李　鋒

摘要:高速公路往往由于線路的要求,在山區(qū)多采用隧道或大開(kāi)挖形式,而在河網(wǎng)及低洼地帶則常修建橋梁及填筑高路堤。例如,正在建設(shè)的中山至江門高速公路就是地處河網(wǎng)及低洼地帶,全線長(zhǎng)約26km,其中一半為橋梁,主要是跨江大橋和跨河涌中橋,以及經(jīng)過(guò)村鎮(zhèn)的高架橋、立交橋和預(yù)留跨線橋等;另一半則是建在耕地、蕉林和魚塘上的路堤,軟土厚度為數(shù)m至40m不等。值得注意的是,建在軟基上的路堤,若軟基處理沒(méi)做好,則可能在施工時(shí)出現(xiàn)失穩(wěn)或在竣工后發(fā)生過(guò)大沉降。本文簡(jiǎn)要介紹高速公路軟土地基處治技術(shù)的發(fā)展情況,并對(duì)一些軟土地基處治新技術(shù)的研究方向提出若干建議。

關(guān)建詞:高速公路;高路堤;處治

1 引言

我國(guó)沿海,除山東部分地段外,大部分的海岸線為淤泥質(zhì)海岸。因此,沿海特別是大江、大河河口附近多為河相、海相或?yàn)a湖相沉積層,在地質(zhì)上屬第四紀(jì)全新世Q4土層,多屬于飽和的正常壓密粘土。土的類別多為淤泥、淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)亞粘土等土層。這些軟土一般具有高含水量、大孔隙率、低密度、低強(qiáng)度、高壓縮性、低透水性等特點(diǎn)。在此類地基上做工程,如果軟基處理不好或施工程序不當(dāng)都會(huì)給工程質(zhì)量帶來(lái)不利的影響,甚至造成工程失敗?？梢?jiàn),在軟基上修筑高等級(jí)公路,如果軟基處理不好則會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)工程的質(zhì)量;如果不對(duì)軟基進(jìn)行處理,則會(huì)對(duì)路堤施工、公路使用及維護(hù)帶來(lái)一系列問(wèn)題,一定要三思而后行。

2 高速公路發(fā)展概況

上世紀(jì)30年代,美國(guó)及德國(guó)開(kāi)始興建高速公路,到50年代世界各國(guó)大力發(fā)展高速公路。目前在英、美等發(fā)達(dá)國(guó)家的客貨運(yùn)輸中,鐵路運(yùn)輸所占比重不斷下降,而公路運(yùn)輸所占比重大大增加,從而形成以公路運(yùn)輸為中心的局面。但是,國(guó)外筑路時(shí)一般采用挖方、填方和堆載預(yù)壓等常規(guī)方法,例如,美國(guó)地廣人稀,一些高速公路的路堤主要是填方,往往不對(duì)地基專門處理,而是在數(shù)年甚至于十幾年后,待路堤沉降穩(wěn)定時(shí)再修建路基和路面,從而大大降低造價(jià)。此外,由于發(fā)達(dá)國(guó)家資金充裕,而建橋技術(shù)相對(duì)說(shuō)來(lái)較為成熟,對(duì)環(huán)境不利影響更小,故國(guó)外高速公路經(jīng)過(guò)河網(wǎng)及低洼地帶時(shí)一般選用旱橋,從而避免軟基及高路堤所帶來(lái)的問(wèn)題。

改革開(kāi)放之前,我國(guó)公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)普遍較低,甚至國(guó)道及省道一般都是沿著等高線建設(shè),路堤高度往往低于軟基極限填土高度,故很少碰到軟基處理之類的問(wèn)題。從1980年代末開(kāi)始,我國(guó)新建了一批高等級(jí)公路(含高速公路及一級(jí)公路),帶來(lái)了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)的高速公路一般分段建設(shè),每段建設(shè)工期約為2年,有些甚至不到1年。由于線路、縱坡和防洪等方面的要求,故高速公路路面標(biāo)高較高(遠(yuǎn)大于軟基的極限填土高度)。對(duì)于軟土地基,如果資金充裕則可象國(guó)外那樣選用旱橋,否則應(yīng)對(duì)軟基進(jìn)行處理后填筑高路堤。現(xiàn)在在高速公路上所采用的軟基處理技術(shù)主要是從水運(yùn)、鐵路和水利等行業(yè)引進(jìn)的,而且為了在軟基上取得筑路經(jīng)驗(yàn)一般先進(jìn)行試驗(yàn)段工程。

上世紀(jì)90年代初南京水利科學(xué)研究院在滬寧高速公路昆山段選定1.6km路段進(jìn)行軟基處理加固試驗(yàn)。試驗(yàn)采用不處理、淺層排水、塑料排水板、粉噴樁四種處理類型共13種方案,對(duì)勘探、室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、理論計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料反饋分析等進(jìn)行了系統(tǒng)研究。但是,該試驗(yàn)路段的軟土層普遍較薄,各土層的物理力學(xué)性質(zhì)較好,研究成果對(duì)沿海地區(qū)大量深厚軟土層的處理缺少指導(dǎo)意義。近幾年來(lái),一些建在軟基上的高速公路在開(kāi)工前也進(jìn)行了試驗(yàn)段工程,取得大量有益的試驗(yàn)成果,但對(duì)在深厚軟基上填筑高路堤技術(shù)缺系統(tǒng)研究,特別是快速填筑路堤技術(shù)和工后沉降控制技術(shù)等方面的成果鮮見(jiàn)報(bào)道。

3 進(jìn)一步研究的問(wèn)題

應(yīng)圍繞深厚軟基上高路堤的主要問(wèn)題,即施工期路堤的穩(wěn)定問(wèn)題和竣工后的工后沉降問(wèn)題開(kāi)展研究工作。高速公路常用的軟土地基處治技術(shù)包括墊層及淺層處理、反壓護(hù)道、土工合成材料、排水固結(jié)法、復(fù)合地基等。在高速公路施工時(shí)可選擇若干試驗(yàn)段進(jìn)行地基加固技術(shù)研究,如采用堆載預(yù)壓法、真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法、復(fù)合地基法(含粉噴樁和CFG樁等)等先進(jìn)方法對(duì)深厚軟基進(jìn)行綜合處治。

高速公路的工期一般為2～3年,在選擇軟基處理方案時(shí)往往首選造價(jià)較低且施工方便的排水固結(jié)法。由于沿海軟土的物理力學(xué)性質(zhì)變異較大,而高速公路建設(shè)跨越的地域較廣,故應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)工程來(lái)確定軟基加固設(shè)計(jì)的參數(shù)。對(duì)于淺層軟基可以只鋪設(shè)水平排水體,而對(duì)于深厚軟基則應(yīng)打設(shè)豎向排水體(塑料排水板、袋裝砂井和砂樁等)。為降低造價(jià)可通過(guò)采用不同豎向排水體間距進(jìn)行試驗(yàn),以便得到滿足工期、路堤穩(wěn)定和工后沉降等要求時(shí)的合理間距。對(duì)于超過(guò)20m的深厚軟基,加固深度20m一般可解決路基穩(wěn)定問(wèn)題,但應(yīng)考慮足夠的加固深度以滿足路面工后沉降的要求。

在京珠高速公路某匝道路堤填筑施工時(shí),其中一塊堆載預(yù)壓區(qū)由于填土較快曾發(fā)生大面積滑坡,而附近采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓施工的路堤雖然填土更高,卻穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng),各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并無(wú)異常。可見(jiàn),真空預(yù)壓技術(shù)用于軟土地基上路堤填筑施工有著明顯的優(yōu)越性:

(1)真空荷載可一次快速施加到位,且有利于地基的穩(wěn)定;

(2)沉降主要由地基固結(jié)排水所產(chǎn)生,加固后表層軟土的強(qiáng)度大幅提高,特別適用于路堤這類條形荷載;

(3)真空聯(lián)合堆載后可形成超載預(yù)壓,以真空荷載作為超載可減少棄土量,并獲得更大地基承載力和較小工后沉降;

(4)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓可大大加快路堤筑速度,縮短預(yù)壓時(shí)間。考慮到高速公路征地范圍較緊湊,如果要在深厚軟基上填筑7m以上的路堤時(shí),我認(rèn)為仍可采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓方案,路堤按一次放坡連續(xù)堆載進(jìn)行施工,但應(yīng)通過(guò)監(jiān)測(cè)確保路堤穩(wěn)定及滿足工后沉降的要求。

建在軟土地基上的橋頭過(guò)渡段的路基處理,迄今仍是設(shè)計(jì)者最費(fèi)腦筋的地方。顯然,作為橋梁基礎(chǔ)的樁基是剛性基礎(chǔ),而采用排水固結(jié)法的路基為柔性地基,所以過(guò)渡段的路基宜采用半剛性半柔性的復(fù)合地基法進(jìn)行處理。當(dāng)軟土厚度小于15m時(shí),采用粉噴樁等復(fù)合地基加固技術(shù)進(jìn)行處理一般可獲得較為滿意的效果;對(duì)于更深厚的軟土地基,前述格形攪拌樁聯(lián)合加筋土工合成材料方案在技術(shù)上是可行的,但造價(jià)偏高。建議加強(qiáng)CFG樁等低標(biāo)號(hào)素混凝土樁所形成的復(fù)合地基的試驗(yàn)研究,特別應(yīng)研究樁與地基的荷載分配形式,并探討這類樁聯(lián)合排水固結(jié)法處理地基的可能性。

結(jié)語(yǔ)

考慮到高速公路的特點(diǎn),例如,橋涵與路堤的連接問(wèn)題,縱向及橫向不均勻沉降的控制,填筑材料的選取,沿線工后沉降的一致性,超載數(shù)值及卸載時(shí)間的考慮,等等。因此,以下問(wèn)題仍進(jìn)一步研究:沿海地區(qū)軟土的極限填土高度一般為2m左右。而填土高度往往達(dá)到7m以上,針對(duì)不同的軟基加固方法,研究控制填土速率等技術(shù)指標(biāo),使路堤按預(yù)定工期穩(wěn)定地達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高;高速公路對(duì)地基變形量的要求是很高的,一般要求在使用期內(nèi)路堤的工后沉降量不超過(guò)30cm,路橋搭接處的工后沉降低于10cm。通過(guò)研究各種軟基加固方法的適用范圍并探索新的有效措施來(lái)滿足設(shè)計(jì)要求;針對(duì)橋頭過(guò)渡段和中橋及涵洞段研究特殊軟基處理方法,以解決這些部位技術(shù)要求高但工期緊的問(wèn)題;通過(guò)研究路堤的沉降規(guī)律來(lái)指導(dǎo)填土施工,特別是確定超載及卸載方法,保持全 線較為一致的工后沉降,減少二次棄土量,以利上部路基和路面的施工。

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作者簡(jiǎn)介:李鋒(1974-)男、河南鹿邑人,主要從事路橋施工技術(shù)研究。