改擴建公路常見路基病害成因及預防措施

趙春喜

(甘肅萬泰建設工程有限公司,甘肅 蘭州 730000)

1 改擴建公路常見路基病害成因

1.1 溫度因素

路基開裂主要呈現縱向裂紋或裂縫,多與土層填料處理不當有關,由于填料壓實度不符合規范,分層厚度把控不嚴,導致后期積水滲漏,破壞路基內部結構緊密性。溫度是路基開裂病害的關鍵誘發原因,受到白晝溫差大、填料溫度變化不均勻影響,造成路基形成橫向開裂。隨著道路使用時間增加,路基縫隙逐漸擴大,最終突破路基強度極限,導致路基失穩甚至坍塌。

1.2 沉降變形

舊路基沉降變形直接影響路基平整度,路基沉降量計算公式如式(1)

(1)

根據公式可知,G值增大表示路基沉降變形嚴重,路基沉降變形量主要受到路基高度影響,隨著路基高度增加,沉降變形也會增加[1]。因此對于路基高度超過5 m的路段需要采取科學有效的技術手段,控制沉降量預防路害形成,提升路基穩定性。見圖1。

圖1 路基高度與差異沉降值折線圖

1.3 強度差異

改擴建工程由于新舊路基荷載能力不統一,可能引起路基坍塌,需準確測量新舊路基強度指標,根據回彈模量變化趨勢掌握新舊路基承載力,保證新舊路基強度適中,回彈模量計算如下。

(2)

式中:D為路基中承載板直徑(常取值30);Pi為壓強;Li為回彈變形量;u0為路基土泊松比(常取值0.35)。

為保證新舊路基荷載統一,需要對比回彈模量差異情況,可通過對路基土稠度及土質特征的控制調整路基強度,避免強度差異影響下產生病害。

1.4 邊坡失穩

改擴建施工對原有路基實施拓寬處理,會導致現有邊坡失穩,出現邊坡滑坡等問題[2]。隨著邊坡植被以及其他防護設施的拆除,造成邊坡支護削弱,更容易受到雨水沖刷發生邊坡失穩,從而誘發坍塌、沉降等病害。

2 工程概況

以某改擴建公路項目為例,該項目位于高原丘陵地帶,施工區域橫跨9°谷坡,50 m寬,橫縱向坡度1°,地表處以農田為主。按照1∶1邊坡比進行設計,周邊易形成積水?，F場地質為軟弱地基,以人工填土、黏性土、粉質土、粉砂泥巖為主,填筑高度預計為18.18 m。該工程屬于軟弱地基,改擴建施工更應重視路基填料。基于對常見路害分析,總結該工程路害防范技術要點。

3 改擴建公路路基病害預防關鍵技術

3.1 路基填料開挖技術

對于軟弱地基改擴建工程應利用路基填料技術提升路基強度,防治路基坍塌等病害[3]。施工前應依據公路建設等級,嚴格把控填料質量,判斷填料強度(CRB)、粒徑參數范圍。選擇高品質填料,材料到場后進行質量抽檢,核對填料粒徑是否達標,借助試驗測試填料強度,確保填料質量符合要求。該項目填料參數如表1所示。

表1 填料參數

驗證填料質量后進行作業,應保證填料均勻分布,以機械填料為主,人工調整為輔,保證路基填料均勻。選擇砂土填料時應控制液限指標在50%以上,可塑指數>26,以達到控制沉降差的目的。

開挖作業也應最大限度上規避影響舊路基穩定性,采取臺階開挖方式,每個臺階寬度控制在1.5 m左右,高度控制在0.3 m左右,保證臺階開挖均勻展開,降低對舊路基的影響,不會破壞路段完整結構。改擴建公路中以路基填料開挖技術應對路基病害風險時,還要注重技術交底,并且針對不同填料優選適合的運輸工具。例如在該工程中可以考慮以自卸車以及推土機為主,促使填料快速進場。對于新建公路路基處形成的路堤,需要設置高低兩種不同路堤,而且也要充分結合填料參數確定開挖步驟。通常需要按照先處理路基下層面,而后運輸填料,依據整平作業、壓實作業以及精平施工步驟有序完成改擴建任務,保持新建路基穩定性和原有路基相同,避免因路基平整度以及壓實度差異,造成路基連接處出現縫隙。在開挖作業中理應選擇挖掘機作為開挖工具,之后搭配自卸車,在10 km范圍內有秩序地進行路基施工作業。工程中涉及粉質黏土成分,要求施工人員借助機械設備對粉質黏土進行清理,并選用質量合格的填料對開挖后現場土層進行壓實。該項技術應用環節形成的土方廢置材料,包括廢渣、建筑垃圾等,都要用挖掘機與自卸車運輸,且運輸距離應在10 km左右,避免改建后的路基受周邊廢置物的影響,再度出現質量隱患或干擾公路通行安全。

3.2 微型樁灰土樁技術

采用微型樁灰土樁聯合技術可以通過搭設樁體方式夯實路基,提高路基穩定性,預防路肩墻形成沉降和裂縫。

首先需要確認路基加固位置,以梅花形布局方式加固。該工程在改擴建路段搭設徑長0.6 m、長度8 m的灰土樁,形成樁中心間距1.2 m的梅花形布局。固定后利用填料(含有70%黏土)實施回填加固處理?；靥钸^程中應嚴格控制回填厚度,以≤0.2 m為標準,保證回填均勻提高路基壓實度其次,以排列式布局鋪設微型樁,樁體之間保持1 m的間隔距離,使用12 m長,15 cm孔徑的微型樁搭配鋼混材料,平穩固定在指定位置。需注意的是應當設置伸縮縫預防沉降變形,伸縮縫間距控制在10 m左右。最后,需要設置擋墻。該工程設置2 m×1.5 m×5 m的擋墻,使舊路基作為擋墻原始面,并設計為陡坡,使用三七灰土進行加固處理,加固層為50 cm,可全面預防雷雨天氣下形成積水下滲。施工期間也需要注意修復舊路基周邊結構,以保證路基穩定性,使路基建設質量得以提升,提高新舊路基強度達標率。

3.3 土工格柵鋪設技術

應用土工格柵鋪設技術通過合理設計土工格柵鋪設結構,依據填料高度確定格柵結構,可以全面提高鋪設后路基質量。同時在土工格柵輔助下可改善路基強度,促使新舊路基強度差異縮小。主要依據填料高度確定土工格柵鋪設技術應用,其分類標準為2 m、3 m、5 m、8 m。在填料高度為2～3 m范圍內,以鋼塑材質的土工格柵為主,鋪設1層,鋪設位置為路床底面,填料高度為3～5 m時,應鋪設1層,選擇鋼塑材質的格柵,于路床底面進行作業。此外其他高度均以鋼塑材質材料為主,鋪設位置在路基中心8 m以上填料高度區域,需要對臺階實施合理鋪設。在土工格柵助力下,路基底面具有堅實的穩固度。但對路基實施壓實處理時,容易出現土工格柵偏移。需要使用鎖扣式材料固定格柵,在減小位置偏差的同時,始終將路基強度控制在80 Pa以上,保證符合預計強度參數要求。另外要求土工格柵鋪設區域內的路基底面至少要比預計壓實度大1%,一旦路基出現超挖情況,鋪設后需測量界面兩側距離,一般需>5 m,施工期間應當對鋪設點位進行標記,以便于后續施工時加以注意。

關于土工格柵鋪設技術的合理運用,還要注重施工細節的控制,比如施工員需要先行確定加寬范圍,為了保證該工程中路基質量優良,可以考慮以每側0.5 m的加寬距離進行設計,之后還要借助壓路機以及夯錘等帶有壓實功能的機械設備,對基底面進行加固處理。若在檢測中發現部分作業面存在不均勻或者凹凸不平的情況,需要對其實施壓平操作。對于粗砂層,可以將其厚度控制在0.3 m,保持兩次以上的靜壓頻率。在土工格柵鋪設階段,既要保持平整度,又要控制好搭接寬度,多為20 cm。為了保證土工格柵鋪設后結構完好,且穩固度強,還可以使用“U形釘”強化固定效果。施工員需要始終與技術員保持溝通,隨時從工況反饋結果中知曉技術變更方向。

3.4 壓實銜接碾壓技術

無論是強度差異還是沉降變形導致的路害,都與路基壓實度存在密切聯系。施工期間需利用壓實銜接碾壓技術控制壓實度,使其符合改擴建質量標準。該項目在施工過程中根據改建后設計等級要求,確保新建加寬路基的壓實度及強度滿足要求,保證新建路基存在大于原有路基2%左右的壓實度,該工程新建路基與原有路基實測壓實度對比表如表2所示。

表2 新建路基與原有路基實測壓實度對比表

路基碾壓作業為了避免新舊路基形成裂縫或者出現銜接不到位情況,要對新舊路基強度進行檢測,保持一致后方可確定碾壓合格。初次碾壓時,主要是對擴建區填料平整度、填料分布均勻度進行控制。在二次碾壓時,采取壓路機等機械設備保持每小時2 km碾壓速度,通過逐漸增速方式增加路基壓實度。終壓階段對壓實度不牢或者平整度低區域進行找平處理,經過碾壓(速度多為每小時3 km)后,保證擴建區域內的路基壓實度達標。碾壓結束后,需要對新舊路基銜接性加以檢驗,很多改擴建工程由于新路基建設后與舊路基存在縫隙,致使兩個路基逐漸產生強度差異,最終嚴重破壞公路路基整體穩定性。因此,應當先期檢查邊坡穩定性,以免對路基造成外部干擾。施工中嚴格監控開挖填筑等行為,保證填料充足均勻,決不允許私自挖掘邊坡,避免邊坡形成凹坑破壞原有邊坡穩定性。新舊路基銜接區域需要經過測定多項指標后,保證銜接區域強度達標,防范路基裂縫問題的發生。施工員聯合技術員在對該工程中的新舊路基進行改良設計時,在壓實銜接作業中,也要充分借助核子密度儀,對壓實度實施跟蹤監測,一旦不達標,需要指導施工員繼續使用機械設備進行高頻壓實,而且也要保持壓實軌跡的有效控制。為了體現出良好的壓實面銜接效果,可以利用“S形”軌跡有序予以壓實。按照此種軌跡可避免產生空白重疊面,在此工程中負責操作壓路機等設備的人員需深度了解工藝標準。

4 結 論

綜上所述,在改擴建公路施工中,采用填料開挖、微型樁灰土樁、土工格柵、壓實銜接碾壓控制技術后,可防范路基病害形成。在路基填料施工中要嚴控密實度,根據現場作業條件靈活應用不同技術。未來還需要積極引進無損檢測技術,進行過程性質量檢測,指導現場作業的開展。