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        探討高速公路軟基地段高填方路基施工技術(shù)

        2019-09-21 08:32:12
        散裝水泥 2019年3期
        關(guān)鍵詞:填方路基填方填料

        李 劍

        (保利長(zhǎng)大工程有限公司,廣東廣州511431)

        因修筑高速公路的地區(qū)不同,其土質(zhì)條件也會(huì)存在差異,在施工期間,常常會(huì)遇到軟基地段,若未選用適合的施工技術(shù),則會(huì)導(dǎo)致軟基病害,這樣會(huì)對(duì)高速公路的安全運(yùn)行構(gòu)成極大威脅。所以,相關(guān)工作人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)高速公路軟基地段高填方路基施工技術(shù)的研究,從而為增強(qiáng)我國(guó)高速公路的使用性能及安全性能打下基礎(chǔ)。

        1 工程實(shí)況

        某高速公路位于高山地區(qū),路基多為高挖高填方。相應(yīng)的合同段k47+000~+500段的路基填方,其高度為40m,填方量約為55萬(wàn)m3,是國(guó)內(nèi)不常見的高填方,而且,此處填方的路基地位置為軟土地段。地基處理以及路基填筑施工控制對(duì)于提升路基工程施工質(zhì)量具有重要影響。因此,如何確保路基的穩(wěn)定性、強(qiáng)度,相關(guān)施工企業(yè)對(duì)路基施工提出較高要求。

        2 高填方路基施工質(zhì)量病害形成原因

        填方的總體高度大于18.0 m(土質(zhì))或者大于20.0m(石質(zhì))路基,稱為高路堤。高路堤的填方占地寬,數(shù)量大,施工工藝十分復(fù)雜。所以,相關(guān)工作人員在高填方的路基展開施工作業(yè)過程中,難以確保路基的填方質(zhì)量。由于長(zhǎng)年受重復(fù)載荷作用的影響,當(dāng)工程施工結(jié)束后,伴隨行車載荷與時(shí)間的推移,極易引發(fā)很多病害,且難以治理。高填方的路基遇到最多的病害現(xiàn)象為局部沉陷、路基整體沉陷、路基滑動(dòng)、路基縱向開裂、邊坡滑坍等。導(dǎo)致高填方路基的病害原因大體如下:

        2.1 路基設(shè)計(jì)不科學(xué)

        2.1.1設(shè)計(jì)計(jì)算不合理

        在高速公路的路線設(shè)計(jì)存在高填方路基時(shí),設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)相關(guān)建筑規(guī)范,仔細(xì)對(duì)高填方路基進(jìn)行特殊設(shè)計(jì),還要對(duì)沉降、穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。若驗(yàn)算與計(jì)算需要的土工實(shí)驗(yàn)資料、地質(zhì)條件等無法正確反映施工現(xiàn)場(chǎng)狀況時(shí),會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)計(jì)算不科學(xué)。在施工期間或施工結(jié)束時(shí),高填方的路基則可能產(chǎn)生很嚴(yán)重的局部或整體下沉現(xiàn)象,進(jìn)而影響高速公路的有效使用。

        2.1.2地基處理不合理

        由于公路的路基經(jīng)過地區(qū)其地基顯得比較復(fù)雜,甚至有的是軟土地基,若沒有正確地選擇軟基處理方案,則地基加載后無法達(dá)到相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),因荷載太大,使原有的自然狀態(tài)遭到破壞,產(chǎn)生土體剪切破壞,或重新固結(jié),引發(fā)較大的沉陷事故。

        2.2 施工方法不當(dāng)

        高填方的路基施工工藝往往很復(fù)雜,受到諸多因素的影響,任何環(huán)節(jié)未得以妥善處理,均可能給路基施工埋下安全隱患。

        2.2.1 填料質(zhì)量較差

        若路基的填料土質(zhì)較差,如填料里混入了腐殖土、種植土或泥沼土等,由于這種土壤里含有大量的有機(jī)物等,強(qiáng)度低、抗水性能差,那么,路基將會(huì)產(chǎn)生沉陷破壞或者塑性變形。特別是膨脹土,遇水會(huì)立刻膨脹、軟化、風(fēng)化收縮、開裂,固體的穩(wěn)定性能較差,將其用于填料時(shí),伴隨土壤里水分的揮發(fā),收縮開裂問題會(huì)更加明顯,給堤基結(jié)構(gòu)構(gòu)成較大危害。

        2.2.2 填筑工藝不合理

        在工程施工過程中,對(duì)于高填方的路基,填料在分層填筑時(shí),需根據(jù)國(guó)家相關(guān)施工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的厚度予以鋪筑施工。若任意增加鋪筑厚度,就算壓實(shí)機(jī)根據(jù)規(guī)定的碾壓遍數(shù)進(jìn)行壓實(shí),其路基的壓實(shí)度也無法達(dá)標(biāo)。若填筑到路基指定的標(biāo)高時(shí),一定會(huì)產(chǎn)生累計(jì)的沉降變形問題,在填料自身重力與重復(fù)載荷作用下發(fā)生沉陷。并且,施工過程不可整幅分層填筑,由于路段受到諸多因素影響,需沿縱向分幅填筑,或者半填、半挖路段的處理不合理,引發(fā)路基的縱向開裂現(xiàn)象。

        2.2.3 壓實(shí)方法不合理

        未根據(jù)相關(guān)壓實(shí)工藝要求予以碾壓施工,路基工程的壓實(shí)強(qiáng)度不夠均勻,壓實(shí)度也難以達(dá)標(biāo),最終導(dǎo)致高填方路段發(fā)生嚴(yán)重的沉降變形。

        3 高速公路高填方路基工程的施工技術(shù)

        為了更好地解決高填方路基有可能發(fā)生的問題,工作人員必須加強(qiáng)工程施工后質(zhì)量控制與施工技術(shù)的優(yōu)化,尤其是該段路基具有填方量大、高的特點(diǎn),更易發(fā)生上述質(zhì)量問題,因此,采用行之有效的施工技術(shù)措施非常關(guān)鍵。

        3.1 加深領(lǐng)悟設(shè)計(jì)意圖,選擇合適的地基處理技術(shù)

        此段軟土地基處治厚度平均為8 m,設(shè)計(jì)應(yīng)用了振動(dòng)沉管的碎石灌注樁,土工格柵與砂墊層同步處治,陡坡地段設(shè)有臺(tái)階,臺(tái)階的開挖寬度通常設(shè)為3 m,且向內(nèi)傾斜4%。

        第一,對(duì)于設(shè)計(jì)意圖,有效控制碎石樁的施工質(zhì)量。以碎石樁和土形成復(fù)合地基的假設(shè)為基礎(chǔ),碎石樁一定要具備充足的單樁承載力,通常應(yīng)大于或等于600kPa,單根碎石樁密實(shí)度即為質(zhì)量控制的重要指標(biāo)。施工時(shí),不僅要選擇代表性較強(qiáng)的地點(diǎn)設(shè)置試驗(yàn)樁,而且要結(jié)合試驗(yàn)抽樣,構(gòu)建動(dòng)態(tài)的管理圖表。由于在整個(gè)施工過程中,土體/土質(zhì)深度含水量不是一成不變的,使試驗(yàn)樁的代表性受限。所以,試驗(yàn)檢測(cè)在抽樣的時(shí)候,仔細(xì)地記錄、分析樁的貫入深度、時(shí)間、沖水量、水壓、壓入碎石量、電流動(dòng)變化關(guān)系等是非常關(guān)鍵的。施工期間,結(jié)合動(dòng)態(tài)管理圖表,合理調(diào)整施工參數(shù),保證碎石樁的單核承載力與密實(shí)度達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。因此,施工中有效地應(yīng)用動(dòng)態(tài)管理技術(shù)十分必要。

        第二,有效理解設(shè)計(jì)階段砂礫墊層的重要功能。在鋪設(shè)砂墊層的時(shí)候,應(yīng)盡可能平整場(chǎng)地,對(duì)于砂礫的填料,應(yīng)選級(jí)配較好的級(jí)配碎石,確保濾水性能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。而且,還要分析砂礫處治的透水性,加大地表強(qiáng)度,以免地基局部發(fā)生剪切變形現(xiàn)象。施工期間在對(duì)砂墊層鋪設(shè)時(shí),再分層填筑厚度大約2 m的填石路基,使透水性能、地表總體強(qiáng)度得以提升,達(dá)到強(qiáng)化設(shè)計(jì)意圖的效果。基底應(yīng)用填石路基予以強(qiáng)化,讓路基填料的透水性能、總體強(qiáng)度得以增強(qiáng),更好地加大地基承載力,控制地基發(fā)生沉降的概率。

        3.2 強(qiáng)化路基填料質(zhì)量的控制

        路基施工過程中,結(jié)合同段的挖方區(qū)(填方料源)砂巖較多、填石的路基沉降較少的特征,在高填方的路基填筑時(shí),應(yīng)盡可能應(yīng)用填石路基。關(guān)于填料的粒徑確定,由于施工過程的爆破具有一定的不確定性,所以,應(yīng)按照填方層厚度以及粒徑的相關(guān)要求,當(dāng)石方爆破以后,在挖方區(qū)域需配備一臺(tái)破碎機(jī)強(qiáng)化破碎,保證填料的質(zhì)量,然后進(jìn)行壓實(shí),讓路基在施工過程中密實(shí)而自然固結(jié),降低因路基伴隨填方的增加而發(fā)生沉降的可能。

        3.3 充分認(rèn)識(shí)分層填筑、挖反向臺(tái)階

        施工過程中,應(yīng)用整幅的分層水平予以填筑,盡可能不采用分段填筑方式,因路段受到諸多條件影響,需沿縱向/橫向分幅、分段填時(shí),就要嚴(yán)格控制高填方的路基填筑質(zhì)量,禁止無搭接填筑。此路段受到T梁的預(yù)制場(chǎng)施工影響,規(guī)定在k47+300~k47+500部位,25m開外的部分路基應(yīng)先填到路床頂。為了確保施工質(zhì)量,在填筑作業(yè)時(shí),應(yīng)在每層均預(yù)留臺(tái)階作為搭接處理,同時(shí),還要有效控制搭接長(zhǎng)度,一般預(yù)留大于5m。當(dāng)路基填至第二個(gè)平臺(tái),發(fā)現(xiàn)半填半挖狀況時(shí),可在山坡上,根據(jù)相關(guān)要求,從填方坡腳向上/向內(nèi)挖成傾斜的臺(tái)階,挖臺(tái)階前必須有效清除表層的土,特別對(duì)下臥為巖層面的,應(yīng)將所有表層土直到巖層面都清除。臺(tái)階生成在巖層面上,有時(shí)必須采用爆破方式挖臺(tái)階,從而消除由于巖層而產(chǎn)生的沉降等安全隱患。

        3.4 合理組織壓實(shí)工藝

        在高填方路基正式施工過程中,有效控制填料的含水量,并制定科學(xué)的壓實(shí)工藝,依據(jù)相關(guān)規(guī)定,配備有關(guān)的整平碾壓機(jī)具,按照要求操作。此路段由于填料主要為弱風(fēng)化巖/強(qiáng)風(fēng)化巖,僅需確保填筑時(shí)候的天氣,即可基本確保填料的含水量,排除對(duì)壓實(shí)的影響。在對(duì)此段高填方路基進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)用土工格柵,用沖擊碾壓、強(qiáng)夯對(duì)其產(chǎn)生破壞作用。而高填方路基一定要用重型壓實(shí)機(jī),經(jīng)過系統(tǒng)分析,此處的路基施工主要選用功率較大的羊足碾與常規(guī)平板壓路機(jī)聯(lián)合應(yīng)用。壓實(shí)時(shí),先用羊足碾予以強(qiáng)振壓實(shí),再用推土機(jī)二次找平,用平板壓路機(jī)壓實(shí)。因羊足碾可以把石料有效破皮、破碎,使石屑經(jīng)過推土機(jī)十分平整地填入填料的空隙內(nèi),增加填石的密實(shí)度,不僅確保路基的平整度、壓實(shí)度,而且給土工格柵的鋪筑提供方便,充分地發(fā)揮土工格柵的作用,排除路基滑動(dòng)/邊坡滑坍的安全隱患。

        圖1 k47+000~k47+500段高填方路基填土?xí)r間與填土高度、沉降速率、沉降量之間的關(guān)系曲線

        4 結(jié)論

        該段路基經(jīng)過了21個(gè)月的填筑施工,最終填到了設(shè)計(jì)標(biāo)高,分析沉降曲線圖1可知:路基沉降在路基最初填筑階段很慢,當(dāng)路基填筑達(dá)到相應(yīng)的平臺(tái)時(shí),沉降速度伴隨填筑的高度增加而增大,當(dāng)路基填筑至設(shè)計(jì)標(biāo)高后,路基沉降又開始呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì),直到路基總體穩(wěn)定。但是,沉降速率大體沒有較大變化(中間段發(fā)生沉降的速度加大主要是因?yàn)樘钔了俣冗^快所致),通過觀察相應(yīng)沉降關(guān)系曲線可知:在設(shè)計(jì)要求以內(nèi),整體的沉降量也不是很大。究其原因,是路基在填筑施工中經(jīng)處理的地基承載力大體可以承受高填土的壓力,在地基允許的承載力范圍內(nèi),出現(xiàn)很少的地基沉降現(xiàn)象,路基發(fā)生過類似的彈性變化,就是路基的沉降伴隨填土的高度上升而增加。在填土期間,沉降量均維持了基本線的彈性關(guān)系,這也是此段路基未發(fā)生過大沉降的關(guān)鍵原因。

        所以,對(duì)路基沉降情況進(jìn)行跟蹤式的觀測(cè)發(fā)現(xiàn),此段路基在整個(gè)施工中,工作人員認(rèn)真分析設(shè)計(jì)意圖,科學(xué)組織施工工序,設(shè)計(jì)最佳的施工方案。經(jīng)過對(duì)施工技術(shù)方案的改進(jìn),使此段高填方的路基施工達(dá)到了較好效果。隨著路基填筑施工的結(jié)束,地基受到填方形成的土壓基本趨于穩(wěn)定,沉降速率逐漸穩(wěn)定,確保了此段路基的穩(wěn)定性及強(qiáng)度。

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