許亮

摘要: 結(jié)合實際工程案例,闡述了濕陷性黃土地區(qū)高速公路填方路基的沉陷原因，指出了沉陷病害的易發(fā)部位和防治辦法,旨在提高濕陷性黃土地區(qū)高速公路路基的使用耐久性,確保工程質(zhì)量和行車安全,同時為后續(xù)同類工程施工提供參考。

關鍵詞: 濕陷性黃土；路基沉陷；邊坡；加固

中圖分類號：U213.1 文獻標識碼： A

1 濕陷性黃土的形成及特征

濕陷性黃土是在干旱的氣候條件下形成的，濕陷性黃土是一種特殊性質(zhì)的土,在形成初期,季節(jié)性的少量雨水把松散的粉粒粘聚起來,而長期干旱使水分不斷蒸發(fā),形成以粗顆粒為主體骨架的多孔結(jié)構(gòu)。在上覆土層自重應力作用下,或者在自重應力和附加應力共同作用下,下沉穩(wěn)定后,受水浸濕,土體結(jié)構(gòu)迅速破壞,并產(chǎn)生顯著附加變形或下沉,嚴重影響路基質(zhì)量。高填方路基施工完工后,隨著時間的延長、氣候的變化和汽車重復荷載的作用,常出現(xiàn)路基的整體下沉與局部下沉、路基縱橫向開裂、路基滑動或者邊坡滑坍等病害。

2 填方路基易發(fā)生沉陷病害的部位

2.1路基填挖結(jié)合部

半填半挖路基及路基填挖結(jié)合部,最容易出現(xiàn)路基不均勻沉降導致路面開裂,其主要成因有不良地基、填土材料、結(jié)合部處理不當、壓實工藝及交通因素等方面的影響。它們又可以歸納為兩大類:路基穩(wěn)定性不足,病害現(xiàn)象為路基滑動；填挖結(jié)合部路基的不均勻沉降,表現(xiàn)為路面長大裂縫、斷板等路面損害的發(fā)生。

2.2沖溝填方段落

首先沖溝填方段落一般都具有填方較高但是縱向長度較短并且是在暗涵頂填筑的特征,因此在施工時應當足夠重視,嚴格控制每層填筑的層厚、壓實度及填料的各項指標等要求,防止自然沉降引發(fā)的路基沉降。其次填筑最好整幅施工,這樣可以防止路基的縱向裂縫。最后關于排水,不論是施工期間的臨時排水還是路基形成后的最終排水系統(tǒng),都應做到完善暢通,對于挖方段落匯流過來的水,疏導至路基范圍外,防止對填方路基邊坡產(chǎn)生沖刷。

3 路基處理

3.1換填土層法

換填土層法是指因填筑土質(zhì)不符合要求,路基出現(xiàn)下沉但面積不大且深度不深,可以選擇采用換填土層法。即將原路基出現(xiàn)沉陷的填土挖除,更換新的、符合要求的土質(zhì)。一般采用級配較好的砂礫土、塑性指數(shù)滿足規(guī)范要求的亞黏土為宜。采用此法施工時,回填土的挖補面積要擴大,且逐層挖成臺階狀(縱向或橫向應預留臺階,臺階應鋪設土工格柵),由下往上,逐層填筑,碾壓密實,壓實度要求高出原路基壓實度1%~2%為宜。重新填筑前應對路基頂面進行強夯處理,對于臺背填筑沉陷段落,如填筑的是透水性材料應進行注漿處理,其特點是將整個下陷區(qū)進行開挖,重新進行路基路面施工,優(yōu)點是有效可靠,缺點是路面及路基在施工開挖后,直接影響車輛運行。

3.2筋土加固

土工格柵為柔性纖維,它只承受拉應力,受拉力時產(chǎn)生較大的伸長和蠕變,但不能承受壓應力。將其分布在土體中的拉伸變形區(qū),土中的拉應力傳遞給格柵,使筋材作為抗拉構(gòu)件。當加筋土受荷載作用時,土工格柵與土體間咬合鑲嵌的摩擦阻力制約了土體中的側(cè)向變形。土工格柵具有高度的粘結(jié)固結(jié)作用,與土相互嵌固的效應顯示出更好的抗拉性能,高抗拉性使筋土強度遠遠大與無筋土,極大提高了土承受應力的能力,從而消除了不均勻沉降。土工格室是由土工合成材料組裝成的具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的三維材料制品,它具有材質(zhì)輕、耐磨、強度高等特性,其加固基床主要是利用格室的側(cè)向限制作用與填料形成一個整體,并能有效地改善動應力的分布,使得動應力的橫向分布較換填法更趨于均勻,避免了換填法的應力集中和出現(xiàn)不均勻沉降,從而提高提土體強度與剛度。

3.3路基邊坡處理

三維土工網(wǎng)墊是以熱塑樹脂為原料制成的兩層或多層表面呈凹凸不平網(wǎng)包的層狀結(jié)構(gòu)孔網(wǎng),具有一定的彈性和強度:(1)網(wǎng)孔具有較大的容土空間,可將土顆粒、草籽等填充物有

效地握裹在一起,防止土粒、草籽和幼苗沖刷流失。(2)土工網(wǎng)墊的凹凸不平可使風和水流在網(wǎng)墊表面產(chǎn)生小渦流,能起緩沖消能作用。(3)土工網(wǎng)墊網(wǎng)孔狀結(jié)構(gòu)提高了土體的滲透性,有利于表層雨水下滲和植物生根發(fā)芽,促進生長并扎根于土體中,有效降低坡面水流量,加強保護層。4)植物根系與土工網(wǎng)墊交織在一起,形成淺層致密的坡面加筋復合保護層,具有一定的整體性和極強的抗沖蝕能力。

3.4 成樁加固法

成樁加固法主要有粉噴樁法、灰土擠密樁法、生石灰樁及灰土、碎石和干拌水泥碎石樁擠密法等,對于處理10m以內(nèi)路基下沉病害,采用灰土擠密樁加固技術是較為理想的方法之一。灰土擠密樁是利用打樁機或振動器將鋼套管打入地基土層并隨之拔出,在土中形成樁孔,然后在樁孔中分層填入石灰土夯實而成灰土樁。與夯實、碾壓等豎向加密方法不同,灰土擠密樁是對土體進行橫向加密。施工中當套管打入地層時,管周地基土受到了較大的水平方向擠壓作用,使管周一定范圍內(nèi)的土體工程物理性質(zhì)得到改善。成樁后石灰土與樁間土發(fā)生離子交換、凝硬反應等一系列物理化學反應,放出熱量,體積膨脹,其密實度增加,壓縮性降低,濕陷性全部或部分消除。該方法處理地基較深(最深可達15m),回填材料價格低廉,施工機械簡單,施工工藝簡便,是經(jīng)濟與技術效果都較好的一種地基處理方法。

3.5 壓力注漿法

灌漿法是利用液壓、氣壓或電化學原理,通過注漿管將漿液均勻地注入地層中,漿液以充填、滲透和擠密等方式占據(jù)土粒間或巖石裂縫中的空間,經(jīng)人工控制一定時間后,漿液將原來松散的土?；蛄严赌z結(jié)成一個結(jié)構(gòu)新、強度大的整體。注漿的機理主要有滲入性注漿、劈裂注漿和壓密注漿三種。灌漿施工主要包括灌漿壓力、漿液濃度、灌漿量、灌漿次序等內(nèi)容,如何選擇和控制灌漿壓力和漿液濃度等因素,是灌漿施工中首要解決的問題。灌漿壓力是保證灌漿質(zhì)量重要因素之一。如果壓力過小,漿液射流達不到預計范圍,擴散半徑小,易形成空白區(qū)；如果壓力過大,則會破壞路基原結(jié)構(gòu),抬升路面或沖垮邊坡,還會使?jié){液沿路基薄弱部位沖出路基,達不到灌注目的。因此,在大范圍灌注前應先做試驗,根據(jù)注漿段的路基類型,結(jié)合單孔注漿量選擇合適注漿壓力。

4 結(jié)束語

濕陷性黃土路基及邊坡施工的關鍵,在于對不良地基的處理,薄弱區(qū)的填筑加固采用土工合成材料綜合治理,保證了行車安全,通過施工實踐,實現(xiàn)了應用新技術、新材料整治基床及邊坡病害,達到了根治的目的。對消除濕陷變形,提高路基承載力,控制路基不均勻沉降,消除道路跳車病害,保護自然環(huán)境,起著積極的作用。