鄒 茫

(湖南省吉懷高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司,湖南懷化 418000)

1 工程概況

某高速公路地處川東平行嶺谷區(qū),路基大部分屬高挖高填方。其中該合同段k47+000～k47+500段路基填方高度達(dá)40m,填方量近55萬m3,屬國內(nèi)罕見高填方,且該處填方路基地處軟土地基地段。因此該段路基地基處理及路基填筑施工過程控制將對(duì)提高路基質(zhì)量極其重要。因此如何保證路基強(qiáng)度及穩(wěn)定性,對(duì)路基施工提出了嚴(yán)格的要求。

2 高填方路基質(zhì)量病害產(chǎn)生的原因

填方總高度超過18.0m(土質(zhì))或超過20.0m(石質(zhì))的路基,稱為高路堤。高路堤的填方數(shù)量大、占地寬、施工工藝復(fù)雜,因此,在高填方路基的施工中,很難保證路基填方質(zhì)量。且常年受重復(fù)載荷的作用,在工程施工過程中和工程施工完工后,隨著時(shí)間的推移與行車重復(fù)載荷的作用,發(fā)生的病害仍很多,而且較難治理。高填方路基常見的病害有路基整體沉陷或局部沉陷、路基縱向開裂、路基滑動(dòng)或邊坡滑坍。造成高填方路基病害的原因主要有以下幾方面。

2.1 路基設(shè)計(jì)不合理

2.1.1 設(shè)計(jì)計(jì)算不合理

當(dāng)公路路線設(shè)計(jì)有高填方路基時(shí),應(yīng)按照規(guī)范要求認(rèn)真地對(duì)高填方路基作特殊設(shè)計(jì),進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算和沉降計(jì)算。如果驗(yàn)算和計(jì)算所需的地質(zhì)條件、土工實(shí)驗(yàn)資料等不能真實(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)情況時(shí),就會(huì)造成設(shè)計(jì)計(jì)算的不合理,在施工過程中或完工后,高填方路基將會(huì)有較大的整體下沉或局部沉陷,以致影響公路的正常使用。

2.1.2 地基處理方法不當(dāng)

因高速公路路基通過區(qū),地基復(fù)雜多樣,有的甚至為軟土地基,如果軟基處理方案選用不當(dāng),導(dǎo)致地基加載后達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,由于荷載過大,破壞原有的自然狀態(tài),出現(xiàn)土體剪切破壞,重新固結(jié),而導(dǎo)致過大沉陷。

2.2 施工工藝不當(dāng)

高填方路堤施工工藝復(fù)雜,涉及的因素較多,任一環(huán)節(jié)處理不當(dāng)都可能埋下質(zhì)量隱患。

2.2.1 填料不合格

如果路堤填料土質(zhì)差,填料中混進(jìn)了種植土、腐殖土或泥沼土等劣質(zhì)土,由于這類土壤中有機(jī)物含量多、抗水性差、強(qiáng)度低,那么,路堤將出現(xiàn)塑性變形或沉陷破壞。尤其是膨脹土,遇水膨脹軟化,風(fēng)化收縮開裂,固體穩(wěn)定性差,用作填料時(shí)隨著土壤中水分的揮發(fā),收縮開裂尤為嚴(yán)重,對(duì)路堤的整體結(jié)構(gòu)危害極大。

2.2.2 填筑工藝不當(dāng)

高填方路基的填料在分層填筑時(shí),應(yīng)按照施工規(guī)范要求的厚度進(jìn)行鋪筑。如果隨意將鋪筑厚度加厚,即使壓實(shí)機(jī)具按規(guī)定的碾壓遍數(shù)壓實(shí)時(shí),壓實(shí)度也達(dá)不到規(guī)范規(guī)定的要求。當(dāng)填筑到路基設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí),必然產(chǎn)生累計(jì)的沉降變形,在重復(fù)載荷與填料自重作用下產(chǎn)生沉陷。同時(shí),施工不能整幅分層填筑,且路段受各方面條件的限制,非沿縱向分幅填筑,或半填半挖路段處理不當(dāng),導(dǎo)致路基縱向開裂。

2.2.3 壓實(shí)工藝不當(dāng)

未按要求的壓實(shí)工藝進(jìn)行碾壓,路基的壓實(shí)強(qiáng)度不均勻,壓實(shí)度達(dá)不到規(guī)定要求,將會(huì)導(dǎo)致高填方路段產(chǎn)生較大的沉降變形和整個(gè)路堤的不均勻沉降。

3 改善的高填方路基施工技術(shù)

上面這些高填方路基可能出現(xiàn)的問題,解決關(guān)鍵之一就是施工過程控制和施工技術(shù)改善。特別是針對(duì)該段路基填方高、量大的特點(diǎn),增加了這些質(zhì)量通病發(fā)生的可能,改善和提高有效的施工技術(shù)措施尤為必要。

3.1 仔細(xì)領(lǐng)會(huì)強(qiáng)化設(shè)計(jì)意圖,加強(qiáng)地基處理施工技術(shù)

該段軟土地基平均處治厚度達(dá)8m,設(shè)計(jì)采用了振動(dòng)沉管碎石灌注樁,土工格柵和砂墊層共同處治,陡坡地段設(shè)置臺(tái)階,臺(tái)階開挖寬度一般為3 m,并向內(nèi)傾斜4%。

針對(duì)設(shè)計(jì)意圖,首先就是碎石樁的施工質(zhì)量控制。而根據(jù)碎石樁與土形成復(fù)合地基的假設(shè)前提,碎石樁必須具有足夠的單樁承載力,一般不低于600 kPa,為此單根碎石樁的密實(shí)度就成了控制的關(guān)鍵指標(biāo)。施工時(shí),除選擇有代表的地點(diǎn)設(shè)置試驗(yàn)樁外,還要根據(jù)試驗(yàn)抽樣建立動(dòng)態(tài)管理表。因施工過程土質(zhì)或土體深度含水量等的不斷變化,導(dǎo)致試驗(yàn)樁的代表性受到限制,因此試驗(yàn)檢測(cè)抽樣時(shí)認(rèn)真記錄分析樁的貫入時(shí)間和深度、沖水量和水壓、壓入的碎石量和電流動(dòng)變化關(guān)系將十分重要,施工過程根據(jù)動(dòng)態(tài)管理表調(diào)整施工參數(shù),確保了碎石樁的密實(shí)度和單樁承載力。因此施工中加強(qiáng)動(dòng)態(tài)管理技術(shù)是必須的。

其次充分理解砂礫墊層在設(shè)計(jì)中的重要作用。在鋪設(shè)砂墊層時(shí)盡量平整場(chǎng)地,砂礫填料選擇級(jí)配良好的級(jí)配碎石,保證濾水能力。同時(shí)考慮到砂礫處治的目的除具透水性作用外,增加地表強(qiáng)度,防止地基局部剪切變形也是其重要的目的。施工中在鋪設(shè)碾壓好的砂墊層上,再分層填筑厚約2m的填石路基,這樣透水能力及地表整體性強(qiáng)度得到充分的提高,起到了對(duì)設(shè)計(jì)意圖進(jìn)行強(qiáng)化的效果。通過基底采用填石路基加強(qiáng),使路基填料透水性和整體強(qiáng)度得到提高,有效改善了地基承載力,降低了地基沉降的可能。

3.2 加強(qiáng)路基填料的控制

施工中,根據(jù)我合同段挖方區(qū)(填方料源)砂巖多,填石路基沉降少的特點(diǎn),高填方路基填筑盡量采用填石路基。對(duì)于填料的粒徑,施工中爆破不可能保證,于是根據(jù)填方層厚及粒徑要求,石方爆破后,在挖方區(qū)配備一臺(tái)破碎機(jī)(挖機(jī)安裝破碎頭)進(jìn)行加強(qiáng)破碎,確保了填料的質(zhì)量,再加上加強(qiáng)壓實(shí),使路基在施工期內(nèi)因密實(shí)而自然固結(jié),減少了由于路基隨填方增加重新固結(jié)沉降的發(fā)生。

3.3 充分理解分層填筑及挖反向臺(tái)階段作用

施工中采用整幅分層水平填筑,盡量減少分段填筑,但由于路段受各方面條件的限制,非沿縱向或橫向分幅、分段填筑時(shí),對(duì)高填方路基的填筑就更應(yīng)嚴(yán)格控制,堅(jiān)決杜絕垂直或無搭接填筑。該路段受T梁預(yù)制場(chǎng)建設(shè)的需要,要求在k47+300～k47+500處25 m以上部分路基必須先填至路床頂。為保證施工質(zhì)量,施工中填筑時(shí),做到每一層都應(yīng)留臺(tái)階作搭接處理,且控制搭接長(zhǎng)度預(yù)留在5m以上。路基填到第二個(gè)平臺(tái)開始出現(xiàn)半填半挖情況時(shí),在山坡上按要求從填方坡腳向上挖成向內(nèi)傾斜的臺(tái)階,挖臺(tái)階前特別要先清除其表層土,尤其對(duì)下臥為巖層面的,要清除全部表層土直至巖層面,臺(tái)階在巖層面上生成,有時(shí)須通過爆破挖臺(tái)階,這樣消除了因巖層面產(chǎn)生沉降滑動(dòng)的隱患。

3.4 精心組織確定壓實(shí)工藝

在高填方路基施工中,應(yīng)嚴(yán)格控制填料的實(shí)際含水量在最佳含水量±2%,制定科學(xué)合理的壓實(shí)工藝,并按要求配備相應(yīng)的整平碾壓機(jī)具,按規(guī)范進(jìn)行操作。該路段因填料基本都以弱風(fēng)化巖或強(qiáng)風(fēng)化巖為主,只要保證填筑時(shí)的天氣,就基本能保證填料含水量,消除了含水量不合對(duì)壓實(shí)的影響。設(shè)計(jì)該段高填方路基采用了土工格柵,使用強(qiáng)夯及沖擊碾壓對(duì)其有破壞作用,而高填方路基必須采用重型壓實(shí)設(shè)備,綜合考慮,該處路基施工選擇用大功率羊足碾和普通平板壓路機(jī)配合使用,充分考慮了羊足碾的壓實(shí)效果而又不導(dǎo)致破壞土工隔柵。壓實(shí)過程首先采用羊足碾強(qiáng)振壓實(shí),然后用推土機(jī)進(jìn)行二次收平,再用平板壓路機(jī)壓實(shí)收平。由于羊足碾能將石料破皮甚至破碎作用,使破碎的石屑經(jīng)推土機(jī)平整填入填料空隙中,使填石空隙更加密實(shí),這樣既保證了路基壓實(shí)度和平整度,也便于土工格柵的鋪筑,又不使已施工的土工格柵扭曲、折皺、重疊,保證了土工格柵充分發(fā)揮其作用,消除了路基滑動(dòng)或邊坡滑坍的隱患。

4 結(jié)論

在精心施工該段路基的同時(shí),嚴(yán)格執(zhí)行路基沉降觀測(cè)工作。該段路基從2005年10月開始填筑,于2007年6月填到設(shè)計(jì)標(biāo)高,總共經(jīng)歷了21個(gè)月,通過對(duì)沉降曲線圖(圖1)的觀察分析可以看到,路基沉降在路基填筑初始階段較慢,當(dāng)路基填筑達(dá)到一個(gè)平臺(tái)以上時(shí),沉降速率隨著填筑高度的增加有增大的趨勢(shì),當(dāng)路基填筑到設(shè)計(jì)標(biāo)高后,路基沉降又呈緩慢增加形式,直至路基基本穩(wěn)定下來,但沉降速率總體變化不大(中間段沉降速率增大的原因主要還是因填土速度增加導(dǎo)致),在設(shè)計(jì)規(guī)定范圍內(nèi),總體沉降量也不大(見沉降關(guān)系曲線圖)。分析原因如下:路基在填筑過程中,經(jīng)過處理的地基承載力基本能夠承受高填土產(chǎn)生的壓力,在地基容許承載力范圍內(nèi),地基沉降很少,路基呈現(xiàn)出類似彈性變化的形式,即路基沉降隨著填土高度的增加而增加。整個(gè)填土過程沉降量都保持了基本線彈性關(guān)系,是該階段路基沒發(fā)生明顯過大沉降的根本原因。

圖1 k 47+000～k 47+500段高填方路基填土?xí)r間-填土高度-沉降速率-沉降量關(guān)系曲線圖

綜上跟蹤路基沉降觀測(cè)結(jié)果,該段路基在施工過程中,施工人員仔細(xì)體會(huì)設(shè)計(jì)意圖,認(rèn)真組織施工程序,精心設(shè)計(jì)施工方案。通過改善和加強(qiáng)施工技術(shù)方案,使該段高填方路基施工質(zhì)量總體效果較好,該段路基隨著路基填筑結(jié)束,地基所受填方產(chǎn)生的土壓力趨于穩(wěn)定,路基沉降速率也慢慢穩(wěn)定下來,沉降發(fā)生很緩慢,從而保證了工后該段路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

[1]龍曉煒.現(xiàn)代道路路基路面工程[M].北京:北京交通大學(xué)出版社,2004.

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[3]JTJ 017-97,公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范[S].

[4]JTJ 033-95,公路路基施工技術(shù)規(guī)范[S].