公路填挖交界路基病害處治的設計方案

王 勇

（甘肅省交通規劃勘察設計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

隨著我國公路里程的不斷增長，公路建設水平也在不斷提高，目前我國中東部路網系統已經完成，西部地區也在逐步完善。中西部地區在公路建設過程中遇到的濕陷性黃土路基、軟黏土路基、填挖結合部路基等，嚴重制約了公路的建設質量，導致路基路面出現了一系列的病害，影響到公路的使用性能和安全性能。針對公路填挖結合部的特殊部位處理上，一些好的研究成果并沒有在實際工程建設中得到應用，設計理論也落后于工程實踐，如何解決好這些部位的路基問題，進行病害處理，不僅需要綜合研究確定科學的穩定加固技術，也需要在施工和設計中認真對待，以滿足公路技術質量要求。

1 填挖交界路基病害特征及形成原因

1.1 填挖交界路基病害特征分析

目前甘肅省內所建設的公路在填挖交界路基出現病害的數量不少，例如渭武高速、蘭永快速通道等，因為地質條件的復雜性，線路內填挖交界斷面較多，都不同程度的出現了路基路面病害[1]。病害形式主要以裂縫、車轍和龜裂為主，并伴有地基沉陷，有的地方甚至出現了半幅路基滑塌及支擋結構物位移等邊坡失穩狀況。

其中，填方裂縫是由內部填方發展而來的，裂縫具有不可避免性及產生的隨機性。填方路基在自重及其他條件下會在豎直方向和水平方向上產生變形，變形量與挖方路段不同，就會形成不均勻沉降，在交界處的填方側形成了拉伸應變區域，挖方側形成壓縮應變區域，此時填方的抗拉強度低，更容易形成裂縫。如圖1所示，在填挖交界處形成的縱向變形裂縫與原有路基狀態有關，在填方形成的裂縫，是由于垂向的不均勻沉降導致，與填方高度有關。橫縫的產生狀況與此類似。縱向裂縫發展發展到一定程度，在降雨等誘因下，會發生近似弧線的邊坡失穩狀況[2]。

圖1填挖交界縱向變形裂縫

1.2 填挖交界路基病害成因分析

1.2.1 自身原因

當原有地面的橫坡度較大，橫斷面與原有地表相交叉，形成橫向的半填半挖,見圖2（a）；或沿路線方向原地面縱坡較大，與路基縱斷面相交叉，形成縱向填挖交界，見圖2（b）。填土自重產生的下滑力大于界面間的約束阻力時，在界面處產生滑動，出現不均勻沉降。

1.2.2 設計方案不能滿足要求

圖2填挖交界示意圖

填挖交界處的設計需要基于土的性質的結構形式、受力特性來綜合決定，但是目前在同一地區或者同一條路上往往會直接套用已經做好的設計方案，只是改一改參數就確定了設計內容，導致一些交界面的設計不符合實際情況，例如土的性質、氣候、地質等環境條件對路基的影響是一個持續的過程，不切實際的設計會導致路基提前出現破壞。

1.2.3 填方段存在不良地基

不良土層在受力后會產生較大變形，例如軟土層、濕陷性黃土等，在填方路段一定厚度土層的附加應力作用下會產生固結、次固結沉降。而且不同的土層沉降變形周期不同，在前期變形得到控制的情況下，可能在輪載作用下1～2 a內就會產生嚴重變形，抗剪強度和承載力嚴重下降，甚至會出現側向擠出，影響路基的整體穩定性。

1.2.4 施工質量控制不足

施工單位在進行交界處施工時，對于臺階的開挖不到位，增加開挖臺階的寬度和厚度等，會影響填方的壓實效果，導致后期沉降量不易控制，增加后期變形量。在進行填方碾壓過程中，施工單位往往沒有按照規范要求進行碾壓，造成了設計標準不能得到有效的體現。碾壓中機械設備的選擇、碾壓遍數、間隔時間、每層土厚度的控制、土的含水量控制等，都會影響填方的壓實效果。

1.2.5 水分的影響

大氣降水、地下毛細水等侵入到路基，會對路基的穩定性產生較大影響。在填挖交界處，受地形的限制，擋土結構物上缺少泄水孔、急流槽等，導致水分不易排出，墻背產生飽水現象，水分會使路基材料軟化，內摩擦角減小，抗剪強度下降。地下水的交替作用還會產生毛細管張力引起的負孔隙水壓力增加，使土體產生沉降變形。

2 填挖交界路基的設計

2.1 基底處理設計

在地質不良的地區，基底處理不徹底、不恰當會引起填挖交界面產生不均勻沉降，并影響公路的整體穩定性。在廣布黏土、淤泥質土、膨脹土等高液限黏土地區，可以通過填筑砂礫石，添加石灰、水泥進行穩定處理，換填加筋等方式進行處理，并檢測壓實度、回彈模量、彎沉等指標，對沉降進行控制。例如某高速濕土地基進行灰土處理設計，通過設計三種摻灰計量，進行分段試驗，在摻灰之前開挖邊溝和翻版晾曬的工作，待碾壓之后測試左右幅的壓實度，總結出灰土在高于濕土最佳含水量的1%～2%時，效果最佳。

2.2 路基沖擊壓實的試驗設計

施工階段的路基的沖擊壓實與路基結構層沉降有關，在沖擊碾壓試驗中測試不同遍數下的沉降量和含水量等指標，研究表明路基沉降量與沖壓遍數具有相關關系[3]，見圖3，沉降量隨著沖壓遍數的增加而先增加后減小，沉降量在前10遍達到了1.35 cm，達到總沉降量的75%，在后期出現了負增長。同樣在壓實度和回彈模量試驗中也出現類似趨勢，所以在進行碾壓過程中一定要控制碾壓次數。

圖3沉降量隨沖擊碾壓的變化示意圖

2.3 土工格柵的布置設計

土工格柵具有良好的加筋、壓實和抗變形作用，并且格柵的網狀結構能夠有助于孔隙水壓力的消散，保證結構層材料的抗剪強度和整體性，因此有必要對土工格柵的布置進行設計。根據建模研究格柵布置間距與豎向位移的響應分析，確定縱向填挖土工格柵布置圖，見圖4。對于縱坡為1∶2的情況，設置高1m，寬2 m的臺階，不然需要以高1 m或寬2 m為控制標準，每層臺階上鋪設10 m長的土工格柵，挖方段長2 m，填方段長8 m，寬度為路基全寬。對于填方高度較大的路段，于路床頂面以下H/2高度范圍內按間距1 m進行設置。另外為保證格柵的穩定性，需要進行錨固設計，可以在挖方段用φ8U型鋼筋錨固，縱橫向間距100 cm。在搭接過程中要保證搭接寬度不小于10 cm，用鋼絲捆綁時呈“之”字型布置。在土工格柵上部土層達到50 cm以下時，只能利用光輪壓路機碾壓。

圖4 縱向填挖土工格柵布置圖（單位：cm）

2.4 防排水設計

半填半挖路基接觸面易受水的侵害，做好路基的防水和排水設計有助于提高路基的穩定性。防水設計要求在路面結構中設置粘層等防止路面的水進入到路基之中，對于路基土不良的地區要提前進行土層的換填，防止毛細水上升進去路基當中。做好路基的排水工作首先要選用砂礫土等透水性較好的土層，其次在通過控制路基填料本身的孔隙率可以增強路基的排水能力，通過在路基中增加間隔30-50 m的橫向排水管道，水分可以在滲透作用下滲入到排水管道之中，從而排向結構外；高邊坡路段設置傾斜的泄水管，呈三角形布置伸入到浸潤線內[4]；根據路基邊坡的排水量計算排水盲溝的寬度和深度時，需要留有一定的富余系數，來預防惡劣天氣帶來的雨量增加，邊溝需要采用防滲措施，在迎水側設置反慮土工布，防止水分進入到路基內部。

3 填挖交界病害處理措施

3.1 加強施工的質量控制

施工的質量控制一方面需要加強筑路材料的質量檢驗，防止不合格材料的使用，杜絕為搶工期待地基處理時間未達到就開始施工。嚴格核實機械設備的重量和碾壓遍數，確保填挖交界處的碾壓到位，不留死角。加強特殊天氣下的管理，在雨季時合理安排作業時間，減輕雨水對路基的沖刷和浸泡，路基填筑土需要經過晾曬含水量滿足要求下才能進行施工填筑，冬天土在受凍條件下不能進行填筑和壓實作業。施工完成后對路基土的壓實度進行檢測，達到規范要求后再進行后續的工序施工。

3.2 注重后期的養護管理

交界處的路基病害較大部分是由于不均勻沉降造成的，運營過程中的動載作用是直接因素。在使用過程中，需要加強對超載超限行為的監管。其次日常養護期間，當遇到車轍、裂縫時需要及時修補裂縫，填筑冷補料，防止病害的進一步擴展影響到路基，當病害較嚴重時，需要挖除做換填和加筋處理。

4 結語

公路填挖交界處的處理一直是路基工程的重點和難點，因其路基土的原始狀態不同，在施工中通過工程手段難以保證雙向的工程特性一致，因此在通車后的一段時間內會出現路基路面的病害。本文結合室外試驗和相關研究成果從沖擊壓實、防排水及土工格柵的布置提出了防治措施，并要求施工中加強監管和質量控制，后期注重管養，通過綜合手段來有效降低路基的差異沉降，保證公路的安全暢通。