高速公路軟基地段高填方路基施工技術

鄒 茫

(湖南省吉懷高速公路建設開發有限公司,湖南懷化 418000)

1 工程概況

某高速公路地處川東平行嶺谷區,路基大部分屬高挖高填方。其中該合同段k47+000～k47+500段路基填方高度達40m,填方量近55萬m3,屬國內罕見高填方,且該處填方路基地處軟土地基地段。因此該段路基地基處理及路基填筑施工過程控制將對提高路基質量極其重要。因此如何保證路基強度及穩定性,對路基施工提出了嚴格的要求。

2 高填方路基質量病害產生的原因

填方總高度超過18.0m(土質)或超過20.0m(石質)的路基,稱為高路堤。高路堤的填方數量大、占地寬、施工工藝復雜,因此,在高填方路基的施工中,很難保證路基填方質量。且常年受重復載荷的作用,在工程施工過程中和工程施工完工后,隨著時間的推移與行車重復載荷的作用,發生的病害仍很多,而且較難治理。高填方路基常見的病害有路基整體沉陷或局部沉陷、路基縱向開裂、路基滑動或邊坡滑坍。造成高填方路基病害的原因主要有以下幾方面。

2.1 路基設計不合理

2.1.1 設計計算不合理

當公路路線設計有高填方路基時,應按照規范要求認真地對高填方路基作特殊設計,進行穩定性驗算和沉降計算。如果驗算和計算所需的地質條件、土工實驗資料等不能真實反映現場情況時,就會造成設計計算的不合理,在施工過程中或完工后,高填方路基將會有較大的整體下沉或局部沉陷,以致影響公路的正常使用。

2.1.2 地基處理方法不當

因高速公路路基通過區,地基復雜多樣,有的甚至為軟土地基,如果軟基處理方案選用不當,導致地基加載后達不到設計要求,由于荷載過大,破壞原有的自然狀態,出現土體剪切破壞,重新固結,而導致過大沉陷。

2.2 施工工藝不當

高填方路堤施工工藝復雜,涉及的因素較多,任一環節處理不當都可能埋下質量隱患。

2.2.1 填料不合格

如果路堤填料土質差,填料中混進了種植土、腐殖土或泥沼土等劣質土,由于這類土壤中有機物含量多、抗水性差、強度低,那么,路堤將出現塑性變形或沉陷破壞。尤其是膨脹土,遇水膨脹軟化,風化收縮開裂,固體穩定性差,用作填料時隨著土壤中水分的揮發,收縮開裂尤為嚴重,對路堤的整體結構危害極大。

2.2.2 填筑工藝不當

高填方路基的填料在分層填筑時,應按照施工規范要求的厚度進行鋪筑。如果隨意將鋪筑厚度加厚,即使壓實機具按規定的碾壓遍數壓實時,壓實度也達不到規范規定的要求。當填筑到路基設計標高時,必然產生累計的沉降變形,在重復載荷與填料自重作用下產生沉陷。同時,施工不能整幅分層填筑,且路段受各方面條件的限制,非沿縱向分幅填筑,或半填半挖路段處理不當,導致路基縱向開裂。

2.2.3 壓實工藝不當

未按要求的壓實工藝進行碾壓,路基的壓實強度不均勻,壓實度達不到規定要求,將會導致高填方路段產生較大的沉降變形和整個路堤的不均勻沉降。

3 改善的高填方路基施工技術

上面這些高填方路基可能出現的問題,解決關鍵之一就是施工過程控制和施工技術改善。特別是針對該段路基填方高、量大的特點,增加了這些質量通病發生的可能,改善和提高有效的施工技術措施尤為必要。

3.1 仔細領會強化設計意圖,加強地基處理施工技術

該段軟土地基平均處治厚度達8m,設計采用了振動沉管碎石灌注樁,土工格柵和砂墊層共同處治,陡坡地段設置臺階,臺階開挖寬度一般為3 m,并向內傾斜4%。

針對設計意圖,首先就是碎石樁的施工質量控制。而根據碎石樁與土形成復合地基的假設前提,碎石樁必須具有足夠的單樁承載力,一般不低于600 kPa,為此單根碎石樁的密實度就成了控制的關鍵指標。施工時,除選擇有代表的地點設置試驗樁外,還要根據試驗抽樣建立動態管理表。因施工過程土質或土體深度含水量等的不斷變化,導致試驗樁的代表性受到限制,因此試驗檢測抽樣時認真記錄分析樁的貫入時間和深度、沖水量和水壓、壓入的碎石量和電流動變化關系將十分重要,施工過程根據動態管理表調整施工參數,確保了碎石樁的密實度和單樁承載力。因此施工中加強動態管理技術是必須的。

其次充分理解砂礫墊層在設計中的重要作用。在鋪設砂墊層時盡量平整場地,砂礫填料選擇級配良好的級配碎石,保證濾水能力。同時考慮到砂礫處治的目的除具透水性作用外,增加地表強度,防止地基局部剪切變形也是其重要的目的。施工中在鋪設碾壓好的砂墊層上,再分層填筑厚約2m的填石路基,這樣透水能力及地表整體性強度得到充分的提高,起到了對設計意圖進行強化的效果。通過基底采用填石路基加強,使路基填料透水性和整體強度得到提高,有效改善了地基承載力,降低了地基沉降的可能。

3.2 加強路基填料的控制

施工中,根據我合同段挖方區(填方料源)砂巖多,填石路基沉降少的特點,高填方路基填筑盡量采用填石路基。對于填料的粒徑,施工中爆破不可能保證,于是根據填方層厚及粒徑要求,石方爆破后,在挖方區配備一臺破碎機(挖機安裝破碎頭)進行加強破碎,確保了填料的質量,再加上加強壓實,使路基在施工期內因密實而自然固結,減少了由于路基隨填方增加重新固結沉降的發生。

3.3 充分理解分層填筑及挖反向臺階段作用

施工中采用整幅分層水平填筑,盡量減少分段填筑,但由于路段受各方面條件的限制,非沿縱向或橫向分幅、分段填筑時,對高填方路基的填筑就更應嚴格控制,堅決杜絕垂直或無搭接填筑。該路段受T梁預制場建設的需要,要求在k47+300～k47+500處25 m以上部分路基必須先填至路床頂。為保證施工質量,施工中填筑時,做到每一層都應留臺階作搭接處理,且控制搭接長度預留在5m以上。路基填到第二個平臺開始出現半填半挖情況時,在山坡上按要求從填方坡腳向上挖成向內傾斜的臺階,挖臺階前特別要先清除其表層土,尤其對下臥為巖層面的,要清除全部表層土直至巖層面,臺階在巖層面上生成,有時須通過爆破挖臺階,這樣消除了因巖層面產生沉降滑動的隱患。

3.4 精心組織確定壓實工藝

在高填方路基施工中,應嚴格控制填料的實際含水量在最佳含水量±2%,制定科學合理的壓實工藝,并按要求配備相應的整平碾壓機具,按規范進行操作。該路段因填料基本都以弱風化巖或強風化巖為主,只要保證填筑時的天氣,就基本能保證填料含水量,消除了含水量不合對壓實的影響。設計該段高填方路基采用了土工格柵,使用強夯及沖擊碾壓對其有破壞作用,而高填方路基必須采用重型壓實設備,綜合考慮,該處路基施工選擇用大功率羊足碾和普通平板壓路機配合使用,充分考慮了羊足碾的壓實效果而又不導致破壞土工隔柵。壓實過程首先采用羊足碾強振壓實,然后用推土機進行二次收平,再用平板壓路機壓實收平。由于羊足碾能將石料破皮甚至破碎作用,使破碎的石屑經推土機平整填入填料空隙中,使填石空隙更加密實,這樣既保證了路基壓實度和平整度,也便于土工格柵的鋪筑,又不使已施工的土工格柵扭曲、折皺、重疊,保證了土工格柵充分發揮其作用,消除了路基滑動或邊坡滑坍的隱患。

4 結論

在精心施工該段路基的同時,嚴格執行路基沉降觀測工作。該段路基從2005年10月開始填筑,于2007年6月填到設計標高,總共經歷了21個月,通過對沉降曲線圖(圖1)的觀察分析可以看到,路基沉降在路基填筑初始階段較慢,當路基填筑達到一個平臺以上時,沉降速率隨著填筑高度的增加有增大的趨勢,當路基填筑到設計標高后,路基沉降又呈緩慢增加形式,直至路基基本穩定下來,但沉降速率總體變化不大(中間段沉降速率增大的原因主要還是因填土速度增加導致),在設計規定范圍內,總體沉降量也不大(見沉降關系曲線圖)。分析原因如下:路基在填筑過程中,經過處理的地基承載力基本能夠承受高填土產生的壓力,在地基容許承載力范圍內,地基沉降很少,路基呈現出類似彈性變化的形式,即路基沉降隨著填土高度的增加而增加。整個填土過程沉降量都保持了基本線彈性關系,是該階段路基沒發生明顯過大沉降的根本原因。

圖1 k 47+000～k 47+500段高填方路基填土時間-填土高度-沉降速率-沉降量關系曲線圖

綜上跟蹤路基沉降觀測結果,該段路基在施工過程中,施工人員仔細體會設計意圖,認真組織施工程序,精心設計施工方案。通過改善和加強施工技術方案,使該段高填方路基施工質量總體效果較好,該段路基隨著路基填筑結束,地基所受填方產生的土壓力趨于穩定,路基沉降速率也慢慢穩定下來,沉降發生很緩慢,從而保證了工后該段路基的強度和穩定性。

[1]龍曉煒.現代道路路基路面工程[M].北京:北京交通大學出版社,2004.

[2]黃興安.道路橋梁工程質量通病防治手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2002.

[3]JTJ 017-97,公路軟土地基路堤設計與施工技術規范[S].

[4]JTJ 033-95,公路路基施工技術規范[S].