钢筋，进一步提升了路基的抗压性能，从而降低路面沉降变形概率。而传统的处理技术，浆液与填土材料的反应不重复，复合钢筋的稳定性不高，导致处理效果不明显。

从上图可知，采用基于改善公路设计的含水层存储处理技术处理后的路面压实度约为 93% ，未能满足相关标准。基于导管注浆的处理技术处理后的路面压实度约为 95% ，符合相关标准要求，而采用本文研究的处理技术处理后的路面压实度约为97%，相较之下，本文提出的沉降处理技术的压实效果更理想。区别在于，本文采用的处理技术以注浆填充技术为主，达到了减载的目的，有效降低了土体的含水率。而传统处理技术采用的置换填料本身空隙大，不利于路面填筑，且忽略了路面压实作业的重要性，导致压实度较低。

4结语

公路路基路面沉降等现象会对路面产生较大的安全隐患。为提升施工质量，保证施工安全，提出基于公路路基沉降的含水层处理方法，探讨市政道路工程中沉降段路基路面的沉降机理，深入分析沉降机理的处理过程，明确沉降量的计算方法，在考虑压实度的情况下，建立双层含水层抽水引起的地面沉降量预测数学模型，并用此模型计算的地面沉降量与实际沉降量较为接近，验证该计算模型可行，并可预测不同降深可能引起的地面沉降量。

参考文献

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