高填方路基下沉的原因與處治

孫曉紅,李夢真

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院)

1 高填方路基的概念

隨著山區(qū)高等級公路的修建,高填方路基不斷增多,給公路路基的設(shè)計(jì)與施工提出了一些新的問題。我們通常所說的高填方路基,在《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D 30-2004)(以下簡稱《規(guī)范》)中是以邊坡的總高度作為劃分界限的。根據(jù)《規(guī)范》表 3.3.4所列數(shù)值,“當(dāng)邊坡總高度大于 20 m時(shí),宜進(jìn)行路基穩(wěn)定性的驗(yàn)算”。從這個(gè)意義上看,20m可視為是高填方路基與低填方路基的界限。

2 高填方路基的病害

高填方路基施工完工后,隨著時(shí)間的延長和汽車重復(fù)荷載的作用,常出現(xiàn)路基的整體下沉和局部下沉。特別是在填挖方接頭處尤為突出。因此,高填方路基的穩(wěn)定不僅與邊坡高度有關(guān),也與路基填料、性質(zhì)、邊坡高度、水文狀況、路基壓實(shí)機(jī)具、路基壓實(shí)度、施工方法等有關(guān)。高填方路基的施工,雖然施工隊(duì)伍的素質(zhì)較好、設(shè)備齊全、施工管理和技術(shù)管理嚴(yán)密、質(zhì)量管理體系健全,并能按《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》的要求進(jìn)行施工。然而,由于高填方路基是放在半無限體上的線性工程,所處的環(huán)境千變?nèi)f化,所處地段的水文地質(zhì)情況錯(cuò)綜復(fù)雜又暴露在野外環(huán)境中,填土的密度與自身固結(jié)都需要時(shí)間,且常年受重復(fù)荷載的作用,因此,在施工階段和完工后的運(yùn)營階段,發(fā)生的病害較多且較難處治。高填方路基常見的病害有:(1)路基的整體下沉或局部沉陷;(2)路基縱、橫向的開裂;(3)路基的整體滑動(dòng)或邊坡的滑塌。

3 高填方路基下沉的原因

3.1 設(shè)計(jì)方面的原因

因條件限制公路路線必須通過復(fù)雜山區(qū)時(shí),設(shè)計(jì)上應(yīng)按照《規(guī)范》要求認(rèn)真地對高填方路基作特殊設(shè)計(jì)。對未進(jìn)行高路堤的穩(wěn)定性驗(yàn)算,而按一般路基進(jìn)行設(shè)計(jì),且施工工藝、填料等未作特殊要求說明的路段,在施工過程中或完工后,高填方路基將會(huì)有較大的整體下沉或局部沉陷,以致影響公路的正常使用。

3.2 施工方面的原因

(1)路基填筑工藝方面的原因。

高填方路基的填料在分層填筑時(shí),應(yīng)按照《施工規(guī)范》要求的厚度進(jìn)行鋪筑。若隨意將層厚加大,而壓實(shí)機(jī)具則按照規(guī)定的碾壓遍數(shù)壓實(shí)時(shí),壓實(shí)度將達(dá)不到《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的要求,當(dāng)填筑到路基設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí),必然產(chǎn)生累計(jì)的沉降變形,在重復(fù)荷載和填料自重的作用下,便會(huì)產(chǎn)生下沉。

(2)施工機(jī)械與碾壓工藝方面的原因。

在高填方路基的施工過程中,應(yīng)按要求配備相應(yīng)的整平、碾壓機(jī)具,并按規(guī)范進(jìn)行操作。若未按要求的壓實(shí)工藝進(jìn)行碾壓,路基的壓實(shí)強(qiáng)度不均勻,壓實(shí)度達(dá)不到規(guī)定要求,將會(huì)導(dǎo)致高填方段路基產(chǎn)生較大的沉降變形。

(3)工程施工過程中質(zhì)量管理與技術(shù)管理方面的原因。

在工程的施工過程中,工地現(xiàn)場人員的責(zé)任心不強(qiáng)、技術(shù)管理力度不夠、施工現(xiàn)場混亂,使工程質(zhì)量降低,造成施工過程中的隱患,甚至造成大的質(zhì)量事故,危及路基的穩(wěn)定性。

3.3 工程地質(zhì)方面的原因

在工程地質(zhì)不良、泥沼軟基豐富的地段填筑路堤,由于地表土壤密度小、壓縮變形大、承載能力低,當(dāng)路堤高度不斷增加時(shí),原地面土壤容易發(fā)生壓縮沉降和擠壓位移。地基的壓縮變形將使路基整體隨之沉降或開裂。

3.4 路基填料方面的原因

如果路堤填料的土質(zhì)差,填料中混進(jìn)了種植土、腐質(zhì)土或有機(jī)質(zhì)土等劣質(zhì)土,由于這類土壤中有機(jī)物含量多、抗水性差、強(qiáng)度穩(wěn)定性差等,路堤將出現(xiàn)塑性變形或沉陷破壞。尤其是膨脹土,這種土遇水膨脹軟化,風(fēng)干收縮開裂,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差,用作填料時(shí)隨著土壤中水分的揮發(fā),收縮開裂尤為嚴(yán)重,對路堤的整體結(jié)構(gòu)危害極大。

3.5 路基排水方面的原因

路基排水的任務(wù)是把路基工作區(qū)內(nèi)的土基含水量降低到一定的范圍。土基含水量過大、排水不良會(huì)引起土質(zhì)松軟,強(qiáng)度降低,邊坡坍塌,堤身沉陷或滑動(dòng)以及產(chǎn)生凍害等。

4 高填方路基下沉的處理方法

高填方路基施工和完工后,在自然環(huán)境因素影響和汽車重復(fù)荷載的作用下,將出現(xiàn)一些路基病害,引起路基的整體下沉或局部沉陷或邊坡坍塌,從而影響了公路的使用功能,降低了公路的評定等級。因此,為了更好地發(fā)揮公路的正常作用,對高填方路基出現(xiàn)的嚴(yán)重病害,必須采取行之有效的處理措施,使路基處于良好的工作狀態(tài)。下面介紹幾種常用的處理方法,以供參考。

4.1 換土復(fù)填法

由于填筑土質(zhì)不符合《規(guī)范》要求,路基出現(xiàn)下沉,但面積不大、深度不深時(shí),采用換土復(fù)填法是一種簡便快捷的方法。

此法是將路基出現(xiàn)病害部分的土挖去,更換新的、符合規(guī)范要求的土。一般采用級配較好的砂礫土或塑性指數(shù)滿足規(guī)范要求的粘性土為宜?；靥顣r(shí),挖補(bǔ)面積要大,而且要逐層挖成臺(tái)階狀,由下往上,逐層填筑,碾壓密實(shí),壓實(shí)度要高出原路基壓實(shí)度1～2個(gè)百分點(diǎn)為宜。采用這種方法,只要掌握好路基的填筑方法即可,沒有復(fù)雜的技術(shù)要求。

4.2 固化劑(如石灰、水泥等)法

在處理高填方路基的下沉中,如果更換路基填料受到限制,且填筑量不大時(shí),可在原材料中摻入一定品種與數(shù)量的固化劑來處理路基病害。這種方法在我國大部分省市已有應(yīng)用的先例,實(shí)踐證明,效果較好。固化劑的種類很多,使用時(shí),可根據(jù)路用土的種類與固化劑的成分、類型選用。

4.3 粉噴樁法

對于處理高度在 15m以內(nèi)的路基下沉病害,采用粉噴樁加固地基技術(shù)是較為理想的一種方法。粉噴樁處理軟基土是通過專門的機(jī)械將粉體固化劑噴出后,在地基深處就地與軟土強(qiáng)制攪拌,利用固化劑與軟土之間新發(fā)生的一系列物理、化學(xué)反應(yīng),在原地基中形成強(qiáng)度、剛度較大的樁體,同時(shí)也使得樁周土體性質(zhì)得到改善,樁體與樁間土體形成復(fù)合地基,共同承擔(dān)外荷載。

4.4 灌漿法

灌漿法是利用液壓、氣壓或電化學(xué)原理,通過注漿管,將漿液均勻地注入地層中。漿液以充填、滲透和擠密等方式占據(jù)土粒間或巖石裂縫中的空間,經(jīng)人工控制一定時(shí)間后,漿液將原來松散的土?；蛄严赌z結(jié)成一個(gè)整體,形成一個(gè)結(jié)構(gòu)新、強(qiáng)度大、防水性能高和化學(xué)穩(wěn)定性良好的“結(jié)石體”。該法已在我國的煤炭、水電、冶金、建筑、交通和鐵道等部門被廣泛地使用,并取得了良好的效果。

5 幾點(diǎn)認(rèn)識和體會(huì)

(1)對于高填方路基,在填筑方法上,必須按《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的厚度等要求,分層填筑,而且壓實(shí)度必須達(dá)到規(guī)定值時(shí),方可填筑下一層。這是確保路基體不會(huì)產(chǎn)生下沉等變形的基礎(chǔ)。

(2)作為施工現(xiàn)場的技術(shù)和質(zhì)量管理人員,必須具有工程質(zhì)量第一的責(zé)任心。必須處理好工程質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益、工期和社會(huì)影響四者間的矛盾關(guān)系。特別是,在推行工程質(zhì)量終身負(fù)責(zé)制的今天,更應(yīng)當(dāng)把質(zhì)量放在首位,以質(zhì)量求效益、求生存、求發(fā)展。同時(shí),作為施工現(xiàn)場的監(jiān)理人員,必須具有那種:“在質(zhì)量上出問題等于是在犯罪,寧可當(dāng)惡人不當(dāng)罪人”的意識,在重點(diǎn)部位更應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)監(jiān)督、檢查,甚至旁站。這樣才能把好質(zhì)量關(guān)。

(3)必須重視填料的正確選用。應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇透水性較好的粗顆粒料,其次選擇砂性土或塑性指數(shù)符合要求的粘性土。勿選用粉性土、腐質(zhì)土等高膨脹性、高壓縮性的土。

(4)必須認(rèn)真做好路基的填前處理。根據(jù)施工時(shí)的季節(jié)、氣溫,至少提前 2～4周的時(shí)間,將原自然地面的積水排除,并涼曬到含水量降到一定范圍內(nèi)時(shí),進(jìn)行填筑;同時(shí),做好施工中的臨時(shí)排水工作。當(dāng)位于水田、泥沼等不良地段時(shí),應(yīng)根據(jù)具體情況,嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求采取挖除淤泥換填透水性粗顆粒材料或采用復(fù)合地基等處理措施,以保證基底的穩(wěn)固。

(5)為了讓高填方路基有一個(gè)充分的沉降期,筆者認(rèn)為,在該路段還可采用緩鋪路面的做法,待其沉降穩(wěn)定或無沉陷等變形時(shí),再鋪筑路面。這樣可以避免了因路基出現(xiàn)病害返工而造成的路面材料的浪費(fèi)。

(6)高填方路基的邊坡坡率應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求,變坡處采用圓弧過渡,同時(shí)應(yīng)盡快完成坡面防護(hù),以防雨水對坡面的沖刷造成路基整體失穩(wěn)。

[1] 公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范 JTG D30-2004[S].

[2] 公路路基施工技術(shù)規(guī)范 JTG F10-2006[S].

[3] 公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn) JTG F80/1-2004[S].

[4] 公路工程八大通病分析與法治[M].人民交通出版社.