影响公路软土路基沉降因素及施工防治技术.pdf

影响公路软土路基沉降因素及施工防治技术柯文路(泉州市公路事业发展中心福建 泉州)收稿日期:作者简介:柯文路()男福建泉州人硕士工程师主要从事公路路桥及路网智能管理工作摘 要:软弱土地基是公路工程施工中常见的地质病害基础解决好路基沉降对后期公路养护及耐久性有重要意义分析公路软土路基施工沉降的危害辨识公路软土路基沉降的影响因素引入公路工程实例结合工程实际环境探讨软土路基沉降的防治措施关键词:软土路基沉降控制沉降因素中图分类号:文献标志码:文章编号:():/公路路基沉降的危害 缩短公路寿命公路路基在交通量合理、荷载作用处于合理范围时可维持稳定若某些因素失控路基发生沉降路基内部受力状态随之改变路基的异常状况作用至路面迫使路面应力改变路基沉降范围内存在明显的应力集中现象路面的完整性、平整性、稳定性均降低难以正常使用 部分路段严重下沉时公路养护难度增加成本攀升 威胁行车安全结构物与两端顺接路堤的平顺性由于路基沉降而受到影响产生明显的沉降差引起桥头跳车事故 从行车的角度来看车辆行驶至沉降差异较大的部位时颠簸感增强轻则降低车辆平稳性重则诱发安全事故从桥头结构来看车辆快速行驶对其产生瞬时冲击作用损坏路面及伸缩装置需在维修中耗费较多的成本引起资源浪费 软土路基沉降变形的规律及特征路基沉降受多项因素的影响例如:土的压缩性路基沉降由于土体压缩性的增加而加大荷载类型及其大小也是分析路基沉降量的关键考虑对象相比中心荷载遇偏心荷载或倾斜荷载时路基的沉降差更大且沉降量随着荷载的增加而加大 路基不均匀沉降以及路堤高度差异的存在将引起路面的不均匀变形严重时破坏道路结构致使道路功能丧失 随着填土厚度的增加路基各部位表现出愈发严重的沉降变形现象 按照沉降量由大到小的顺序依次为路基中心、路肩、路基坡脚软土路基沉降变形特征如下)抗剪强度低、天然含水量高、承载能力不足受到荷载作用时表现出明显的压缩现象 同荷载条件下相比一般路基而言软土路基的沉降更为严重)软土路基土体中的孔隙水在受荷载作用时难以快速排出引起侧向挤出变形后续随着水的逐步外排土体发生收缩形态出现变化垂直应变持续加大)软土路基偏厚加之材料自身特性的特殊性导致软基中的孔隙水难以于短时间内消散完成固结的周期长变形持续较长的时间 软土路基地基处理方法 排水固结法正常加载预压、超载预压、真空联合预压均是排水固结法中常见的加荷方法 排水系统常见有袋装砂井法、塑料排水带法、水平砂垫层法等 不同排水固结法的适用性不尽相同对于时速在 /以下的新建公路软基常采用传统排水固结法处理深度控制在 以内但要求软土地基的荷载面积大、填土低否则排水固结法的应用效果差 置换法针对天然地基中软弱土体缺乏密实性的问题用物理力学性质良好的岩土材料进行置换具体可选择抛石挤淤法、挖除换填法、强夯置换法等 其中抛石挤淤法因存在软基处理后局部性质不均匀的局限性而未得到大范围的应用挖除换填法在浅埋层软土的处理中具有可行性但处理深度普遍不超过 强夯置换法的处理深度不超过 在处理谷地相软土时有较好的应用效果 复合地基法向天然地基中布置加筋材料现场土体和钢筋共同承受上部荷载 复合地基的形式多样常见散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基、刚性桩复合地基等 在公路软土路基的处理中柔性桩复合地基和刚性桩复合地基取得广泛的应用正式施工前于现场组织试验确定各类型复合地基加固法所能达到的加固深度结合软基处理要求选择最具可行性的方法 通常高压旋喷桩的加固深度不超过 桩的加固深度以 以内最佳最大不超过 深层搅拌桩的最佳处理深度为 以内预应力管桩的最大处理深度为 若软基处理采用的是刚性桩复合地基为提高复合地基刚度和整体性在桩顶设小型承台桩顶上方设 厚加筋碎石垫层利用此类结构优化基底沉降发挥出刚性桩的竖向承载性能优势 新型地基处理方法随着研究的深入和实践经验的积累公路软土路基处理方法推陈出新经过对原地基处理方法的改造升级而衍生出诸多新型方法例如复合地基中的袖阀管注浆、布袋注浆桩换填法的冲击压实技术排水固结法的增强式真空预压技术等或采取多种方法的组合形式常见长短桩组合、桩联合布袋注浆桩等 新型软基处理方法的推出提升了软基处理的灵活性若技术应用得当将取得良好的软基处理效果 公路软土路基沉降的影响因素 路基载荷的大小对软体路基沉降的影响路基承受过多的荷载压力是公路软土路基沉降的主要原因之一软土本身可能会因土体的压缩性而产生体积下降从而在路基中产生相应的应力并在软土中产生固结变形问题这是造成公路软土路基沉降的关键因素 此外因软土的压缩性很强一旦软土层承受很大的压力软土路基的沉降程度也会相应增加 荷载越大公路软土路基的沉降也越大路基表面的荷载也会增加 同时公路软土路基的沉降也相应增加 同样若荷载增加则公路软土路基的沉降率也相应增加路基上的荷载越大软土路基的沉降速率也相应增加 在荷载的影响下软土孔隙中的水分没有足够的时间排放这将导致软土固结沉降问题这就容易因软土的侧边变形进而导致路基沉降速度加快 载荷加载速度的大小对路基沉降的影响沉降速度与荷载的加载速度也是导致国省干线公路软土路基出现沉降的原因 其中路面荷载加载速度的增加也造成路基沉降量与速度的相应增加 正常情况下软土路基的渗透性较小道路荷载之间的时间很短这将加快填充速度并缩短停止负载预加载时间 在这段时间内软土孔隙内的水没有足够的时间排放软土中会产生固结沉降这就极易出现因软土侧边变形导致路基沉降速度加快 公路软土厚度对沉降的影响随着公路软土厚度的增加路基受压引起的压缩层厚度也相应增加由此引起的沉降程度也增大了 此外填筑高度对公路软土路基沉降也有一定的影响但其对路基的影响远低于软土厚度对沉降的影响 目前软土厚度是影响路基沉降的最重要因素 公路软土土质对沉降造成的影响公路软土地基在不同区域的土质是完全不相同的不同深度的土质也存在或多或少的差异 部分软土内含有相应的砂透镜体成分该种含砂透镜体成分的软土具备较大的渗透系数所以具有良好的力学性能 此种软土可顺利提高路基的排放水能力从而使路基软土固结的速度加快 由此可见路基软土的土质不但会干涉软土路基的沉降程度还可干涉软土路基的完整性和沉积周期等 工程实例国道 线泉州台商投资区某路段全长 设计速度为/路基宽度为 沥青混凝土路面结构 在自然和人为因素的双重作用下部分路段的路基发生沉降 为营造安全且舒适的道路通车环境需要探明路基沉降的特性采取针对性的控制措施 路基沉降的关键影响因素如下 地理位置沿线地形、地貌属于地基位置影响路基沉降的重要细分因素 通常平原地区的地下水位较高排水效率低易产生积水在平原地区建设公路时所用材料应具有优异的水稳定性丘陵地区的地势起伏为满足公路建设要求而大量填土可能由于填筑部位密实性不足而引起路基失稳沉陷 具体至本工程道路建设于滨海沿线路段地势低平积水是分析路基沉降影响因素时的重点考虑对象 地质条件地质条件对路基稳定性的影响主要体现在岩土结构和岩层产状两方面 深层软弱土层的承载力偏弱时以振冲置换的方法加以处理泥化软弱夹层、断层为基础滑动面时设置预应力锚索、锚杆或采取其他的加固方法遇破碎风化岩层边坡同时埋藏较深时考虑锚网喷的加固方法湿陷性黄土、膨胀土等特殊地基的稳定性较差受上部荷载作用时伴随明显的失稳现象不宜作为公路基础本项目沿线的地层岩性主要有两类:海陆交互相沉积层包含淤泥、淤泥质粉细砂、粉质黏土、中砂、砾石等河流冲积层包含粉质黏土、砂类土、卵石、砾石等层状分布局部存在软土层建设于此区域的路基面临失稳的风险 水文气候水文气候对路基稳定性的影响体现在降雨量、风向风力、日照及蒸发量、河流常水位及洪水位、地下水活跃程度等方面 冬季气温较低水分蒸发速度慢水分凝结成冰进入春季气温回升原本路基中积聚的水分由于无法正常下渗而对路基产生侵蚀作用降低路基的稳定性 部分地区的地下水活跃临界水力坡度和渗流水力坡度均有可能对路基的稳定性造成影响需加强观测严格控制动水压力以免基坑底部在动水压力作用下呈流动状 对于公路施工遇到的岩溶区和裂隙水发达地区需要加强对岩溶水和裂隙水的观测判断发育程度进行主动防控本项目所在地区属亚热带海洋性季风气候夏秋两季台风频发全年湿润多雨松散地层孔隙水和层状基岩裂隙水属于主要的地下水赋存类型其中以层状基岩裂隙水更为丰富 路基的设计及施工方案路基填料的质量对路基的稳定性有明显影响合理选择路基填料是保证路基施工质量的一项重要前提要求填料的力学性质、含水率各项指标均合理 对于砂性土液限含水率和塑性指数属于影响填料填筑稳定性的关键因素需得到控制对于粗粒土合理控制材料的级配是保证路基稳定性的重要前提 此外现场降排水、路基压实及防护均是提升路基稳定性时不容忽视的因素 本项目的荷载等级为特重交通路基压实采用重型压实标准根据路基厚度划分为多层逐层有序压实 为掌握沿线软基的稳定状况并适时采取控制措施需加强观测根据沉降、空压等相关观测数据进行软基稳定性的判断评估施工方案的可行性针对不足之处加以优化 在全程动态施工的方式下保证路基的施工质量 公路路基的观测 沉降观测沉降观测采用分层沉降标和沉降板(如图 所示)为获得具有代表性的观测结果将观测点布置在性质极差路段、软土深度较大路段、填土高度最大路段、半填半挖段、桥头搭板尾端等性质不稳定或易发生失稳现象的路段 在软基处理结束、垫层顶填土前将沉降观测装置埋设到位由专员定期观测判断各部位的沉降状况图 沉降板示意图 水平位移观测围绕路基的表面和内部两部分做水平位移观测:表面观测以打入法埋设边桩进行观测内部观测采用到测斜管用于观测土体在特定时间段内的水平位移测斜管用钻机导孔埋设到位要求观测装置能够适应软土位移 孔隙水压力及土压力的观测从砂垫层或碎石垫层底部埋设孔隙水压力计用于测定孔隙水压力布设间距取 以挖坑、水平埋设的方法布置土压力计用此装置观测土压力开挖时要求槽底具有平整性和密实性 公路路基沉降的处治方法结合项目特点采用换填法对深度 以下的软土进行处理)根据设计提供的控制点用全站仪测定平面范围视现场地质条件灵活控制换填开挖的放坡坡比用水准仪测量确定待换填部位的深度)在管沟的边坡、基坑处打设木桩作为高程控制参照基准以便精准控制换填厚度 于换填部位的两侧开挖排水沟沟的纵向流水坡比不缓于使水高效流动至换填以外的区域 恰逢连续降雨的天气时适当增加排水沟的断面)软弱土层的开挖采取机械挖除的方法严格控制开挖量避免坑底原状土遭到扰动 为满足精细化开挖的要求机械开挖时保留 的土层暂不开挖在铺设换填料前以人工作业的方式将余留部分开挖到位)待换填的土层被挖除干净后整平底部底部有明显起伏时设置缓坡或台阶首先换填最深部位再转向较浅部位有序完成换填作业 基坑底部的积水、浮土等不利于换填稳定性的杂物均要得到有效的清理底部的开挖宽度不小于“路堤宽度 放坡宽度”)回填材料地基底面铺设至同一高程部分区域的深度存在差异时根据实际差异程度采取斜坡搭接的方法或开挖成台阶按先深后浅的顺序施工 填筑作业分层进行时将接缝部位设置成斜坡状加强碾压保证接缝部位的稳定性)重型碾压机碾压前整平填层面对填料做压实处理时机械设备平稳运行首先做 遍静压再调整为振动碾压的方法 大面积换填碾压时压路机从两侧开始施工逐步向中间区域推进每次碾压轮迹均要重叠以便换填全范围均得到充分的碾压 对于大型机械设备难以触及到的部位采用小型夯实机械夯实或用人力夯进行处理 填料表面太干时应洒水湿润以保证上下层结合良好对埋深在 以上的土层采用素混凝土桩方案)桩机就位:按照施工要求安排桩机就位调整好桩机的姿态避免在施工中偏位、倾斜)起吊预制桩:将起吊所需的钢丝绳和索具拴牢在桩上端吊环周边位置捆住索具启动设备平缓吊装预制桩经过调整后使桩尖垂直对准桩位中心向下缓慢插入至土体中于桩顶扣好桩箍确认无误后撤除索具)稳桩:桩尖到位后以较小的落距冷锤 次目的在于使桩有适当的入土深度使桩位置合理、维持稳定 桩的校正方法视桩的长度而定 内短桩用线坠双向校正桩长度超过 或采取打接桩的施工方法时经纬仪双向校正 于桩的侧面设置标尺检测桩的打入状态桩在插入时的垂直度偏差不可超过 )打桩:用柴油锤打桩时要求锤可正常跳动单动锤打桩或落锤打桩时锤的最大落距不大于 按照“重锤低击”的方式打桩桩锤的重量根据桩类型、现场地质条件、施工空间等因素而定 桩的密集程度不同时从中间向两个方向对称打桩也可从一侧开始沿着特定的方向推进至另一侧)接桩:桩长未达到要求时采取接桩的方法首先准备待加接的桩体再由具有资质的焊工负责以焊接的方法有效接桩 桩体预埋件上附着的杂物需得到有效的清理以免影响接桩的稳定性向上下两节的间隙中垫入合适尺寸的铁片垫实焊牢 宜在距离地面约 的位置接桩精准操作要求节点折曲矢高不超过桩长的中心线偏差在许可范围内 结 语随着公共项目中软土路基的增加相关问题也层出不穷其中路基沉降是最常见的病害之一 导致软土路基沉降的原因有很多比如项目的地质填充材料、路基的排放水能力、施工工艺等 所以在软土路基项目中将这些情况进行了具体的说明同时通过有关控制措施有效防止沉降现象的产生进而保证公路项目的整体质量:参 考 文 献:饶文宇.土方作业模式对软土地区路基稳定性的影响分析.工程建设与设计():.崔晓鹏.高速公路建设中的软土路基施工工艺.工程建设与设计():.汪琰钧.公路软土地基地段高填方路基施工技术探讨.工程建设与设计():.王司帆.高速公路路基沉降及施工技术分析.四川建材():.