邹 茫

(湖南省吉怀高速公路建设开发有限公司,湖南怀化 418000)

1 工程概况

某高速公路地处川东平行岭谷区,路基大部分属高挖高填方。其中该合同段k47+000～k47+500段路基填方高度达40m,填方量近55万m3,属国内罕见高填方,且该处填方路基地处软土地基地段。因此该段路基地基处理及路基填筑施工过程控制将对提高路基质量极其重要。因此如何保证路基强度及稳定性,对路基施工提出了严格的要求。

2 高填方路基质量病害产生的原因

填方总高度超过18.0m(土质)或超过20.0m(石质)的路基,称为高路堤。高路堤的填方数量大、占地宽、施工工艺复杂,因此,在高填方路基的施工中,很难保证路基填方质量。且常年受重复载荷的作用,在工程施工过程中和工程施工完工后,随着时间的推移与行车重复载荷的作用,发生的病害仍很多,而且较难治理。高填方路基常见的病害有路基整体沉陷或局部沉陷、路基纵向开裂、路基滑动或边坡滑坍。造成高填方路基病害的原因主要有以下几方面。

2.1 路基设计不合理

2.1.1 设计计算不合理

当公路路线设计有高填方路基时,应按照规范要求认真地对高填方路基作特殊设计,进行稳定性验算和沉降计算。如果验算和计算所需的地质条件、土工实验资料等不能真实反映现场情况时,就会造成设计计算的不合理,在施工过程中或完工后,高填方路基将会有较大的整体下沉或局部沉陷,以致影响公路的正常使用。

2.1.2 地基处理方法不当

因高速公路路基通过区,地基复杂多样,有的甚至为软土地基,如果软基处理方案选用不当,导致地基加载后达不到设计要求,由于荷载过大,破坏原有的自然状态,出现土体剪切破坏,重新固结,而导致过大沉陷。

2.2 施工工艺不当

高填方路堤施工工艺复杂,涉及的因素较多,任一环节处理不当都可能埋下质量隐患。

2.2.1 填料不合格

如果路堤填料土质差,填料中混进了种植土、腐殖土或泥沼土等劣质土,由于这类土壤中有机物含量多、抗水性差、强度低,那么,路堤将出现塑性变形或沉陷破坏。尤其是膨胀土,遇水膨胀软化,风化收缩开裂,固体稳定性差,用作填料时随着土壤中水分的挥发,收缩开裂尤为严重,对路堤的整体结构危害极大。

2.2.2 填筑工艺不当

高填方路基的填料在分层填筑时,应按照施工规范要求的厚度进行铺筑。如果随意将铺筑厚度加厚,即使压实机具按规定的碾压遍数压实时,压实度也达不到规范规定的要求。当填筑到路基设计标高时,必然产生累计的沉降变形,在重复载荷与填料自重作用下产生沉陷。同时,施工不能整幅分层填筑,且路段受各方面条件的限制,非沿纵向分幅填筑,或半填半挖路段处理不当,导致路基纵向开裂。

2.2.3 压实工艺不当

未按要求的压实工艺进行碾压,路基的压实强度不均匀,压实度达不到规定要求,将会导致高填方路段产生较大的沉降变形和整个路堤的不均匀沉降。

3 改善的高填方路基施工技术

上面这些高填方路基可能出现的问题,解决关键之一就是施工过程控制和施工技术改善。特别是针对该段路基填方高、量大的特点,增加了这些质量通病发生的可能,改善和提高有效的施工技术措施尤为必要。

3.1 仔细领会强化设计意图,加强地基处理施工技术

该段软土地基平均处治厚度达8m,设计采用了振动沉管碎石灌注桩,土工格栅和砂垫层共同处治,陡坡地段设置台阶,台阶开挖宽度一般为3 m,并向内倾斜4%。

针对设计意图,首先就是碎石桩的施工质量控制。而根据碎石桩与土形成复合地基的假设前提,碎石桩必须具有足够的单桩承载力,一般不低于600 kPa,为此单根碎石桩的密实度就成了控制的关键指标。施工时,除选择有代表的地点设置试验桩外,还要根据试验抽样建立动态管理表。因施工过程土质或土体深度含水量等的不断变化,导致试验桩的代表性受到限制,因此试验检测抽样时认真记录分析桩的贯入时间和深度、冲水量和水压、压入的碎石量和电流动变化关系将十分重要,施工过程根据动态管理表调整施工参数,确保了碎石桩的密实度和单桩承载力。因此施工中加强动态管理技术是必须的。

其次充分理解砂砾垫层在设计中的重要作用。在铺设砂垫层时尽量平整场地,砂砾填料选择级配良好的级配碎石,保证滤水能力。同时考虑到砂砾处治的目的除具透水性作用外,增加地表强度,防止地基局部剪切变形也是其重要的目的。施工中在铺设碾压好的砂垫层上,再分层填筑厚约2m的填石路基,这样透水能力及地表整体性强度得到充分的提高,起到了对设计意图进行强化的效果。通过基底采用填石路基加强,使路基填料透水性和整体强度得到提高,有效改善了地基承载力,降低了地基沉降的可能。

3.2 加强路基填料的控制

施工中,根据我合同段挖方区(填方料源)砂岩多,填石路基沉降少的特点,高填方路基填筑尽量采用填石路基。对于填料的粒径,施工中爆破不可能保证,于是根据填方层厚及粒径要求,石方爆破后,在挖方区配备一台破碎机(挖机安装破碎头)进行加强破碎,确保了填料的质量,再加上加强压实,使路基在施工期内因密实而自然固结,减少了由于路基随填方增加重新固结沉降的发生。

3.3 充分理解分层填筑及挖反向台阶段作用

施工中采用整幅分层水平填筑,尽量减少分段填筑,但由于路段受各方面条件的限制,非沿纵向或横向分幅、分段填筑时,对高填方路基的填筑就更应严格控制,坚决杜绝垂直或无搭接填筑。该路段受T梁预制场建设的需要,要求在k47+300～k47+500处25 m以上部分路基必须先填至路床顶。为保证施工质量,施工中填筑时,做到每一层都应留台阶作搭接处理,且控制搭接长度预留在5m以上。路基填到第二个平台开始出现半填半挖情况时,在山坡上按要求从填方坡脚向上挖成向内倾斜的台阶,挖台阶前特别要先清除其表层土,尤其对下卧为岩层面的,要清除全部表层土直至岩层面,台阶在岩层面上生成,有时须通过爆破挖台阶,这样消除了因岩层面产生沉降滑动的隐患。

3.4 精心组织确定压实工艺

在高填方路基施工中,应严格控制填料的实际含水量在最佳含水量±2%,制定科学合理的压实工艺,并按要求配备相应的整平碾压机具,按规范进行操作。该路段因填料基本都以弱风化岩或强风化岩为主,只要保证填筑时的天气,就基本能保证填料含水量,消除了含水量不合对压实的影响。设计该段高填方路基采用了土工格栅,使用强夯及冲击碾压对其有破坏作用,而高填方路基必须采用重型压实设备,综合考虑,该处路基施工选择用大功率羊足碾和普通平板压路机配合使用,充分考虑了羊足碾的压实效果而又不导致破坏土工隔栅。压实过程首先采用羊足碾强振压实,然后用推土机进行二次收平,再用平板压路机压实收平。由于羊足碾能将石料破皮甚至破碎作用,使破碎的石屑经推土机平整填入填料空隙中,使填石空隙更加密实,这样既保证了路基压实度和平整度,也便于土工格栅的铺筑,又不使已施工的土工格栅扭曲、折皱、重叠,保证了土工格栅充分发挥其作用,消除了路基滑动或边坡滑坍的隐患。

4 结论

在精心施工该段路基的同时,严格执行路基沉降观测工作。该段路基从2005年10月开始填筑,于2007年6月填到设计标高,总共经历了21个月,通过对沉降曲线图(图1)的观察分析可以看到,路基沉降在路基填筑初始阶段较慢,当路基填筑达到一个平台以上时,沉降速率随着填筑高度的增加有增大的趋势,当路基填筑到设计标高后,路基沉降又呈缓慢增加形式,直至路基基本稳定下来,但沉降速率总体变化不大(中间段沉降速率增大的原因主要还是因填土速度增加导致),在设计规定范围内,总体沉降量也不大(见沉降关系曲线图)。分析原因如下:路基在填筑过程中,经过处理的地基承载力基本能够承受高填土产生的压力,在地基容许承载力范围内,地基沉降很少,路基呈现出类似弹性变化的形式,即路基沉降随着填土高度的增加而增加。整个填土过程沉降量都保持了基本线弹性关系,是该阶段路基没发生明显过大沉降的根本原因。

图1 k 47+000～k 47+500段高填方路基填土时间-填土高度-沉降速率-沉降量关系曲线图

综上跟踪路基沉降观测结果,该段路基在施工过程中,施工人员仔细体会设计意图,认真组织施工程序,精心设计施工方案。通过改善和加强施工技术方案,使该段高填方路基施工质量总体效果较好,该段路基随着路基填筑结束,地基所受填方产生的土压力趋于稳定,路基沉降速率也慢慢稳定下来,沉降发生很缓慢,从而保证了工后该段路基的强度和稳定性。

[1]龙晓炜.现代道路路基路面工程[M].北京:北京交通大学出版社,2004.

[2]黄兴安.道路桥梁工程质量通病防治手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[3]JTJ 017-97,公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].

[4]JTJ 033-95,公路路基施工技术规范[S].