高填方路基沉降预测及控制沉降的施工技术研究--中国期刊网

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高填方路基沉降预测及控制沉降的施工技术研究

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：赵永平

[导读] 摘要：伴随着我国社会经济的不断发展，当前大部分地区已覆盖高速公路，为当地交通便捷性的提高和经济发展奠定基础。

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        摘要：伴随着我国社会经济的不断发展，当前大部分地区已覆盖高速公路，为当地交通便捷性的提高和经济发展奠定基础。要达到交通促经济的目标，在结合不同地区道路建设掌握基础的情况下，很多地方都需要应用高填方路基施工。本文结合笔者多年的研究实践，探讨高填方路基沉降预测与控制沉降的施工技术应用，以供参考。
        关键词：高填方路基;沉降预测;控制施工技术
        这些年来，我国高速公路快速发展，已然进入新的阶段，而高填方路基的出现也给高速公路施工增加了不少困难，最为显著的难题即为稳定沉降问题。高填方路基施工有助于保障高速公路的安全性，最大程度延长使用寿命，其经济性与可靠性都符合当前高速公路施工应用的需求。另外，高填方路基沉降预测与控制施工技术应用中，工期要尽量短，品质尽可能高，才能拟定合理的施工方案。
        1.高填方路基沉降预测分析
        高填方路基沉降可通过计算的方式进行预测，就现今广泛应用的施工技术能力来看，具体计算方法主要包括三种，分别为改进分层总和法、数值模拟计算法以及经验公式法。其中前两种在理论视角来看兼具合理性与可操作性，但如果需针对高填方路基压缩沉降以及附加荷载作用的沉降作评价，那就要考虑到对应的计算参数问题，需要进行室内试验总结出具体的参数值，才能在计算后对比与实际沉降的差值，预测沉降的变形量[1]。为此，可通过以下几种方法来预测沉降。第一种方法为三点法，这是一种最为常用的方法，应用该方法只需要测量三个点的值，尽管测量操作的过程非常简单，但在选择的过程中却有着随机性，每一次的选择都可能得出不同沉降值，因此要明确具体的固结系数相对困难。第二种方法为曲线拟合法，也可以称作是经验公式法，应用该方法时要与实际测量的数据相结合，根据具体的数据画沉降曲线，拟合沉降的过程，伴随时间的推进得出预计沉降量，使得不同曲线对数据可以拟合，比如泊松曲线趋势在前期增长趋势较弱，中部则快速增加，直到结束几乎不会增加变化，这样曲线形状和实际沉降就会伴随时间变化来预测和计算，因此符合度比较高[2]。第三种方法为遗传法，这一方法在应用时不用直接接触参数，只是处理参数编码，根据一个解群控制一个点，因此效率相对较高，还能得到全局最优的解，有助于更好地解决高度非线性问题。第四种方法为图解法，这一方法在已有固结形变的基础上带入测出的具体数据，用以求出方程系数，再用得到的系数建立方程进行估算，这个过程以及最终得出的数值结果还是比较可靠的，但这种方法对时间的要求很高，会因为时间间隔的不同而导致得出系数的差异大小不同。最后一种方法是灰色系统法，这种方法最早出现在上个世纪80年代，由于当时缺乏信息数据的支持，大多以建立动态微分方程来分析，进行分析时则会自动将相关信息自动完善，这种方法在当下的科技支撑下也得以验证，其预测模型与实际结果非常接近[3]。
        2.高填方路基控制沉降的施工技术应用分析
        高填方路堤已经成为山区路基设计最重要的结构之一，当前关于高填方路堤沉降变形稳定性的设计与施工技术的应用问题也得到越来越多人的关注。路基沉降组成包括填筑体沉降和地基沉降，因我国很多山区的地质、地形和地貌条件过于复杂，应用的填料多在填方段两侧山体和隧道进行开挖。而最常开挖的是软土地基，目前我国在软土加固、沉降变形预测、固结模型等研究上已形成较为成熟的体系，多年的工程实践也表明，因软土地基复杂性环境影响，对应地基的强度、固结、承载力、沉降预测成果也要结合实际情况，因此存在一定的局限性，但大多数都可以应用于地基处理结构设计工作的。通常情况下，山区沟壑地带表皮软土覆盖浅的情况下，处理地基表层后，其承载力都能满足要求，于是沉降变形较小，所以要通过施工技术的应用来减小山区高填方路堤自身沉降变形，才能解决相关问题[4]。
        2.1高填方路堤分层压实施工工艺与质量控制分析
        振动碾压技术的应用已有百年历史，早期的应用主要针对压实无粘聚力材料，伴随工业技术的发展和新材料、新工艺应用，振动压力机广泛应用在路基工程。目前我国还未形成统一理论支撑下的分层压实，笔者认为可信的分层压实原理可解读为：因反复振动冲击给土地连续冲击荷载，导致土体强迫振动，振动过程中土体内部摩擦力减少，土体内部颗粒产生惯性矩，如果其能克服土体内部粘结力与摩擦力相互作用的问题，那么土体静压下就能达到密实的结构效果。而分层压实技术则是地基加固技术的一种，目前应用中已经较为规范与完善。应用过程中，该技术对以下三方面有一定要求，首先是施工参数，要结合施工人员现场的测试结果为主，确定具体的振动压实技术施工参数。其次是含水量，这会影响填路基压实效果，只有确保填料的含水量和最佳含水量值最大程度接近，才能确保路基填筑压实的质量。通常情况下新开挖土石料含水量与最佳含水量较为接近，所以施工时必须做好新卸填料推平压实的工作。最后是填料的质量，这会直接影响压实的效果，施工人员需控制填料颗粒最大粒径在压实层厚的三分之二以内，且直径不能超过五分之一，需要采用堆填的方式尽量确保摊铺均匀，而填料大小颗粒也要混合好，避免出现场地处理不均匀的问题。

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另外还需应用到分层压实质量的控制技术，包括碾压遍数的控制和压实度的控制，前者会直接对压实效果和效率参数产生影响，确定碾压层填筑厚度后，如果碾压的次数较少，那么填筑体就无法达到压实度的要求，但如果碾压遍数较多，则会导致机械台班与时间上的浪费，并且不会提高压实的效果，所以要明确最佳的填筑层厚与压实的遍数，最大程度提高效率。实践中发现，碾压遍数施工控制有一定的优势，如简便、直观等，但因受到填料、场地、压实机械等多因素的影响和局限，最佳的碾压遍数也无法统一确定，具有不稳定性，所以在控制过程中要结合压实度考虑，才能达到最佳效果。后者指的是现场干密度与填料最大干密度的比值，当前用以规范设计路基加固效果指标，控制压实度的关键在于精准确定最大的干密度，如果这一数值不确定，那么压实度的准确性将受到影响[5]。
        2.2高填方路堤分层强夯施工工艺与质量控制方法
        上世纪60年代，强夯技术就已经被人们所应用，进入我国后多应用在码头、港口、路基等施工工作中。对于强夯加固的原理分析，至今也没有较为成熟的理论设计，这是因为非饱和土性质较为复杂，很难形成系统化强夯加固原理。在高速公路高填方路基沉降控制应用中，强夯加固的基础主要为夯锤接触地面产生纵波与横波等体波以及表面波在土体内传播，不同路径下传到土中不同区域形成加固的作用，具体应用的程度与波的强弱程度有直接关系。从土中反射回表面的波起松弛作用，夯坑底部形成松动隆胀区，所以在夯实土体以后，会形成从中再到上下的松动区、弹性区与加固区。动力压密机应用更多适合孔隙和粗颗粒成分多的非饱和土当中，也是对强夯加固理论的验证，在夯锤和非饱和土进行接触时，其冲击力会减少土体孔隙，于是土体就被压密，对应的强度则会增加。而非饱和土体进行强夯后对应的结构将发生变形，这是因为土颗粒移动和重组后，土中的气相减少。
        应用强夯质量控制技术的过程主要包括以下三个方面：（1）施工工序的控制。具体的强夯施工工序包括上层检测、填料开挖运输—填料摊铺、摊平、推平和测量标高—布置夯点与机械的位置—检查夯锤重落距—测量夯锤顶面的标高—夯击—测量夯沉量并检查通气孔—摊平、满夯—检查是否达到合格的标准，才能进行下一层填筑的施工。施工人员需严格遵循以上的施工操作步骤，并确保每一步的施工质量。（2）施工参数的控制。应用这种技术方法时要求施工人员结合过往的施工经验，选择初步的设计参数，结合现场的情况进行试夯，根据其结果修改设计参数，再确定与工程实际情况相符的参数值。如果只是单纯依靠强夯段的试验得到相关参数，还无法与工程地质条件和填料成分的复杂性要求相适应，所以施工人员要检测现场的强夯施工情况，将信息及时反馈给设计单位，经过综合分析，尤其是提出可能出现问题的解决意见后修改设计参数，再反馈给施工单位和工作人员。（3）施工检测控制。为了确保检测数据的可靠性、检测过程的有效性以及工程施工的经济性，强夯处理效果的检测主要指标为密实度，施工人员要采用灌沙法和30cm直径的灌砂筒进行试验，在填料成分出现较大变化时需要重新获取最大干密度值，必要情况下用荷载试验、波速和动力触探的方式加以辅助。
        3.高填方路基沉降防治的有效措施
        除了要应用高填方路基沉降施工技术外，还要做好预防沉降的相关措施。在准备阶段，施工人员要测量施工现场的情况，全方位进行考察，确保完全掌握地质情况问题，为制定完善的施工方案奠定基础。在选用填料工作上，则要尽量就地取材，如果是外来材料，则要确保充分了解情况下才能应用，对材料做好测试工作。设计要求方面，要满足以下几点要求。首先进行压实时，要做好分层的处理工作，在一层达到标准后才能进行下一层施工。施工路段可能会出现非土质移速问题，施工前就要将其清除。其次施工路段如果存在水源，要先将水源排出，及时引流，而路段最下层需应用耐性较好，透水性强的材料，有助于预防地下水渗出对路基产生侵蚀的影响。最后是关于排水系统的处理，要重视防渗工作，及时发现路面缝隙问题，及时填补。选择填补材料时，则注意材料水稀释性与填土的密封性，还要设置路边水处理层，那么在进入雨季后有助于削减路基侵蚀作用。
        4.结束语
        综上所述，高填方路基建设施工工作非常重要，这与公路通车、安全运行有着非常重要的关系，因此施工人员需要重视每一道工序，严格施工标准，把握重点，科学选择填筑材料，做好填土压实的工作，才能提高高填方路基施工的整体水平。
        【参考文献】
        [1]毛艳玲,孟庆楠.高填方路基沉降预测与控制技术[J].科技致富向导,2014,11(14):90-91.
        [2]王刚.高速公路高填方路基施工处理探讨[J].华东公路,2014,2(3):157-158.
        [3]崔杨,梁磊.京包高速公路工程高填方路基施工技术[J].市政技术,2010,11(1):918-919.
        [4]刘国红.高填方路基重锤夯击实践分析[J].山西建筑,2015,5(20):109-110.
        [5]张际荣.高填方路基沉降预测与控制沉降施工技术分析[J].装备技术,2019,11(12):176.