卞志兵
華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司 江蘇 南京 210014
道路沉降段的路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作非常重要,直接影響沉降段的道路工程使用壽命和行車安全,因此,在道路沉降段的設(shè)計(jì)工作中,應(yīng)按照路基路面的沉降特點(diǎn)和實(shí)際情況,制定完善的設(shè)計(jì)方案和體系,通過科學(xué)合理的設(shè)計(jì),提升道路沉降段路基路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度,為改善行車安全和舒適度夯實(shí)基礎(chǔ)。
從實(shí)際情況分析,道路沉降段的地基變形是主要因素之一,地基變形發(fā)生的原因,是地下水大量被抽采和提取,使道路地基產(chǎn)生變形的現(xiàn)象,一旦道路所在地的地下水資源被頻繁抽取,可能會(huì)使地下水位下降,引發(fā)地基結(jié)構(gòu)變形和沉降的問題。與此同時(shí),道路所在地的地下水位頻繁上升或下降,會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的正負(fù)壓力值,使浮托力與泥土重量發(fā)生改變,地基被地下水逐漸侵蝕,變形量大,可能會(huì)發(fā)生土體塌陷的現(xiàn)象,道路投入使用后,車輛荷載的作用下會(huì)使地基變形,發(fā)生沉降的問題[1]。
道路工程項(xiàng)目中普通黏土是經(jīng)常應(yīng)用的臺(tái)背填料,但是普通黏土的應(yīng)用,有著一定的地形條件要求、溫度條件和濕度條件要求,如果工程項(xiàng)目所在地不符合普通黏土的應(yīng)用條件,采用普通粘土,可能會(huì)受外界因素的影響,導(dǎo)致路堤結(jié)構(gòu)變形,使路基路面沉降。
道路沉降段的路基設(shè)計(jì)工作中,需要遵循相應(yīng)的要點(diǎn),保證路基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,如圖1所示。
圖1 道路沉降段路基設(shè)計(jì)要點(diǎn)
2.1.1 填方材料設(shè)計(jì)
道路工程項(xiàng)目中,高填方路基可能會(huì)出現(xiàn)沉降問題,主要原因是路基填方材料具有一定的壓縮性特點(diǎn),如果不能合理設(shè)計(jì)填方材料,將會(huì)導(dǎo)致發(fā)生嚴(yán)重的沉降問題,因此,應(yīng)注重路基填方材料的合理配置[2]。其一,根據(jù)具體的路基特點(diǎn)和實(shí)際情況,設(shè)計(jì)分層填筑的粗粒土材料,雖然設(shè)計(jì)填石材料能夠降低路基沉降問題的發(fā)生率,但是應(yīng)選用堅(jiān)硬度較高且不容易發(fā)生風(fēng)化問題的石料,如若是砌石路基,就需要嚴(yán)格控制頂層的寬度和整體路基的標(biāo)高,確保設(shè)計(jì)符合要求,如若道路的地質(zhì)條件變化幅度大,就應(yīng)遵循分段設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。其二,地面坡度較大,應(yīng)設(shè)計(jì)護(hù)腳,保證路堤沿斜坡的穩(wěn)定性。其三,選擇路基填方材料前,應(yīng)做好現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)分析工作,在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模擬施工和試驗(yàn)施工,對(duì)比不同材料應(yīng)用的效果,從而選擇最佳的填方材料,以免路基填方材料設(shè)計(jì)不合理而出現(xiàn)問題。
2.1.2 軟土路基加固設(shè)計(jì)
目前我國(guó)部分道路工程所處地存在軟土路基結(jié)構(gòu),軟土路基的含水量大,孔隙率高,如果不能合理處置,將會(huì)導(dǎo)致道路工程受車輛荷載的影響發(fā)生沉降問題。因此,應(yīng)做好軟土路基的地基處理,提升路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性,預(yù)防出現(xiàn)路基方面的強(qiáng)度和可靠性問題。其一,采用軟土路基換填的方案??辈旆治雎坊Y(jié)構(gòu)的土壤含水率和土壤結(jié)構(gòu)特點(diǎn),按照具體情況選取換填的材料,確保換填材料的強(qiáng)度和質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求,使沉降段路基經(jīng)過換填材料的處理后,強(qiáng)度和穩(wěn)定性符合標(biāo)準(zhǔn),避免發(fā)生不均勻沉降的現(xiàn)象。其二,采用路基夯實(shí)的方案。軟土路基結(jié)構(gòu)的密實(shí)度較低,在路基設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)合理設(shè)計(jì)夯實(shí)的方法,明確夯實(shí)設(shè)備和壓實(shí)設(shè)備的規(guī)格參數(shù),設(shè)計(jì)夯實(shí)的頻次和機(jī)制,通過科學(xué)合理設(shè)計(jì)夯實(shí)施工的體系,提升軟土路基加固效果,延長(zhǎng)路基結(jié)構(gòu)的使用壽命,改善路基的承載性能。其三,采用復(fù)合地基(如圖2所示)。如果路基結(jié)構(gòu)的軟弱度過大,無法采用換填技術(shù)或是夯實(shí)技術(shù),就應(yīng)設(shè)計(jì)樁處理,明確鉆孔的規(guī)格和樁體的規(guī)格,通過樁土共同作用,增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和可靠性,保證軟土地基施工處理的效果[3]。另外,應(yīng)深入研究和分析軟土路基的形式和具體特點(diǎn),按照軟土路基的含水率情況、孔隙情況等,對(duì)各類路基加固設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比研究,采用實(shí)驗(yàn)分析的方式,選擇最佳的路基加固設(shè)計(jì)方案,提升路基加固設(shè)計(jì)的水平。
圖2 復(fù)合地基處理設(shè)計(jì)示意圖
2.1.3 半填半挖路基設(shè)計(jì)
道路工程的地面坡度過大,需要設(shè)計(jì)半填半挖的路基結(jié)構(gòu),上部分進(jìn)行開挖處理,下部分進(jìn)行填方處理。為預(yù)防半填半挖的路基發(fā)生沉降問題,在設(shè)計(jì)期間需要按照道路的自然橫坡坡度特點(diǎn),合理進(jìn)行斜坡路堤的設(shè)計(jì),同時(shí)設(shè)計(jì)路堤基底臺(tái)階,臺(tái)階寬度為1m以上,底部斜坡角度為20-40之間。如若道路工程所在地是較為陡峭的山坡上,就應(yīng)降低半挖半填路基結(jié)構(gòu)的填土量,將邊坡伸長(zhǎng)度控制在合理范圍內(nèi),設(shè)計(jì)2m的護(hù)腳,將其作為支撐阻擋的結(jié)構(gòu),確保半挖半填路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
道路沉降段的路面設(shè)計(jì)工作中,按照路面的特點(diǎn)和情況,完善設(shè)計(jì)方案和體系,如圖3所示。
圖3 路面設(shè)計(jì)要點(diǎn)
2.2.1 路面材料的設(shè)計(jì)
道路沉降段的路面設(shè)計(jì)主要為面層、基層和墊層三個(gè)部分,在設(shè)計(jì)期間,應(yīng)按照道路沉降段的實(shí)際情況,保證路面材料的合理設(shè)計(jì)。首先,路面墊層和路基之間相互銜接,為提升面層的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,避免受到地下水的影響發(fā)生沉降變形的現(xiàn)象,應(yīng)設(shè)計(jì)強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)且水穩(wěn)性符合要求的材料,確保墊層的質(zhì)量符合規(guī)范。其次,路面基層的設(shè)計(jì)應(yīng)按照路面承載力需求,選用強(qiáng)度、抗凍性能和穩(wěn)定性能符合要求的材料,同時(shí),保證材料具備擴(kuò)散車輛荷載的性能,使車輛荷載能夠在路面快速擴(kuò)散。最后,路面面層設(shè)計(jì)應(yīng)劃分成為高級(jí)到低級(jí)的不同等級(jí),應(yīng)按照路面的特點(diǎn)選擇瀝青混凝土、改性混凝土等填料,以免影響整體道路工程路面結(jié)構(gòu)的質(zhì)量[4]。
2.2.2 路面搭板設(shè)計(jì)
搭板是道路工程項(xiàng)目中路面結(jié)構(gòu)最為重要的部分,一旦搭板結(jié)構(gòu)存在問題,將會(huì)對(duì)整體的路面施工水平造成不利影響,需要注重搭板的設(shè)計(jì)。首先,應(yīng)嚴(yán)格控制搭板結(jié)構(gòu)的規(guī)格,按照路面的坡度情況,設(shè)計(jì)符合要求的搭板。其次,搭板接近路面接頭的位置,應(yīng)嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)的厚度,保證搭板結(jié)構(gòu)具有一定的穩(wěn)定性和強(qiáng)度,預(yù)防出現(xiàn)搭板的質(zhì)量或是穩(wěn)定性問題。最后,深入調(diào)查分析道路工程項(xiàng)目的特點(diǎn),全面研究搭板結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況,按照具體情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),以免因?yàn)榇畎褰Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不良出現(xiàn)問題,進(jìn)一步提高搭板的設(shè)計(jì)效果和水平[5]。
2.2.3 臺(tái)后填筑設(shè)計(jì)
道路工程項(xiàng)目的路面臺(tái)后回填是預(yù)防路面沉降問題的重要部分,如果臺(tái)后填筑設(shè)計(jì)不良,或是填筑材料不符合要求,將會(huì)導(dǎo)致路面沉降問題無法有效控制。因此,在路面設(shè)計(jì)方面應(yīng)制定完善的臺(tái)后回填設(shè)計(jì)方案和體系,通過科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方式,提升臺(tái)后填筑的設(shè)計(jì)效果。例如:按照道路的路面特點(diǎn)和情況,合理選擇質(zhì)量、規(guī)格和性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求的后臺(tái)填筑材料,及時(shí)發(fā)現(xiàn)材料的問題,科學(xué)進(jìn)行材料規(guī)格和類型的設(shè)計(jì),以免材料設(shè)計(jì)不良對(duì)臺(tái)后回填效果造成不利影響。
由于道路沉降段的路基路面結(jié)構(gòu)性能差,如果長(zhǎng)時(shí)間被積水侵蝕,會(huì)導(dǎo)致沉降問題更加嚴(yán)重,因此在設(shè)計(jì)工作中需重點(diǎn)完善和優(yōu)化排水系統(tǒng)和防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,以免因積水問題對(duì)路基路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成影響,有效預(yù)防出現(xiàn)沉降問題。首先,按照路基路面防排水的需求,選擇水穩(wěn)性高、滲透性良好的排水系統(tǒng)材料,如果道路處于降雨量大的地區(qū),應(yīng)設(shè)計(jì)截水溝和排水溝,以免雨水進(jìn)入路基路面,對(duì)路基路面的積水進(jìn)行導(dǎo)出和排放[6]。其次,合理設(shè)計(jì)路面的橫坡度,對(duì)于鋪裝透水磚的道路,將橫坡度設(shè)計(jì)為1%-1.5%之間,如果是快速路的道路,應(yīng)將橫坡度設(shè)計(jì)為1.5%-2%之間。對(duì)于路肩部分的橫坡度,需要高于路面橫坡度的1.5%,這樣能夠確保積水快速排出,以免影響路基路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。最后,合理設(shè)計(jì)排水管路系統(tǒng),將排水管的直徑和數(shù)量控制在合理范圍內(nèi),使路基路面的積水和雨水能夠快速經(jīng)過排水管流出。同時(shí)需要注意,構(gòu)建地表水、路面內(nèi)水、地下水的排水系統(tǒng),如圖4所示。
圖4 路基路面排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
(1)設(shè)計(jì)地表水排水系統(tǒng)
沉降段路基路面的地表水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì),應(yīng)科學(xué)設(shè)計(jì)出水口的位置和進(jìn)水口的位置,按照實(shí)際情況和排水需求,設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)的流量和泄水能力,各類排水基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)選擇強(qiáng)度符合要求的材料。同時(shí),可利用路面橫向坡度的設(shè)計(jì),使降落到路面的雨水快速分流,預(yù)防出現(xiàn)路面積水的現(xiàn)象,如果是超高路段,設(shè)計(jì)取向內(nèi)傾斜的單向坡度,以此保證地表水的良好排放。
(2)設(shè)計(jì)路面內(nèi)排水系統(tǒng)
為快速將路面接縫部分和裂縫部分的水分排出,使路肩滲入停留在路面中的水分排出,應(yīng)沿著路面邊緣設(shè)計(jì)排水基層或者是排水墊層,也可在路面面層方面設(shè)計(jì)排水墊層,以此保證路面內(nèi)水的快速排放。
(3)設(shè)計(jì)地下水排水系統(tǒng)
如果路基地下水位較高,會(huì)對(duì)路基路面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性造成影響,就應(yīng)按照具體的情況設(shè)計(jì)地下水排水系統(tǒng),例如:設(shè)計(jì)暗溝系統(tǒng)、檢查井系統(tǒng)和滲溝系統(tǒng),按照工程所在地的水文地質(zhì)特點(diǎn)和地基結(jié)構(gòu)特點(diǎn),合理設(shè)計(jì)地下水排水基礎(chǔ)設(shè)施和尺寸。為了能夠?qū)Φ叵滤M(jìn)行截流,或是降低地下水水位,可在地面下設(shè)計(jì)滲溝的系統(tǒng),如果滲溝的長(zhǎng)度和深度大,就應(yīng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的檢查井,直線段檢查井的間隔為40m,檢查井應(yīng)配置檢查梯和蓋板結(jié)構(gòu),以免影響排水效果。除此之外,路基路面的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì),應(yīng)按照具體的情況設(shè)計(jì)雨水管道和排水管道,所有管道的設(shè)計(jì)規(guī)格和強(qiáng)度必須符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,提升排水的可靠性和穩(wěn)定性。
綜上所述,道路路基路面沉降的原因主要涉及到路基變形和地基變形,為避免道路沉降段路基路面的不均勻沉降問題,在路基路面設(shè)計(jì)方面,需遵循路基設(shè)計(jì)的填方材料設(shè)計(jì)、軟土路基處理和半填半挖路基設(shè)計(jì)要點(diǎn)及要求,同時(shí),還需遵循路面方面的材料設(shè)計(jì)、搭板設(shè)計(jì)和臺(tái)后填料的設(shè)計(jì),以及遵守路基路面排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,保證整體排水系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,有效預(yù)防出現(xiàn)路基路面排水不良的問題,預(yù)防積水對(duì)路基路面造成侵蝕而導(dǎo)致不均勻沉降,提升整體設(shè)計(jì)工作的可靠性。