公路路基路面施工技術研究

陶耀華

(黑龍江省龍建路橋第二工程有限公司)

1 公路路基工程的特點

路基是在天然地表面按照道路的設計線形和設計橫斷面的要求開挖或堆填而成的巖土結構物。路面是在路基頂面的行車部分用各種混合料鋪筑而成的層狀結構物。路基是路面結構的基礎,堅強而又穩定的路基為路面結構長期承受汽車荷載提供了重要的保證,而路面結構層的存在又保護了路基,使之避免了直接接受車輛和大氣的破壞作用,長期處于穩定狀態。路基和路面相輔相成,實際上是不可分離的整體,應綜合考慮它們的工程特點,綜合解決兩者的強度、穩定性等工程技術問題。

2 公路建設對路基的基本要求

2.1 足夠的強度和剛度

行駛在路面上的車輛,通過車輪把荷載傳給路面,由路面傳給路基,在路基路面結構內部產生應力、應變及位移。如果路基路面的結構整體或某一組成部分的強度或抗變形能力不足以抵抗這些應力、應變及位移,則路面會出現斷裂,路基路面結構會出現沉陷,路面表面會出現波浪或車轍,使路況惡化,服務水平下降。因此要求路基路面結構整體及其各組成部分都具有與行車荷載相適應的承載能力。

2.2 足夠的整體穩定性和水溫穩定性

天然地表面建造的道路結構改變了自然的平衡,在達到新的平衡狀態之前,道路結構處于一種暫時的不穩定狀態。新建的路基路面結構袒露在大氣之中,經常受到大氣溫度、降水與溫度變化的影響,結構的物理、力學性質將隨之發生變化,處于另外一種不穩定狀態。路基結構能否接受這種不穩定狀態,而保持工程設計所要求的幾何形態及物理力學性質,稱為路基結構的穩定性。在地表上開挖或填筑路基,必然會改變原地面地層結構的受力狀態。原來處于穩定狀態的地層結構,有可能由于填挖筑路而引起不平衡,導致路基失衡。如在軟土層上修筑高路堤,或者在巖質或土質山坡上開挖深路嵌時,有可能由于軟土層承載能力不足,或者由于坡體失去支撐,而出現路堤沉落或坡體坍塌破壞。路線如選在不穩定的地層上,則修筑或開挖路基會引發滑坡或坍塌等病害出現。因此在選線、勘測、設計、施工中應密切注意,并采取必要的工程措施,以確保路基有足夠的穩定性。

大氣降水使得路基路面結構內部的濕度狀態發生變化,低洼地帶路基排水不良,長期積水,會使得矮路堤軟化,失去承載能力。山坡路基有時因排水不良,會引起滑坡或邊坡滑塌。水泥混凝土路面如果不能及時將水分排出結構層,會發生唧泥現象,沖刷基層,導致結構層提前破壞。瀝青混凝土路面中水分的侵蝕,會引起瀝青結構層剝落,結構松散。砂石路面,在雨季時,會因雨水沖刷和滲入結構層,而導致強度下降,產生沉陷、松散等病害,因此防水、排水是確保路基路面穩定的重要方面。

3 路基的常見病害產生原因及治療措施

3.1 路基的主要病害

路基裸露在大氣中,經受著土體自重、行車荷載和各種自然因素的作用,路基的各個部位將產生變形。路基的變形分為可恢復的變形和不可恢復變形,路基的不可恢復變形將引起路基標高和邊坡坡度、形狀的改變。嚴重時,造成土體位移,危害路基的整體性和穩定性能。路基的主要病害有以下幾種。

(1)路基沉陷。

路基沉陷是指路基表面在垂直方向產生較大的沉落,路基的沉陷可以有兩種情況:一是路基本身的壓縮沉降;二是由于路基下部天然地面沉載能力不足,在路基自重的作用下引起沉陷或向兩側擠出而造成的。

路基沉縮是因路基填料選擇不當,填筑方法不合理,壓實度不足,在路基堤身內部形成過濕的夾層等因素,在荷載和水溫綜合作用下,引起路基沉縮。

地基沉陷是指原天然地面有軟土、泥沼或不密實的松土存在,承載能力極低,路基修筑前未經處理,在路基自重作用下,地基下沉或向兩側擠出,引起地基下陷。

(2)邊坡滑塌。

路基邊坡滑塌是最常見的路基病害,根據邊坡土質類別、破壞原因和規模的不同,可分為流方與滑坡兩種情況

①溜方。溜方通常指邊坡上表面薄層土體下滑。主要是由于流動水沖刷邊坡或施工不當而引起的。

②滑坡。滑坡通常指一部分土體在重力作用下沿某一滑動面滑動。滑坡主要是由于土體的穩定性不足引起的。

(3)破落和崩塌。

剝落和碎落是指路塹邊坡風化巖層表面,在大氣溫度與濕度的交替作用,以及雨水沖刷和動力作用下,表層巖石從坡面上剝落下來,向下滾落。大塊巖石脫離坡面沿邊坡滾落成為崩塌。

(4)路基沿山坡滑動。

在較陡的山坡填筑路基,若路基底部被水浸濕,形成滑動面,坡腳又未進行必要的支撐,在路基自重和行車荷載作用下,整個路基沿傾斜的原地面向下滑動,路基載體失去穩定。

(5)不良地質和水文條件造成的路基破壞。

不良地質條件(如泥石流、溶洞等)和較大自然災害(如大暴雨)地區,盡可能導致路基的大規模毀壞。

3.2 路基病害病害的防治措施

(1)正確設計路基橫斷面。

在正常的地質和水文等條件下,一般路基的填土高度和挖方深度小于規范規定的值。根據長期的生產實踐和科學研究總結,這類路基已有了成熟的設計規定,擬定了典型的路基橫斷面。因此,此類路基的設計可根據當地地形、地質等情況,直接套用路基標準橫斷面圖。對于特殊路基,由于受不同氣候、地形、地貌、地質等自然條件的影響,它不能直接套用典型路基橫斷面圖,而應作特別設計,對其進行穩定性分析和驗算,以確定經濟合理的路基斷面形式和穩定的邊坡值,或采取相應的防護與加固措施。

(2)選用工程性質良好的土填筑路基。

填筑路基所用土的質量是影響路基壓實度的主要因素之一。土類不同,最佳含水量及最大干容重也就不同;液限和粘性較高的土,最佳含水量較高,最大密度較低;砂性土的壓實效果優于粘性土。對于粉土或粉質亞粘土等水溫穩定性差的土不宜用在路基的上層,而應采用透水性性良好、水穩定性較強的砂性土或亞砂土。

(3)適當提高路基,保證要求的最小填土高度或路基臨界高度。

路基最小填土高度是指為保證路基穩定,根據氣候、土質、水文、地質條件所規定的路基肩邊緣距原地面的最小高度。路基臨界高度是指在不利季節,當路基處于某種干濕狀態時,路槽底面距地下水位或地面長期積水位的最小高度。在填方路段,保證路基具有一定的高度,可借以保證路基上不受或少受地面滯水和地下水的浸濕作用。

(4)充分壓實土基,保證達到規定的壓實度。

對土基的壓實程度直接影響路基的強度和穩定性。未經壓實的土質路基在自然因素和行車荷載作用下,必須產生較大的變形或破壞。在季節性冰凍地區,由于毛細作用,水分積聚會發生凍脹和翻漿現象。因此,對路基土應給予充分壓實,使之具有一定的抵抗水分浸濕的能力。

(5)正確地進行地面和地下排水設計。

地表水和地下水是造成路基病害的主要原因,因此路基應設置完善的排水設施,以排除路基范圍內可能危害路基的地表水和地下水,保證路基的強度和穩定性。正確設計路基排水系統,并經常疏浚,以保持暢通,使地表水得以迅速排除,以疏干路基。

(6)設置隔離層,用以隔絕毛細水上升。

用透水性良好的材料或不透水的材料,在路基內修筑隔離層,以隔絕地下水的毛細上升或負溫差的作用而向上移動的水分,從而保證土基上層較為干燥。

(7)采取邊坡加固、修筑擋土結構物、土體加筋等防護技術措施,以提高其整體穩定性。

[1] 朱思哲.路基土的CBR試驗研究[J].公路,1981,(4).

[2] 張生輝.沙漠地區路基路面修筑技術研究[D].長安大學, 1999.