二建公路知識點(diǎn):路基橫向不均勻沉降原因有哪些
路基橫向不均勻沉降的發(fā)生是多方面因素綜合作用的結果。其中,內因在于地基及路基本身;外因是車(chē)載、地下水及自重等作用。
1.地基對路基橫向不均勻沉降的影響
(1)路堤地基處理不當
①伐樹(shù)除根及表土處理不徹底或是路基基底的壓實(shí)度不夠,致使路堤形成后,一旦雜質(zhì)腐爛變質(zhì),地基將會(huì )發(fā)生松軟和不均勻沉降。
②地面橫坡大于1:5的路段,路堤填筑前地基未按規定要求挖成臺階,填料與地基結合不良,在荷載作用下填料極易失穩而沿坡面發(fā)生滑移,從而產(chǎn)生橫向不均勻沉降。
(2)特殊地基地段
①軟土地基對路基橫向不均勻沉降的影響
當路基修筑在軟土地段時(shí),軟土層本身力學(xué)性能差,在附加應力作用下,會(huì )發(fā)生固結沉降、次固結沉降和側向塑性擠出,導致明顯的沉降變形。有些河谷、水塘地段雖作了清淤處理,但是處理不徹底或回填材料控制得不好,從而形成人為的相對軟土層。在高填方填筑后,地基出現不均勻沉降,造成路基的不均勻沉降,甚至路面開(kāi)裂。在一些地表水和地下水自然排泄困難的地方,地基土中的軟土層在固結過(guò)程中的較大沉降變形,也是產(chǎn)生過(guò)大沉降和沉降差的重要原因。有些路段所處地基不屬于軟土地基,但處于低洼、河谷處,長(cháng)期受水沖蝕,天然含水量較高,在設計時(shí)未發(fā)現或未作特殊處理,在施工時(shí)也未做等載或超載預壓,也會(huì )產(chǎn)生不均勻沉降。軟土地基是公路路基產(chǎn)生不均勻沉降的重要原因之一,其中,比較有代表性的工程實(shí)例如沈大高速公路改擴建工程,由于沈大高速公路部分路段位于軟土地基上,路堤設計與施工必須控制新路堤的橫向穩定性及由于新老路堤橫向不均勻沉降而形成的橫向錯臺,以避免影響到行車(chē)安全。因此,軟土地基處理是本項工程的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。
②巖溶地基對路基橫向不均勻沉降的影響
在碳酸鹽巖地區,路基下有時(shí)分布有巖溶洼地或漏斗,其中的沉積物松軟,在行車(chē)動(dòng)載的作用下,沉積物壓實(shí)、側向流動(dòng)和下陷,造成路基沉陷。比較有代表性的工程實(shí)例是在昆明至瑞麗公路,有一處屬這種類(lèi)型。該公路通過(guò)處為灰巖地區的凹狀地形區,自1991年開(kāi)始,路面每年下沉約1.5m,1993年7~9個(gè)月,每月墊高路面0.5m,側向變形作用不明顯。其原因主要是路基以下為巖溶洼地,洼地內風(fēng)化殘積物疏松軟弱,該處在地貌上易于地下水的匯集。在交通荷載作用下,殘積物壓密和側向流動(dòng),使路基近于垂直下沉。一般說(shuō)來(lái),土層的天然含水量越高、天然孔隙比越大,則壓縮系數越大、承載力越低,則路基的沉降量和沉降差越大;抗剪強度和承載力越低,則側向塑性擠出甚至局部坍滑的可能性越大。故地基中存在巖溶,容易導致路基的橫向不均勻沉降。
2.路基本身引起的路基橫向不均勻沉降
(1)路堤填料不均勻
在公路施工過(guò)程中,對填料、級配很難得到有效的控制。若填料中混入種植土、腐殖土或泥沼等劣質(zhì)土,或土中含有未經(jīng)打碎的大塊土或凍土等,或在填石路堤中石料規格不一,性質(zhì)不勻,亂石中空隙很大,在一定期限(例如雨季)可能產(chǎn)生局部明顯橫向下沉。另外,填料常常是路塹的挖方、隧道掘進(jìn)產(chǎn)生的廢方。這些填料性質(zhì)差異大、級配也相差很遠。在施工過(guò)程中,如果分層碾壓厚度過(guò)大,小顆粒填料和軟弱物質(zhì)很難得到有效壓實(shí),在荷載的長(cháng)期作用下,回填料會(huì )產(chǎn)生不協(xié)調沉降變形。
(2)路基填土壓實(shí)不足
由于壓實(shí)度不足往往導致填方路基的橫向不均勻沉降變形,路基兩側出現縱向裂縫。路基土體壓實(shí)度不足的主要原因有以下幾點(diǎn)。
①路基施工受實(shí)際條件的限制時(shí),如天氣太干燥,局部路堤填料含水量低,土塊粉碎不足,致使路基壓實(shí)度不均勻;暗埋式構造物因其長(cháng)度限制使路基邊緣不能超寬碾壓,致使路基邊緣壓實(shí)度不夠;某些加減速道與行車(chē)道沒(méi)有同步施工,當拼接處理得不好時(shí),其拼接處也產(chǎn)生壓實(shí)度不足的情況。
②在填方路堤施工中,當路堤施工到一定高度以后,路堤邊緣土體往往存在壓實(shí)度不足問(wèn)題。對于較高的填方路基,通常都要作相應的處治。填方土體壓實(shí)度不足,其結果是土體前期固結壓力小于自重應力和各種附加應力之和,在自重作用下就會(huì )發(fā)生沉降變形。這些附加應力主要來(lái)自以下幾個(gè)方面:車(chē)載,尤其超載情況;含水量變化造成土體重度的改變;地下水位升降而導致浮力作用改變;土體飽和度改變,引起負孔隙水壓力改變。這些附加應力引起土體中有效應力改變,從而導致土體發(fā)生壓縮變形。土體壓實(shí)度不足還會(huì )導致填土路基的側向完全受限,僅有豎向變形。實(shí)際路基土中存在有側向變形,這種側向變形會(huì )引起沉降。
③由于填方土體的最佳含水量控制不力,壓實(shí)效果達不到要求。
④考慮到施工安全和進(jìn)度,使得壓實(shí)或壓實(shí)作用時(shí)間不足,路基壓實(shí)不充分,致使路基壓實(shí)度達不到要求。
⑤其他原因:如路基填料的含水量、壓實(shí)時(shí)的松鋪厚度、碾壓機具選擇不當等,都易造成路基壓實(shí)不足,使路基土的密實(shí)度達不到要求,這樣土體仍會(huì )發(fā)生積水,造成水分積聚和侵蝕路基.使路基土軟化或因凍脹而產(chǎn)生不均勻沉降。
(3)半填半挖部位產(chǎn)生的不均勻沉降
由于填方的沉降系數與挖方的沉降系數不同,在行車(chē)荷載的作用下,隨著(zhù)時(shí)間的推移,填方與挖方的沉降差值越來(lái)越大,易在交界處出現土基不均勻沉降,路基產(chǎn)生縱向裂紋。
3.水文氣候引起的路基橫向不均勻沉降
(1)氣候對路基橫向不均勻沉降的影響
氣候也是引起路基的橫向不均勻沉降的一個(gè)重要因素。降雨量過(guò)大、洪水、冰凍、積雪或溫差過(guò)大,都可能使高路堤產(chǎn)生橫向不均勻下沉。
(2)地下水對路基橫向不均勻沉降的影響
在地下水的交替作用下,路基土體內水含量反復變化。土體重度在一定范圍內波動(dòng),更為重要的是,由毛細管張力引起負孔隙水壓力可以達到相當的數值,再加上水的軟化、潤滑效應,有可能使路基產(chǎn)生橫向沉降變形。路基或地基中地下水的動(dòng)態(tài)性對路基不均勻沉降有很大影響。路堤及其地基中的地下水主要補給來(lái)源有三種類(lèi)型,即地下水側向補給、降雨補給和地表水側向補給,其動(dòng)態(tài)變化及侵蝕作用影響到土體中的有效應力分布、土體的結構特征和土體強度,從而導致路基的橫向不均勻沉降。
4.施工方面的原因
填筑順序不當,未在全寬范圍內分層填筑,填筑厚度不符合規定,填料質(zhì)量不符合要求,填料水穩性差,不同性質(zhì)的填料混填,因不同土類(lèi)的可壓縮性和抗水性差異,形成不均勻沉降。路基填料含水量控制不嚴,又無(wú)大型整平和碾壓設備,使壓實(shí)達不到要求。施工過(guò)程中,未注意排水,遇雨天時(shí),路基積水嚴重,無(wú)法自行排水,有的積水浸入路基內部,形成水囊;晴天施工時(shí),未排除積水、控制含水量就繼續填筑,以致造成隱患。

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