周 濤

中鐵十六局集團第五工程有限公司 河北唐山 063000

1 工程概況

某高速公路建設(shè)項目內(nèi)的LK256+260～LK256+530段沿線設(shè)計在泥石流區(qū)域，該區(qū)域的地層結(jié)構(gòu)中含有大量的粉質(zhì)黏性土，土體的厚度保持在0.4～1.2m 之間，碎石層的厚度為15～20m。其中，LK256+260～LK256+365段屬于挖方路基，LK256+365～LK256+530 段屬于半填半挖路基，LK256+260～LK256+430 段采用單面樁板墻進行支撐，其余路段挖方邊坡采用孔窗式護面墻防護，填方邊坡采用拱形骨架護面進行防護。

2 填挖交界沉降分析

2.1 路基填土物理力學性質(zhì)與壓實度關(guān)系分析

該項目內(nèi)的回填土選擇使用液限比較低的黏性土，回填以后進行壓實處理。檢測回填土的壓實度，見表1。

結(jié)合表1 信息可以發(fā)現(xiàn)，黏性回填土的內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角以及變形模量都比較大。這幾個檢測指標的數(shù)值會隨著回填土厚度的增加而不斷增大，為調(diào)研出其中的變化規(guī)律，對實際數(shù)據(jù)進行整理，并繪制出回填土壓實度、變形模量、內(nèi)聚力之間的關(guān)聯(lián)性圖，見圖1、圖2。

表1 不同壓實度下填土物理力學參數(shù)表

結(jié)合圖1、圖2 可以發(fā)現(xiàn)，回填土的內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力會隨著土體壓實度的增大而不斷提升，回填土的密度與土體的壓實度之間具備顯著的線性增長關(guān)聯(lián)性。

圖1 壓實度與變形模量、內(nèi)聚力關(guān)系曲線圖

圖2 壓實度與內(nèi)摩擦角、密度關(guān)系曲線圖

2.2 路基差異沉降與壓實度關(guān)系

2.2.1 制定標準

在分析路基沉降現(xiàn)象的過程中應(yīng)該嚴格按照以下標準進行：細分路堤部分的回填土壓實度標準：0～80cm 部分的路床壓實度以96%為標準；80～150cm 部分的上路堤以95%為標準；下路堤則以94%為標準。

借助有限元分析方法精準計算出交界點的水平方向位移量與垂直方向位移量。地基無法被壓縮，且路基變形基本上體現(xiàn)在交界路基的回填方一側(cè)。為形象直觀地展現(xiàn)出路基頂部的沉降具體情況，繪制沉降曲線，見圖3。

圖3 地基土為不可壓縮地層的路基頂面沉降曲線

結(jié)合圖3 可以發(fā)現(xiàn)，交界路基的挖方一側(cè)沉降量非常小，且沉降比較平緩，實際沉降值未超出1mm，沉降值最小的節(jié)點位于路肩部位，該節(jié)點的沉降值僅有0.52mm；填方一側(cè)的沉降比較顯著，沉降值最大的節(jié)點位于交界路基的中心，沉降值達到7.09mm?？梢詳喽ǎ坊牟町愋猿两抵饕怯捎谔罘揭粋?cè)的回填土自身下沉促成的。

2.2.2 不同壓實度下路基沉降有限元分析

為保證回填土壓實度與差異沉降之間關(guān)聯(lián)性研究的科學性，假設(shè)填方路段的壓實度完全相同，按照多個壓實標準分別計算出相對應(yīng)的路基沉降量。通過進一步計算得出：回填土的壓實度控制在88%時，路基沉降量最大可以達到13.4mm，填挖兩側(cè)的路基沉降差異值為12.7mm；回填土的壓實度控制在91%時，路基沉降量最大可以達到8.11mm，沉降差異值為5.48mm；回填土的壓實度控制在94%時，路基沉降量最大可以達到7.22mm，沉降差異值為6.1mm；回填土的壓實度控制在97%時，路基沉降量最大可以達到5.8mm，差異值為5.2mm。

交界路基的挖方一側(cè)沉降量非常小，且沉降比較平緩，實際沉降值未超出1mm，其中，沉降值最小的節(jié)點位于路肩部位，該節(jié)點的沉降值只有0.52mm；相對而言，填方一側(cè)的沉降比較顯著，沉降值最大的節(jié)點位于交界路基的中心部位，沉降值達到了7.09mm。由于該項目內(nèi)的地基土層屬于花崗巖，花崗巖無法被壓縮，所以這部分的沉降值完全可以不予計算，意味著填方一側(cè)的沉降值是路堤的沉降值，也直接說明了交界路基的差異性沉降主要由于填方一側(cè)的土體沉降導致。當填方一側(cè)的壓實度越小時，土體的沉降量越大，二者之間呈現(xiàn)出反比關(guān)聯(lián)性。

究其原因，主要是當填方路基的壓實度增大時，回填土的變形模量也會增大，但增長的速度比較慢，當回填土的壓實度達到94%時，回填土的變形模量基本不再繼續(xù)向上增長。加之地基無法壓縮，促使路基沉降完全由填方段促成。所以，當回填土的壓實度達到94%以后，交界路基的差異性沉降不會再發(fā)生顯著的變化。

提高路床部分的壓實度標準是因為路基需要承載由路面?zhèn)鬟f下來的荷載，所以路堤部分的回填土壓實度標準應(yīng)進行細分處理。下路堤的功能是降低路基在穩(wěn)定荷載作用下的變形量，從而間接性降低路面的沉降值。結(jié)合上文介紹的內(nèi)容來看，交界路基的差異性沉降是引起路面病患的主要影響因素。路基部分的壓實度并非越大越好，應(yīng)該結(jié)合實際情況來確定回填土的壓實度。如果強行提升回填土的壓實度，不但會增大施工難度，且會在一定程度上增加工程項目的經(jīng)濟成本。

2.3 路基差異沉降與填土高度的關(guān)系

對回填土高度為4.5m、6.5m、8.0m、l0.5m 的填挖交界路基展開進一步調(diào)研，不同回填土高度下的路基差異沉降情況見表2。可以發(fā)現(xiàn)，交界路基的差異性沉降數(shù)值會隨著回填土的厚度增大而逐漸增大，二者之間具備顯著的正比關(guān)聯(lián)性。

表2 各回填土高度下的差異沉降表

2.4 填挖交界路基壓實標準確定

路基是柔性路面的主要受力結(jié)構(gòu)層，路面行車過程中，行車荷載會由路面?zhèn)鬟f至路基，所以路基必須要具備一定的強度與水穩(wěn)定性，結(jié)合實踐結(jié)果來看，若采用比較高的標準對路基進行碾壓，是一種比較經(jīng)濟的處理措施。通常情況下，當回填土路基的密實度要求越高時，那么路基的強度與穩(wěn)定性也會隨之增強，同時，道路結(jié)構(gòu)層的質(zhì)量也會提高。對于填挖交界這種比較特殊的路基而言，若路基的壓實度提高至93%以后，且地基屬于不可壓縮地層時，路基的沉降差異會大幅度降低，若路基屬于可壓縮地層時，則會小幅度增大。所以，采用較高的壓實度標準對填挖交界這種比較特殊的路基并無顯著的優(yōu)化效果，并且在實際施工時難以取得理想化的成效，且不具備經(jīng)濟性要求。以填挖交界路基而言，在提高其壓實度標準時，應(yīng)該結(jié)合路面的行車量慎重考慮，降低高速公路的早期損壞程度非常重要。

針對填挖交界這種比較特殊的路基，施工完成以后可能會出現(xiàn)差異性的沉降，假若處理措施不得當，會促使路面產(chǎn)生橫、縱向裂縫，在這種情況下，路面早期破壞比較嚴重，降低道路的正常壽命。在這種情況下，適當提高壓實度非常有必要。以施工能力問題而言，目前施工基本上使用震動壓路機，且壓路機的規(guī)格不斷提高。震動壓路機占據(jù)市場中壓路機總產(chǎn)量的70%以上，其中10～14t 的壓路機產(chǎn)量占總產(chǎn)量的75%～80%。近年來，我國的高速公路建設(shè)規(guī)模不斷擴大，對于路基回填料的碾壓工作有了更為深刻的認知，相關(guān)碾壓工藝也在不斷的完善，所以適當性的提高壓實度具備可行性。

3 施工處理措施

結(jié)合實際情況來看，提高回填路基的壓實度系數(shù)可以在一定程度上保證路基的強度與穩(wěn)定性。通常情況下，路基回填土的密實度越大時，路基的強度與穩(wěn)定性必然會越強，路面結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量也會隨之提升[1-2]。

針對填挖交界路基施工以后的差異性沉降，假若未采取有效的措施處理，則會導致路面出現(xiàn)裂縫病患，對路面結(jié)構(gòu)造成影響，同時在很大程度上降低道路的正常使用壽命[3]。因此，本文提出的將下路堤壓實度由原設(shè)計的93%提高至94%并對路堤進行注漿加固，能夠有效降低路基工后沉降并減少對路面結(jié)構(gòu)的影響。

3.1 高速液壓夯補強

采用液壓夯補強，提高下路提路基壓實度。夯實機按照其設(shè)備自身的性能可以細分為強、中、弱三個運行檔位，將夯實機調(diào)節(jié)至強擋位，夯實3 錘，測量夯實部位下沉的具體數(shù)值并做好完整的測量記錄。將強擋位3 錘作為一組，詳細記錄下夯錘以后的沉降值。多次重復(fù)以上操作，分別記錄下第3 錘、第6 錘、第9 錘、第12 錘的沉降量。其中第3 錘與第12 錘之間的沉降差值應(yīng)＜15mm，否則即視為不合格，需整改。整改完成后才能進入下一個部位進行夯點作業(yè)。夯點作業(yè)采用扇形施工方式，每次夯擊作業(yè)按照左側(cè)、中間、右側(cè)的順序展開作業(yè)。

3.2 注漿加固施工方法

采用花管注漿，減少填方路基工后沉降。路基每填筑4.2m 進行花管注漿，注漿管為φ50mm PVC 花管，長度4m，梅花形布置，間距為1.5m，注漿管與孔壁間采用碎石填充，右側(cè)注漿管距離路基邊坡不小于2.5m，防止漏漿。使用純水泥漿加固處理路基填土部分，水灰比為1∶1。注漿壓力應(yīng)不小于0.3 ～0.5MPa，注漿終止壓力為0.5MPa，注漿吸漿率應(yīng)不大于5L/ min。

4 經(jīng)濟性分析

結(jié)合高速公路建設(shè)工程項目的整體建設(shè)成本，路基部分的造價占項目總造價的比例不高，在一定程度上采用有效措施提升路基壓實度標準及減少工后沉降，必然會小幅度提升整個項目的建設(shè)成本，但是這部分增加的成本相對路面后期的維護成本微乎其微。站在長遠發(fā)展的角度來看在經(jīng)濟性方面也具備可行性。

5 結(jié)語

綜上所述，使用有限元分析對填挖交界路基的差異沉降進入深入調(diào)研。適當提升回填土的壓實度標準可以降低路基不均勻沉降量，采用花管注漿能夠有效降低工后不均勻沉降風險，減少路面結(jié)構(gòu)的后期維護成本，具備可行性。