基于湿陷性黄土的高速公路填方路基沉陷防治.doc

基于湿陷性黄土的高速公路填方路基沉陷防治

资讯类型：行业新闻 加入时间：2010年7月2日16:12

基于湿陷性黄土的高速公路填方路基沉陷防治
    杨　茹　边买军
    摘　要:结合实际工程案例,阐述了湿陷性黄土地区高速公路填方路基的沉陷原因,指出了沉陷病害的易发部位和防治办法,旨在提高湿陷性黄土地区高速公路路基的使用耐久性,确保工程质量和行车安全,同时为后续同类工程施工提供参考。
    关键词:湿陷性黄土,路基沉陷,防治办法
    中图分类号:U418.5文献标识码:A
    湿陷性黄土是一种特殊性质的土,在上覆土层自重应力作用下,或者在自重应力和附加应力共同作用下,下沉稳定后,受水浸湿,土体结构迅速破坏,并产生显著附加变形或下沉,严重影响路基质量。高填方路基施工完工后,随着时间的延长、气候的变化和汽车重复荷载的作用,常出现路基的整体下沉与局部下沉、路基纵横向开裂、路基滑动或者边坡滑坍等病害。
1　路基沉陷原因分析
    铁阜高速公路是我国国家高速公路网的重要组成部分,也是加强东北区域与京津冀环渤海经济圈联系的第二条快速大通道,阜新—朝阳段高速公路则是铁阜高速公路的重要组成部分。2008年进入雨季以来,阜朝高速公路发现多个标段路基出现下沉、开裂现象,以施工段落中某段为例,其长度为9.8 km,其中该段的5 km范围内冲沟和鸡爪子沟较多,且土质属于湿陷性黄土,填方路基出现了多处沉陷及横纵向裂缝。
    1.1　施工方法不当,造成路基产生不均匀沉陷
    1)在施工过程中,由于路基施工填料不好,加之同一层内土方的铺筑厚度没有严格控制在压实机械实际的压实范围之内,填筑厚度超出压实机械有效压实范围的路基填土,达不到压实要求。2)爬坡道在路基施工后填筑,路基成型后,在土体自重的作用下产生沉陷,这样一来在整个路基范围内便会产生不均匀沉降,从而使路面遭到严重破坏。3)依据原设计要求,在黄土路基底层和顶层设置灰土隔水层,防止毛细水和地表水的渗透侵蚀,但施工作业时取消了该部分内容,导致地表毛细水渗入路基。
    1.2　路基排水不畅,导致雨水渗透路基
    路基施工时采用散排或临时排水设施,路面施工时,土路肩和路缘石已经施工,中分带排水设施还没有完善,竖曲线低处和超高段低侧形成积水,冲刷或侵蚀路基。同时,垫层为透水性材料,中分带未填土,造成雨水渗透路基。进入雨季以后,路基中部分横向排水管被淤泥或弃土堵塞,边沟、渗沟不能发挥作用,造成积水,渗透、冲刷路基致使路基下沉、开裂。
    1.3　设计缺陷及其他因素
    边坡坡率不足,高填方缺少护坡道等现象均会导致边坡不稳定,边部开裂。同时,路面、绿化、交通工程、机电通讯等交叉作业,在路肩、中分带处挖基坑,造成积水。冲沟处缺少排水构造物,冲沟上游积水浸泡路基,导致路基下沉。
    2　填方路基易发生沉陷病害的部位
    1)路基填挖结合部。半填半挖路基及路基填挖结合部,最容易出现路基不均匀沉降导致路面开裂,其主要成因有不良地基、填土材料、结合部处理不当、压实工艺及交通因素等方面的影响。它们又可以归纳为两大类:路基稳定性不足,病害现象为路基滑动;填挖结合部路基的不均匀沉降,表现为路面长大裂缝、断板等路面损害的发生。例如,在该路段路基填挖结合部,临时施工便道与主线路基交叉的部位出现路基沉降,其主要原因是在此部位发生侧滑,路面出现了弧形裂缝。在施工过程中便道应该按照陡坡挖台阶铺筑土工格栅来处理,做到与路基横向及纵向搭接牢固,防止沿便道侧滑。
    2)冲沟填方段落。首先冲沟填方段落一般都具有填方较高但是纵向长度较短并且是在暗涵顶填筑的特征,因此在施工时应当足够重视,严格控制每层填筑的层厚、压实度及填料的各项指标等要求,防止自然沉降引发的路基沉降。其次填筑最好整幅施工,这样可以防止路基的纵向裂缝。最后关于排水,不论是施工期间的临时排水还是路基形成后的最终排水系统,都应做到完善畅通,对于挖方段落汇流过来的水,疏导至路基范围外,防止对填方路基边坡产生冲刷。
    3)地形低洼路基含水段落。由于不同部位地形的复杂性及因施工需要对地貌的改变,有些路基填方段落会处于无排水构造物设计的位置,地下水及地表水会对路基产生浸泡和冲刷。
    3　路基沉陷治理措施
    3.1　换填土层法
    换填土层法是指因填筑土质不符合要求,路基出现下沉但面积不大且深度不深,可以选择采用换填土层法。即将原路基出现沉陷的填土挖除,更换新的、符合要求的土质。一般采用级配较好的砂砾土、塑性指数满足规范要求的亚黏土为宜。采用此法施工时,回填土的挖补面积要扩大,且逐层挖成台阶状(纵向或横向应预留台阶,台阶应铺设土工格栅),由下往上,逐层填筑,碾压密实,压实度要求高出原路基压实度1%~2%为宜。重新填筑前应对路基顶面进行强夯处理,对于台背填筑沉陷段落,如填筑的是透水性材料应进行注浆处理,其特点是将整个下陷区进行开挖,重新进行路基路面施工,优点是有效可靠,缺点是路面及路基在施工开挖后,直接影响车辆运行。
    3.2　成桩加固法
    成桩加固法主要有粉喷桩法、灰土挤密桩法、生石灰桩及灰土、碎石和干拌水泥碎石桩挤密法等,对于处理10 m以内路基下沉病害,采用灰土挤密桩加固技术是较为理想的方法之一。灰土挤密桩是利用打桩机或振动器将钢套管打入地基土层并随之拔出,在土中形成桩孔,然后在桩孔中分层填入石灰土夯实而成灰土桩。与夯实、碾压等竖向加密方法不同,灰土挤密桩是对土体进行横向加密。施工中当套管打入地层时,管周地基土受到了较大的水平方向挤压作用,使管周一定范围内的土体工程物理性质得到改善。成桩后石灰土与桩间土发生离子交换、凝硬反应等一系列物理化学反应,放出热量,体积膨胀,其密实度增加,压缩性降低,湿陷性全部或部分消除。该方法是原位处理湿陷性黄土,无须挖出地基土,环保作用明显,而且处理地基较深(最深可达15 m),回填材料价格低廉,施工机械简单,施工工艺简便,是经济与技术效果都较好的一种地基处理方法。
    3.3　压力注浆法
    灌浆法是利用液压、气压或电化学原理,通过注浆管将浆液均匀地注入地层中,浆液以充填、渗透和挤密等方式占据土粒间或岩石裂缝中的空间,经人工控制一定时间后,浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个结构新、强度大的整体。注浆的机理主要有渗入性注浆、劈裂注浆和压密注浆三种。灌浆施工主要包括灌浆压力、浆液浓度、灌浆量、灌浆次序等内容,如何选择和控制灌浆压力和浆液浓度等因素,是灌浆施工中首要解决的问题。灌浆压力是保证灌浆质量重要因素之一。如果压力过小,浆液射流达不到预计范围,扩散半径小,易形成空白区;如果压力过大,则会破坏路基原结构,抬升路面或冲垮边坡,还会使浆液沿路基薄弱部位冲出路基,达不到灌注目的。因此,在大范围灌注前应先做试验,根据注浆段的路基类型,结合单孔注浆量选择合适注浆压力。浆液浓度通常用水灰比1∶1较为合适。在密度较好的黏土路基中,可适当增大水量,使稀浆更易充分进入黏土路基中。
    4　结语
    随着我国高速公路网的逐步完善,国内各地区的高速公路建设进程快速推进,但高速公路路基沉陷等道路病害的产生给道路的建设质量和使用功能带来了巨大的影响。针对我国各类地区地质条件存在的差异,设计和施工单位应不断的通过工程实例,总结技术经验,避免或减小因路基沉陷而造成公路病害发生的几率。