高填方路基常見病害及質量控制措施

蘭祖平

（福建省恒通路橋工程有限公司，南平 353000）

0 引言

南平市延平區新港路位于爐下鎮附近, 沿線分別穿越山前沖洪積階地和丘陵地貌。 項目的建設在完善路網的同時, 也推進了周邊園區土地的建設。 道路K2+160-K2+650、K2+800-K3+060 為高填方路段, 平均填高28m,根據高填方路基的基底地質情況除選用臺階開挖、 土工格柵加強、盲溝設置外,還選擇采用沖擊碾壓及強夯補強等方式加強路基壓實質量。 本文結合實際施工情況,就加強高填方路基質量控制提出相關措施, 希望能為道路工程建設提供借鑒與參考。

1 高填方路基的特點

高填方路基作為路基的重要組成部分, 有以下特點：(1)填方工程量大,施工工期較長,填筑質量比較難控制；(2)填筑高度較高,對邊坡穩定性及整體抗壓性提出了更高的要求；(3)路基累積沉降大,更加要嚴格控制路基施工過程中的質量。因此,路基填筑完成后,雖然基底的土壓力逐步回歸穩定, 但使用過程中除了土體的自身重量之外, 還受到車輛通行及周邊環境等多方面因素的共同影響。 通常需歷經數月的時間才能使填筑的路基土自然沉降達到穩定。 路基是路面的基礎,路基施工質量關系到路面的使用壽命和質量、行車舒適和行車安全等。 因此做好路基施工質量的控制, 特別是提高高填方路基的施工質量,對減少路基病害的發生,提高公路的使用壽命顯得尤為重要。

2 高填方路基的主要病害及成因

常見的高填方路基的主要病害有：(1)整體或局部沉降,產生的主要原因是填方路基受自身重力作用、壓實度不足、土體及基礎受外力左右；(2)縱橫向開裂,產生的主要原因有縱向分層填筑、填挖交界處搭接處理不當、填筑材料摻雜等；(3)滑坍、滑坡、路基填筑前清表不徹底或者未挖臺階、 路基地下水排除不暢等原因都會引起路基滑動或邊坡垮塌。 其中路基的不均勻沉降是高填方路基產生病害的主要因素。 經大量的路基施工質量的研究調查發現, 路基不均勻沉降是多方面因素綜合作用的結果,如路基填方壓實不足或壓實不均勻、 地基中存在軟弱夾層或巖溶、 路基填料不均勻或各種不同性質的填料沒按規定要求分層填筑、 地基土層中存在含水夾層或地下水位較高等,都是使路基產生不均勻沉降的直接或間接原因。

3 高填方路基施工工藝

筆者結合南平市延平區新港路段高填方K2+160～K2+650、K2+800～K3+060 路段實際施工過程和采用的工藝,總結了高填方路基施工過程中的工藝及質量控制措施。

3.1 施工準備

在高填方路基施工之前, 首先合理選擇填料并對用于路基填筑的材料進行試驗,測定密度、塑限、塑性指數、液限、顆粒分析、CBR 值等指標。 嚴禁不合格材料應用于工程施工當中。其次進行填方試驗段。選擇比較典型且長度不少于100m 的路段作為試驗段,通過試驗段來獲取路基填方的虛鋪系數、壓實遍數、最佳機械組合、最佳含水率及碾壓時含水率允許偏差等。 最后,在試驗完成時要對最終結果進行檢查復核, 確保試驗過程符合操作要求,縮小試驗結果與實際情況之間的誤差。

本段路基填料為粉質粘土和含礫砂碎石開挖形成的土石方,土石混合料的級配連續良好,顆粒較均勻,液塑限聯合測定法得到塑性指數為10.9,液限為25.7%,土樣為粉質黏土。 土樣的最大干密度為1.79g/cm3,最佳含水率為14.2%,CBR 值介于38.2%～62.8%。

3.2 原路基處理

在試驗段完成以后, 對路基填筑段進行細致的現場勘查,切實掌握填方路段地質的實際情況。對于正常路段,應先進行表面雜草、樹木及腐殖土等清除工作,并疏干地表水。 對縱、橫向填挖交界處、原地面橫坡陡于1∶5 的,進行臺階開挖, 臺階寬度不小于2.0m, 高填方路段不小于3.0m,并按要求對臺階進行填筑碾壓,滿足設計及規范要求的壓實度,保證填挖交界有良好的結合面。 對于石方路段縱橫向填挖交界處,由于沉降差異較明顯,開挖臺階時應從填方向挖方緩和過渡,避免后期產生縱橫向路面裂縫。

3.3 縱橫向搭接面處理

橫向半填半挖路基的挖方側在路槽下超挖120cm后再回填土方,以減小路基橫向不均勻沉降。 共鋪設兩層土工格柵,第一層鋪設于路床頂面以下0.2m 處,第二層鋪設于路床頂面以下1.2m 處。 土工格柵采用單向80kN/m塑料土工格柵,土工格柵應滿足《公路土工合成材料應用技術規范》(JTGTD32-2012)的技術要求,當長度不足時土工格柵之間應進行搭接, 搭接寬度滿足規范要求且不小于0.3m。 縱向半填半挖土工格柵在路線方向不得搭接綁扎接長, 橫向半填半挖土工格柵在橫斷面方向不得搭接綁扎接長, 而相鄰幅之間的土工格柵搭接寬度為15cm。土工格柵自由段應回折2.0m 錨固。共鋪設兩層土工格柵,第一層鋪設于路床頂面以下0.3m 處,第二層鋪設于路床頂面以下1.5m 處。 土工格柵采用GDL80 單向拉伸土工格柵, 土工格柵拉伸強度作用于垂直于填挖分界線的方向,土工格柵技術要求應滿足《公路土工合成材料應用技術規范》(JTGTD32-2012)的技術要求。

3.4 路基排水處理

因本項目兩段高填方區位于間隔距離不遠的山脊和山谷地形中, 山脊和山谷在道路橫斷面方向呈傾斜分布,構成了與雞爪相似的地貌特征, 形成所謂的二脊一谷的雙爪地形。在“雞爪”根部,礫砂層間有較豐富的地下水,出露面比軟基砂墊層高, 為了不使地下水滲透到填筑路基中,軟化路堤,須在“雞爪”根部順坡腳設置截水盲溝將滲水引流,在砂土頂部土砂分界面設置排水盲溝。 通過橫向排水盲溝將水排至路堤外。

3.5 填方路基的攤鋪碾壓

路基填筑時,根據設計斷面,分層填筑、分層壓實。 采用自卸汽車和推土機運土,推土機攤鋪,振動壓路機壓實。按照系統分析的原則, 將整個土石方填筑過程劃分為三階段、四區段、八流程,有序、標準地進行作業,充分發揮大型機械設備的效率, 合理地利用空間和時間。 采用環刀法、灌水法、灌砂法進行壓實度監控檢測,對路基施工的基底處理及不同填料條件下分層填筑的路基密實度進行全面測試控制,保證路基密實度滿足設計要求。

碾壓前檢測填料含水量是否符合規范要求, 一般使其控制在最佳含水量的±2%以內。 如含水量高出最佳含水量要求時,可以通過翻曬進行處理,當含水量偏低時則可進行灑水使其符合要求。 項目施工段落路基填筑壓實機械采用自重為25t 的振動壓路機。 先使用輕型壓路機進行初壓,后使用25t 振動壓路機復壓和終壓,由低處向高處,先慢后快,前后兩次輪跡重疊1/3 以上。碾壓時,應順路基縱向碾壓,先靜壓2 遍(往返1 次為1 遍),碾壓速度控制在1.5～1.8km/h 內, 復壓碾壓速度控制在2.0～4.0km/h。嚴禁壓路機在施工過程中進行調頭和急剎車等影響路基質量的操作。當路基壓實相鄰兩次的沉降差在2mm 以內時,則壓實滿足要求。 一般情況下路基橫坡設計值為2%,為利于路基的排水, 填方施工過程中路基橫坡可以增加至3%～4%,以有效減少雨水對路基的影響。

3.6 壓實度檢測

路基壓實度通常采用環刀法、灌砂法進行檢測。檢測路基壓實度要遵循規范要求進行檢測, 根據實際準確的數據資料,對壓實度進行評定。高填方路基填筑施工前,按要求對填料取樣試驗, 確定填料的最佳含水量和最大干密度,同時通過路基試驗段獲得松鋪厚度、壓實遍數等參數,為順利進行路基壓實、提高路基工程質量奠定基礎。路基填筑完一層之后, 必須經檢測壓實合格后方可進行下一層的施工,不合格的部位應查找原因,重新碾壓,直至合格為止。

3.7 沉降觀測

路基沉降與穩定性觀測是路基施工中不可或缺的環節。 通過分析觀測數據,一方面可以控制填土速率保證路基穩定,以確保路基高效施工；另一方面可以利用觀測數據推測路基沉降變形規律,以驗證是否達到設計要求。 同時,還可以推測工后沉降量,確定路面鋪筑時間。

目前沉降與穩定性觀測有多種方法, 主要分為豎直和水平位移觀測。豎直沉降觀測常用的方法有監測樁、沉降板等方法。 水平位移監測方法主要有觀測地表水平位移的邊樁和觀測土體深度水平位移的測斜儀等。

本項目高填方路基從以下3 個方面進行沉降觀測：(1)路堤基礎沉降監測；(2)路堤沉降監測；(3)邊坡位移監測。 路基填方沉降觀測采用幾何水準測量方法, 按四等水準測量的技術要求施測。 在路基填筑期間由于荷載逐漸加大,沉降速度較快,應每填筑約1.0m 高或間隔7d 觀測一次。 根據典型斷面圖及總體平面圖合理布置沉降觀測點(圖1),詳細記錄觀測數據,掌握路基沉降基本情況,對高填方路基沉降情況進行仔細觀測。 通過對觀測數據的分析,能持續了解填方路基的整體穩定性。

圖1 沉降監測剖面布置示意圖

4 高填方路基施工技術的應用

4.1 強夯技術的應用

強夯法的加固原理是將一定重量的重錘吊起到相應高度,然后使其下落,對土地進行夯實,在動力和重力作用下,土壤的內部結構會重新排列,變得緊實和堅硬,強度得到有效提升。 強夯法具有加固效果顯著、加固速度快、經濟性好等顯著優勢, 是當前較為經濟和簡便的路基加固方法之一, 在道路施工中被廣泛應用。 本項目K1+480～K1+900 段為企業臺地平整過程中土方傾填路段傾填深度約10m,為保證路基的整體強度,采用新型柱錘強夯法對路基基底進行處理。 夯擊工藝為兩遍柱錘點夯(深層擠密)+兩遍普通夯擊錘點夯(中層擠密)+1 遍普通夯擊錘滿夯(淺層密實)。 柱錘夯錘重25t 直徑1.5m(普通夯擊錘重15t,直徑2.5m)。 夯點間距為4m×4m。 強夯控制要點為最后兩擊平均夯沉量小于5cm, 夯坑周邊地面不出現過大的隆起,不應夯坑過深而出現提錘困難。

夯擊結果經夯擊前后兩組重型動力觸探試驗對比,影響深度可達10m 以上,夯實后的地基承載力為150kPa(表1),能夠滿足設計要求。

表1 荷載試驗結果

4.2 沖擊式壓路機的應用

為了進一步提高路基的密實度與承載力, 增強路床的整體性與均勻性,減少工后沉降, 本項目對填方高度超過16m 的高路堤部分路基采取沖擊碾壓進行補強處理,使路堤填土得到最大的密實度, 提高路堤整體性和強度,原則上每填高約4m,沖擊碾壓20 遍,直至路床頂面以下180cm。 路床頂面以下180cm 高度處必須進行沖擊碾壓,以有效增大路床的整體強度和減少路床的彎沉值, 延長路面使用壽命。

沖擊碾壓是采用非圓形(三邊梅花形)雙輪滾動產生沖擊與搓揉作用相結合的新型壓實技術,利用沖擊壓實機的沖擊碾周期性、大振幅、低頻率地對路基填料進行沖擊,壓實填方(圖2)。 這一措施提高土石方的壓實功能,從而可減少路堤施工后沉降,提高路基的穩定性與抗變形能力。 沖擊碾壓前,應先將路基范圍內的雜物清楚,然后用推土機進行粗平,并檢測表面以下50cm 處的土體含水量,控制含水量在最佳含水率±2%以內,否則應進行晾曬或灑水。壓實機的行進速度控制在10～12km/h 左右,從路基的一側向另一側轉圈沖碾,沖碾順序符合“先兩邊、后中間”的次序,以輪跡重疊1/2 鋪蓋整個路基表面為沖碾一遍, 共沖碾20 遍。沖擊碾壓完 畢后,檢測路基0～20cm 的壓實度,如果壓實度達不到要求,應視情況補充碾壓5～10 遍。

圖2 沖擊碾壓

5 結語

高填方路基是路基的重要組成部分, 其施工質量影響著路基施工質量,乃公路工程的整體質量。 在公路工程的高填方路基施工過程中,容易受資金、環境、人員、天氣及設備等因素影響, 導致工程不能按預定計劃實現。 因此高填方路基施工時,必須嚴格組織施工,嚴格實行監測,合理調控施工程序, 同時控制好每道工序的施工質量,以保證公路工程的整體穩定性。