任黎明 劉凡
(山東宇通路橋集團(tuán)有限公司, 山東 廣饒 257300)
對(duì)于公路工程來(lái)說(shuō), 若出現(xiàn)路基路面沉降問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致公路結(jié)構(gòu)受到破壞, 車(chē)輛通行舒適性、 安全性就會(huì)受到影響。 由于沉降范圍大小所產(chǎn)生的病害類(lèi)型也是不同的, 若不及時(shí)采取科學(xué)的處理方法進(jìn)行修復(fù),就會(huì)使得病害問(wèn)題擴(kuò)大, 嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)局部坍塌等安全事故。 因此, 對(duì)路基路面沉降機(jī)理進(jìn)行分析, 總結(jié)出科學(xué)有效的控制技術(shù)意義重大。
公路在長(zhǎng)期運(yùn)行中, 由于自身荷載以及車(chē)輛荷載持續(xù)作用之下, 路基表面會(huì)出現(xiàn)蠕變的問(wèn)題, 而實(shí)際上蠕變的速度是比較緩慢, 所以短時(shí)間內(nèi)不會(huì)給路面結(jié)構(gòu)的質(zhì)量產(chǎn)生任何的影響。 但是對(duì)于整個(gè)工程的路基路面來(lái)說(shuō), 最為關(guān)鍵的位置時(shí)橋梁和道路的連接部分, 因?yàn)閯偠刃阅苡忻黠@的差異, 所以并不會(huì)出現(xiàn)蠕變的問(wèn)題, 因此, 原先平坦的路面出現(xiàn)了差異性的沉降問(wèn)題, 隨著沉降日益嚴(yán)重, 在車(chē)輛經(jīng)過(guò)該位置之后會(huì)發(fā)生跳車(chē)的問(wèn)題, 原路面長(zhǎng)期受到動(dòng)荷載的持續(xù)作用,不均勻沉降問(wèn)題更加的嚴(yán)重, 使用壽命縮短明顯。
車(chē)輛在路面行駛時(shí), 跳車(chē)現(xiàn)象比較常見(jiàn), 一般都是在路基路面沉降路段內(nèi)出現(xiàn)。 高速公路是哪個(gè)車(chē)輛行駛速度是非??斓模?即使是很小的沉降差也會(huì)導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。 從大量的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)分析可以發(fā)現(xiàn),如果橋梁和道路路面接觸的部位出現(xiàn)了沉降差在15mm以上, 在車(chē)輛行駛時(shí)就會(huì)導(dǎo)致跳車(chē)問(wèn)題的發(fā)生,車(chē)輛行駛安全無(wú)法保證, 誘發(fā)安全事故, 威脅人們的生命與財(cái)產(chǎn)安全。 由此可見(jiàn), 高速公路出現(xiàn)沉降差的問(wèn)題, 會(huì)誘發(fā)比較嚴(yán)重的交通事故問(wèn)題, 發(fā)生率升高比較明顯, 產(chǎn)生極大的危害, 所以要充分的重視這種病害問(wèn)題。
在公路項(xiàng)目建設(shè)環(huán)節(jié)中, 對(duì)于道路建設(shè)要求非常高, 因此路基變形問(wèn)題要做好控制。 相對(duì)于軟土路基來(lái)說(shuō)出現(xiàn)變形問(wèn)題主要是以路基沉降形式體現(xiàn)的。 路基沉降不僅會(huì)導(dǎo)致路基結(jié)構(gòu)受到破壞, 同時(shí)還會(huì)是的路面結(jié)構(gòu)破壞, 其破壞形式主要有橋頭跳車(chē)、 車(chē)轍、 起拱、 坑槽等類(lèi)型, 以下對(duì)常見(jiàn)的沉降原因進(jìn)行詳細(xì)分析。
因?yàn)樗矔r(shí)沉降以及次固結(jié)沉降問(wèn)題的出現(xiàn), 導(dǎo)致路基發(fā)生一定的變形, 相對(duì)較小, 所以本次具體根據(jù)主固結(jié)沉降展開(kāi)詳細(xì)計(jì)算與分析。 按照目前已經(jīng)掌握的數(shù)據(jù)參數(shù), 通過(guò)計(jì)算分析各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息, 選擇應(yīng)用壓縮模量的方式對(duì)于路基沉降參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。 根據(jù)需要從交通荷載的路基形成的附加參數(shù)展開(kāi)計(jì)算分析, 再通過(guò)壓縮模量公司計(jì)算, 得到下表1 中的數(shù)據(jù)信息。
表1 沉降修正系數(shù)取值
當(dāng)壓縮模量為10MPa時(shí), 標(biāo)準(zhǔn)輪下降量就會(huì)出現(xiàn)變化, 此時(shí)其下降量為87mm; 此外當(dāng)超載軸重處于500kN時(shí), 沉降量參數(shù)會(huì)增加, 觀(guān)察科學(xué)其達(dá)到了435mm; 當(dāng)壓縮量參數(shù)變化為25MPa, 標(biāo)準(zhǔn)輪壓軸重均發(fā)生了變化, 通過(guò)相關(guān)參數(shù)分析可以了解到, 路基沉降量的變化參數(shù)是隨著填土壓縮量的提升而變小的, 同時(shí), 超載也會(huì)到沉降參數(shù)增加。
路基自重是長(zhǎng)期作用之下, 壓縮模量會(huì)發(fā)生很大的變化, 所以沉降比較大的情況下, 路基結(jié)構(gòu)的自身沉降量會(huì)因?yàn)閴嚎s模量的增大而不斷, 在壓縮模量達(dá)到5MPa時(shí), 路基土的自身沉降量只有4.5mm的情況下, 就可以不考慮。
路基牛腿的結(jié)構(gòu)是主要的壓力承受部分, 路基上部的橋頭搭板設(shè)置有彈性的支撐結(jié)構(gòu), 二者受到的承載力有著很大的不同, 并且存在不均勻的問(wèn)題, 分析橋臺(tái)結(jié)構(gòu)的受力條件, 道路橋梁會(huì)長(zhǎng)期受到車(chē)輛荷載的碾壓作用, 并且車(chē)輛在行駛時(shí), 路基結(jié)構(gòu)的部位和橋梁搭板的位置處于壓力峰值之間, 車(chē)輛連續(xù)運(yùn)行的情況下, 橋頭塔板會(huì)出現(xiàn)塑性變形的問(wèn)題, 長(zhǎng)期受到作用力的影響而導(dǎo)致沉降變形的問(wèn)題。
1) 在搭板使用之前, 進(jìn)行水平與垂直方向的全面檢查, 保證鋼結(jié)構(gòu)的材料質(zhì)量合格, 各項(xiàng)性能指標(biāo)符合工程的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。 因?yàn)檐?chē)輛長(zhǎng)期負(fù)荷的作用之下, 會(huì)導(dǎo)致裂縫問(wèn)題的發(fā)生, 所以應(yīng)該在施工中,確保施工項(xiàng)目有序的進(jìn)行, 這就需要在橋臺(tái)的部位上鋪設(shè)搭板的結(jié)構(gòu), 確保搭板設(shè)置的水平與垂直方向上都符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn), 且要嚴(yán)格檢查鋼結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量,確保性能合格, 需要通過(guò)錨栓進(jìn)行加固處理, 搭板結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、 穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。 此外, 在現(xiàn)場(chǎng)施工中,應(yīng)用加固錨栓為22 號(hào)、 長(zhǎng)度為75 ~80cm的鋼筋加固處理, 保證穩(wěn)定性達(dá)標(biāo); 2) 安裝搭板支座。 在搭板結(jié)構(gòu)正式施工前, 一般都會(huì)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的具體情況安裝搭板支座, 其通常安裝到搭板結(jié)構(gòu)的下部, 鋪設(shè)厚度為1 ~2cm的油氈墊層的結(jié)構(gòu), 主要的目的是支撐搭板結(jié)構(gòu), 保證間距為80cm左右, 達(dá)到穩(wěn)定搭板結(jié)構(gòu)的效果, 支座的選擇極為重要, 保證結(jié)構(gòu)尺寸合格,且安裝距離適當(dāng), 提高結(jié)構(gòu)性能; 3) 牛腿上緣與臨近臺(tái)端上緣的位置設(shè)置倒角的形式。 路基搭板結(jié)構(gòu)的施工容易受到外部作用力的影響而發(fā)生振動(dòng)的問(wèn)題,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不合格, 沉降問(wèn)題會(huì)更加的嚴(yán)重。 因此, 在該位置上設(shè)置倒角的形式, 從而可以防止出現(xiàn)搭板不正常的移動(dòng)問(wèn)題, 保護(hù)搭板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性, 不會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損壞的問(wèn)題, 還可以全面提高結(jié)構(gòu)的性能, 為整體結(jié)構(gòu)運(yùn)行效果提升起到一定的促進(jìn)作用;4) 在項(xiàng)目開(kāi)展環(huán)節(jié)中, 對(duì)于填充材料的資料需要詳細(xì)分析, 確保材料性能指標(biāo)滿(mǎn)足實(shí)際需求。 同時(shí)在搭板與頂板施工時(shí)還需要控制好兩者的對(duì)接性, 使其能夠符合施工需求。 議案來(lái)說(shuō), 進(jìn)行搭板施工環(huán)節(jié)中,考慮到工程的穩(wěn)定性一般來(lái)說(shuō)在頂層位置與基層位置要控制好間隔距離, 距離設(shè)定要以10cm要求為主。并且在地層面鋪設(shè)之前, 要將水泥碎石鑿除, 保證平整度相關(guān)參數(shù)符合工況需要。
現(xiàn)代社會(huì)高速發(fā)展, 施工技術(shù)水平得到很大的提升, 很多先進(jìn)科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到工程中, 路橋與路基技術(shù)水平也有了非常大的提高, 對(duì)于促進(jìn)公路運(yùn)行質(zhì)量的提升有著極為重要的價(jià)值。 1) 如果路基形式為軟土路基, 選擇合適的施工技術(shù)可以滿(mǎn)足要求。 淺層的軟土路基機(jī)構(gòu)形式, 應(yīng)用平鋪土工布的方式處理, 可以防止路堤與橋臺(tái)之間出現(xiàn)沉降嚴(yán)重的問(wèn)題, 而對(duì)于軟土路基厚度較大的情況下, 應(yīng)該適當(dāng)?shù)臏p少填料的數(shù)量, 利用土層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)固定處理, 保證不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的沉降問(wèn)題; 2) 路基為溝壑地形條件下,因?yàn)槠淇紫侗容^大、 含水量比較高, 所以應(yīng)用粘土層更換處理之后, 可以符合工程的標(biāo)準(zhǔn)要求。 在施工中, 換土層的厚度要根據(jù)軟土層的實(shí)際情況確定, 粘土層開(kāi)挖施工完畢后, 進(jìn)行必要的翻曬處理, 預(yù)留0.6m的厚度進(jìn)行回填作業(yè), 并且使用石灰土回填處理, 達(dá)到密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)。 經(jīng)過(guò)處理之后, 路基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能提升比較明顯, 防止路基發(fā)生嚴(yán)重的沉降問(wèn)題。
要想有效的處理路基沉降變形的問(wèn)題, 臺(tái)后填筑施工環(huán)節(jié), 盡量選擇使用輕型施工材料, 這樣可以滿(mǎn)足施工要求, 還可以降低自重。 因?yàn)榕_(tái)后填筑施工的壓實(shí)度性能要求非常高, 所以在施工前選擇合適的施工材料, 保證其透水性符合標(biāo)準(zhǔn)要求, 目前主要是砂礫土、 碎石土、 工業(yè)廢渣等材料, 科學(xué)技術(shù)發(fā)展, 很多新型材料研發(fā)和應(yīng)用, 泡沫混凝土、 泡沫聚苯乙烯等成為主要的填充材料, 施工效果明顯。
針對(duì)路基路面沉降問(wèn)題, 在施工環(huán)節(jié)中做好路基路面養(yǎng)護(hù)控制格外重要。 一般來(lái)說(shuō), 在路基路面養(yǎng)護(hù)施工時(shí), 需要按照具體項(xiàng)目情況, 合理的選擇養(yǎng)護(hù)方法保證養(yǎng)護(hù)效果滿(mǎn)足實(shí)際需要。 就當(dāng)前來(lái)說(shuō)在養(yǎng)護(hù)時(shí)可以選擇“石砌壇工防護(hù)法” 進(jìn)行維護(hù)作業(yè), 在具體操作時(shí)對(duì)于路基路面損壞的位置可以及時(shí)進(jìn)行防護(hù)處理, 能夠控制路基沉降問(wèn)題出現(xiàn), 大大提升了養(yǎng)護(hù)效果。
某高速公路的其中一個(gè)標(biāo)段長(zhǎng)度為9.2km, 設(shè)計(jì)為雙向四車(chē)道的形式, 荷載等級(jí)為I級(jí), 設(shè)計(jì)行駛速度為80km/h; 該工程采用在整體式路基結(jié)構(gòu)形式,其寬度為26.4m; 分離式路基形式, 寬度為19.4m。在工程中有隧道、 橋涵等組成結(jié)構(gòu), 所以工程量巨大, 施工復(fù)雜性較高。 經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工情況的分析和研究, 該路基和橋梁根據(jù)常規(guī)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行, 路基開(kāi)挖采用從上到下的順序逐步進(jìn)行, 對(duì)于機(jī)械無(wú)法進(jìn)入的地帶, 可以采用人工作業(yè)方式開(kāi)挖施工, 邊坡結(jié)構(gòu)通過(guò)光面爆破的方式進(jìn)行, 確保邊坡結(jié)構(gòu)達(dá)到穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)。 通過(guò)分析了解沉降的原因, 發(fā)現(xiàn)該路段出現(xiàn)了水管斷裂的情況, 由于水壓存在較大的沖擊力, 造成了其中一個(gè)位置上塊石層與外側(cè)填土結(jié)構(gòu)發(fā)生沖刷而損壞, 造成路基發(fā)生下沉的情況。 工程技術(shù)人員展開(kāi)全面的分析, 最終對(duì)該沉降路段采用雙液壓力注漿施工方案, 以保證結(jié)構(gòu)性能合格。
在現(xiàn)場(chǎng)勘察之后, 發(fā)現(xiàn)某橋梁引道位置的桌邊區(qū)域內(nèi), 距離軸線(xiàn)3.6 ~4.6m的外側(cè)設(shè)置注漿孔可以滿(mǎn)足要求, 應(yīng)用φ110mm的鉆頭開(kāi)展鉆進(jìn)施工, 在鉆入到老土層結(jié)構(gòu)后, 調(diào)整為φ90mm的鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)施工。 按照從外到內(nèi)的順序逐一進(jìn)行施工, 設(shè)置4 ~5排注漿孔結(jié)構(gòu), 如果現(xiàn)場(chǎng)條件不允許, 可以適當(dāng)?shù)臏p少注漿孔, 采取梅花形設(shè)置的方式, 注漿孔縱橫間距為1m×1m, 并且落實(shí)深度控制措施, 一般為13.0m。在內(nèi)側(cè)注漿孔設(shè)置時(shí), 保證其可以?xún)A斜到基礎(chǔ)地面上, 和建筑物的軸線(xiàn)距離保持1.5m為最佳。 在該路段中, 另外兩側(cè)還要個(gè)設(shè)置一排注漿孔, 鉆入到原狀土3.5 的深度輸尿管, 并且注漿時(shí)隨時(shí)做出調(diào)整。
成孔施工中, 從外到內(nèi)逐步進(jìn)行施工, 成孔通過(guò)鉆探方式來(lái)實(shí)現(xiàn), 開(kāi)孔口徑為φ110mm, 終孔口徑在φ90mm以?xún)?nèi)。 通過(guò)內(nèi)排成孔的情況下, 利用傾斜的方式從外到內(nèi)逐步進(jìn)行施工, 內(nèi)排孔要向墻體傾斜90 ~100mm, 其他孔則保持豎直性。 在施工環(huán)節(jié), 通過(guò)清水鉆入的方式, 確??妆跐B透性符合要求。 在現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)節(jié), 發(fā)生垮塌的問(wèn)題, 通過(guò)套管做好防護(hù)處理,確保可以達(dá)到清潔的標(biāo)準(zhǔn)。 注漿環(huán)節(jié), 成孔深度根據(jù)地質(zhì)條件設(shè)定, 深度在13m以上, 確保成孔進(jìn)入到原狀土的深度在3m以上。 每個(gè)成孔都必須進(jìn)行標(biāo)注,不會(huì)引發(fā)施工損壞的問(wèn)題。 注漿成孔后, 為了防止鉆探水壓力而產(chǎn)生地基下沉的情況, 應(yīng)該減小水壓力,保證鉆入施工順利進(jìn)行。
要想保證施工質(zhì)量合格, 注漿篩管應(yīng)用φ25mm鍍鋅管或者PPR管, 同時(shí)在管道的底部的2m部位上設(shè)計(jì)為4 排小孔, 并且做好封閉處理。 成孔工作施工結(jié)束后, 才能開(kāi)始或許注漿篩管施工, 保證篩管上部和套管進(jìn)行穩(wěn)定的連接, 下部和底部相距0.2m的部位上, 再下入1 根長(zhǎng)度為2m的通氣管。 將準(zhǔn)備好的材料通過(guò)注漿管直接注入到內(nèi)部, 并且做好振搗處理, 保證其在地面以下1.8m, 保證達(dá)到強(qiáng)度要求后才能開(kāi)始注漿施工, 在施工后通過(guò)止?jié){塞以保證結(jié)構(gòu)的密封性。 如果在現(xiàn)場(chǎng)要設(shè)置注漿孔, 套管需要設(shè)置在建筑基礎(chǔ)以下, 同時(shí)套管周邊通過(guò)混凝土密封處理。
在現(xiàn)場(chǎng)施工中, 通過(guò)使用后雙液配置的方式, 材料的質(zhì)量對(duì)于注漿施工效果有著直接的影響, 所以配置時(shí)應(yīng)該經(jīng)過(guò)反復(fù)、 多次試驗(yàn)檢測(cè), 確保材料的性能合格。 雙液配置的環(huán)節(jié), 保證水泥∶水∶水玻璃=1∶0.5∶0.005, 加強(qiáng)材料的控制, 使用普通硅酸鹽水泥, 水的質(zhì)量合格, 且水玻璃、 膨脹劑等都符合要求, 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況做出改進(jìn)和調(diào)整, 保證成漿的質(zhì)量達(dá)標(biāo)。 在現(xiàn)場(chǎng)配制環(huán)節(jié), 首先在攪拌筒內(nèi)加入必要的清水, 通過(guò)攪拌機(jī)注入水泥, 并且加入規(guī)定比例的膨脹劑, 攪拌5min。 攪拌的漿料過(guò)篩處理, 然后存儲(chǔ)在桶內(nèi)備用。 注漿開(kāi)始之前, 需要給內(nèi)部加入速凝劑, 以防止發(fā)生堵塞的問(wèn)題, 并且快速攪拌1min 才能進(jìn)行注漿施工。 漿液配制環(huán)節(jié), 桶直徑為1m, 高度為1m, 每一次制漿的數(shù)量為0.6m, 根據(jù)要求做好配置工作,一般按照0.7m清水∶5 包水泥∶20kg膨脹劑進(jìn)行設(shè)置,并且實(shí)施攪拌處理, 以達(dá)到施工效果。
本次工程在施工中, 選擇應(yīng)用的是活塞式水泵設(shè)備, 通過(guò)單管或者雙管的方式注漿施工, 注漿環(huán)節(jié)必須按照從下到上的順序進(jìn)行施工。 在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí), 保證鉆孔的清潔度合格, 通過(guò)高壓膠管連接孔內(nèi)長(zhǎng)注漿篩管以及注漿機(jī), 把制作合格的漿液直接注入到內(nèi)部。 注漿施工全部完成后, 在通氣管內(nèi)加入必要的水泥漿液, 并且做好通氣管的封閉處理。 水泥漿液利用壓力過(guò)篩眼, 然后進(jìn)入到土層結(jié)構(gòu)內(nèi)。 在注入漿液的過(guò)程中, 根據(jù)施工工藝方案要求進(jìn)行, 在注漿機(jī)壓力表升高的情況下, 注漿壓力也要做好控制, 保證漿液從稀到稠的變化。
注漿壓力達(dá)到2 ~2.5MPa時(shí), 保持2min 的時(shí)間,即可完成注漿施工, 然后是進(jìn)行注漿篩管的封閉處理, 保證各個(gè)管道連接的性能符合要求, 達(dá)到注漿施工的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 在現(xiàn)場(chǎng)注漿施工中, 如果發(fā)現(xiàn)注漿孔的上部回填土出現(xiàn)松散、 冒漿等問(wèn)題, 要立即停止注漿, 時(shí)間為1 ~2h, 保證之前注入的泥漿達(dá)到初凝的狀態(tài)之后, 才能繼續(xù)進(jìn)行注漿施工。 通過(guò)內(nèi)排傾斜的注漿孔進(jìn)行施工, 需要適當(dāng)?shù)脑黾幼{的壓力, 在注漿結(jié)束后, 水泥達(dá)到初凝的狀態(tài)即可拔出內(nèi)部的套管和篩管, 重復(fù)利用, 達(dá)到降低成本的效果。
在本次工程的施工中, 注漿施工作業(yè)深度為4 ~13m, 注漿成孔套管直接深入到地表以下4m的深度上, 篩孔預(yù)留4m不進(jìn)行鉆孔施工。 結(jié)合不同地質(zhì)條件選擇不同的設(shè)計(jì)方案, 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況調(diào)整施工工藝方案。 注漿效果的檢測(cè)也極為重要, 一般在某個(gè)區(qū)域施工結(jié)束后, 抽檢3 ~5 個(gè)注漿孔即可。 檢測(cè)確定注漿施工工藝, 地基土層膠結(jié)情況包含區(qū)域內(nèi)地基承載性能的檢測(cè), 并且根據(jù)抽芯檢測(cè)孔方式完成注漿封孔處理。 在項(xiàng)目施工結(jié)束后, 對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的沉降量進(jìn)行觀(guān)測(cè), 評(píng)估項(xiàng)目施工的質(zhì)量。
綜上所述, 路基路面沉降的問(wèn)題比較嚴(yán)重, 需要結(jié)合設(shè)計(jì)方案的要求, 以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范為出發(fā)點(diǎn), 合理進(jìn)行引道、 橋臺(tái)部位的施工處理, 綜合分析路基的實(shí)際情況, 選擇最佳填充施工材料, 保證排水效果合格, 防止出現(xiàn)不均勻沉降的問(wèn)題, 不會(huì)出現(xiàn)跳車(chē)的問(wèn)題, 提高公路運(yùn)行效果, 保障交通安全性。