公路路基路面施工技術(shù)研究

陶耀華

(黑龍江省龍建路橋第二工程有限公司)

1 公路路基工程的特點

路基是在天然地表面按照道路的設(shè)計線形和設(shè)計橫斷面的要求開挖或堆填而成的巖土結(jié)構(gòu)物。路面是在路基頂面的行車部分用各種混合料鋪筑而成的層狀結(jié)構(gòu)物。路基是路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ),堅強而又穩(wěn)定的路基為路面結(jié)構(gòu)長期承受汽車荷載提供了重要的保證,而路面結(jié)構(gòu)層的存在又保護(hù)了路基,使之避免了直接接受車輛和大氣的破壞作用,長期處于穩(wěn)定狀態(tài)。路基和路面相輔相成,實際上是不可分離的整體,應(yīng)綜合考慮它們的工程特點,綜合解決兩者的強度、穩(wěn)定性等工程技術(shù)問題。

2 公路建設(shè)對路基的基本要求

2.1 足夠的強度和剛度

行駛在路面上的車輛,通過車輪把荷載傳給路面,由路面?zhèn)鹘o路基,在路基路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力、應(yīng)變及位移。如果路基路面的結(jié)構(gòu)整體或某一組成部分的強度或抗變形能力不足以抵抗這些應(yīng)力、應(yīng)變及位移,則路面會出現(xiàn)斷裂,路基路面結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)沉陷,路面表面會出現(xiàn)波浪或車轍,使路況惡化,服務(wù)水平下降。因此要求路基路面結(jié)構(gòu)整體及其各組成部分都具有與行車荷載相適應(yīng)的承載能力。

2.2 足夠的整體穩(wěn)定性和水溫穩(wěn)定性

天然地表面建造的道路結(jié)構(gòu)改變了自然的平衡,在達(dá)到新的平衡狀態(tài)之前,道路結(jié)構(gòu)處于一種暫時的不穩(wěn)定狀態(tài)。新建的路基路面結(jié)構(gòu)袒露在大氣之中,經(jīng)常受到大氣溫度、降水與溫度變化的影響,結(jié)構(gòu)的物理、力學(xué)性質(zhì)將隨之發(fā)生變化,處于另外一種不穩(wěn)定狀態(tài)。路基結(jié)構(gòu)能否接受這種不穩(wěn)定狀態(tài),而保持工程設(shè)計所要求的幾何形態(tài)及物理力學(xué)性質(zhì),稱為路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在地表上開挖或填筑路基,必然會改變原地面地層結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。原來處于穩(wěn)定狀態(tài)的地層結(jié)構(gòu),有可能由于填挖筑路而引起不平衡,導(dǎo)致路基失衡。如在軟土層上修筑高路堤,或者在巖質(zhì)或土質(zhì)山坡上開挖深路嵌時,有可能由于軟土層承載能力不足,或者由于坡體失去支撐,而出現(xiàn)路堤沉落或坡體坍塌破壞。路線如選在不穩(wěn)定的地層上,則修筑或開挖路基會引發(fā)滑坡或坍塌等病害出現(xiàn)。因此在選線、勘測、設(shè)計、施工中應(yīng)密切注意,并采取必要的工程措施,以確保路基有足夠的穩(wěn)定性。

大氣降水使得路基路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的濕度狀態(tài)發(fā)生變化,低洼地帶路基排水不良,長期積水,會使得矮路堤軟化,失去承載能力。山坡路基有時因排水不良,會引起滑坡或邊坡滑塌。水泥混凝土路面如果不能及時將水分排出結(jié)構(gòu)層,會發(fā)生唧泥現(xiàn)象,沖刷基層,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)層提前破壞。瀝青混凝土路面中水分的侵蝕,會引起瀝青結(jié)構(gòu)層剝落,結(jié)構(gòu)松散。砂石路面,在雨季時,會因雨水沖刷和滲入結(jié)構(gòu)層,而導(dǎo)致強度下降,產(chǎn)生沉陷、松散等病害,因此防水、排水是確保路基路面穩(wěn)定的重要方面。

3 路基的常見病害產(chǎn)生原因及治療措施

3.1 路基的主要病害

路基裸露在大氣中,經(jīng)受著土體自重、行車荷載和各種自然因素的作用,路基的各個部位將產(chǎn)生變形。路基的變形分為可恢復(fù)的變形和不可恢復(fù)變形,路基的不可恢復(fù)變形將引起路基標(biāo)高和邊坡坡度、形狀的改變。嚴(yán)重時,造成土體位移,危害路基的整體性和穩(wěn)定性能。路基的主要病害有以下幾種。

(1)路基沉陷。

路基沉陷是指路基表面在垂直方向產(chǎn)生較大的沉落,路基的沉陷可以有兩種情況:一是路基本身的壓縮沉降;二是由于路基下部天然地面沉載能力不足,在路基自重的作用下引起沉陷或向兩側(cè)擠出而造成的。

路基沉縮是因路基填料選擇不當(dāng),填筑方法不合理,壓實度不足,在路基堤身內(nèi)部形成過濕的夾層等因素,在荷載和水溫綜合作用下,引起路基沉縮。

地基沉陷是指原天然地面有軟土、泥沼或不密實的松土存在,承載能力極低,路基修筑前未經(jīng)處理,在路基自重作用下,地基下沉或向兩側(cè)擠出,引起地基下陷。

(2)邊坡滑塌。

路基邊坡滑塌是最常見的路基病害,根據(jù)邊坡土質(zhì)類別、破壞原因和規(guī)模的不同,可分為流方與滑坡兩種情況

①溜方。溜方通常指邊坡上表面薄層土體下滑。主要是由于流動水沖刷邊坡或施工不當(dāng)而引起的。

②滑坡?；峦ǔＶ敢徊糠滞馏w在重力作用下沿某一滑動面滑動?；轮饕怯捎谕馏w的穩(wěn)定性不足引起的。

(3)破落和崩塌。

剝落和碎落是指路塹邊坡風(fēng)化巖層表面,在大氣溫度與濕度的交替作用,以及雨水沖刷和動力作用下,表層巖石從坡面上剝落下來,向下滾落。大塊巖石脫離坡面沿邊坡滾落成為崩塌。

(4)路基沿山坡滑動。

在較陡的山坡填筑路基,若路基底部被水浸濕,形成滑動面,坡腳又未進(jìn)行必要的支撐,在路基自重和行車荷載作用下,整個路基沿傾斜的原地面向下滑動,路基載體失去穩(wěn)定。

(5)不良地質(zhì)和水文條件造成的路基破壞。

不良地質(zhì)條件(如泥石流、溶洞等)和較大自然災(zāi)害(如大暴雨)地區(qū),盡可能導(dǎo)致路基的大規(guī)模毀壞。

3.2 路基病害病害的防治措施

(1)正確設(shè)計路基橫斷面。

在正常的地質(zhì)和水文等條件下,一般路基的填土高度和挖方深度小于規(guī)范規(guī)定的值。根據(jù)長期的生產(chǎn)實踐和科學(xué)研究總結(jié),這類路基已有了成熟的設(shè)計規(guī)定,擬定了典型的路基橫斷面。因此,此類路基的設(shè)計可根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦?、地質(zhì)等情況,直接套用路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖。對于特殊路基,由于受不同氣候、地形、地貌、地質(zhì)等自然條件的影響,它不能直接套用典型路基橫斷面圖,而應(yīng)作特別設(shè)計,對其進(jìn)行穩(wěn)定性分析和驗算,以確定經(jīng)濟(jì)合理的路基斷面形式和穩(wěn)定的邊坡值,或采取相應(yīng)的防護(hù)與加固措施。

(2)選用工程性質(zhì)良好的土填筑路基。

填筑路基所用土的質(zhì)量是影響路基壓實度的主要因素之一。土類不同,最佳含水量及最大干容重也就不同;液限和粘性較高的土,最佳含水量較高,最大密度較低;砂性土的壓實效果優(yōu)于粘性土。對于粉土或粉質(zhì)亞粘土等水溫穩(wěn)定性差的土不宜用在路基的上層,而應(yīng)采用透水性性良好、水穩(wěn)定性較強的砂性土或亞砂土。

(3)適當(dāng)提高路基,保證要求的最小填土高度或路基臨界高度。

路基最小填土高度是指為保證路基穩(wěn)定,根據(jù)氣候、土質(zhì)、水文、地質(zhì)條件所規(guī)定的路基肩邊緣距原地面的最小高度。路基臨界高度是指在不利季節(jié),當(dāng)路基處于某種干濕狀態(tài)時,路槽底面距地下水位或地面長期積水位的最小高度。在填方路段,保證路基具有一定的高度,可借以保證路基上不受或少受地面滯水和地下水的浸濕作用。

(4)充分壓實土基,保證達(dá)到規(guī)定的壓實度。

對土基的壓實程度直接影響路基的強度和穩(wěn)定性。未經(jīng)壓實的土質(zhì)路基在自然因素和行車荷載作用下,必須產(chǎn)生較大的變形或破壞。在季節(jié)性冰凍地區(qū),由于毛細(xì)作用,水分積聚會發(fā)生凍脹和翻漿現(xiàn)象。因此,對路基土應(yīng)給予充分壓實,使之具有一定的抵抗水分浸濕的能力。

(5)正確地進(jìn)行地面和地下排水設(shè)計。

地表水和地下水是造成路基病害的主要原因,因此路基應(yīng)設(shè)置完善的排水設(shè)施,以排除路基范圍內(nèi)可能危害路基的地表水和地下水,保證路基的強度和穩(wěn)定性。正確設(shè)計路基排水系統(tǒng),并經(jīng)常疏浚,以保持暢通,使地表水得以迅速排除,以疏干路基。

(6)設(shè)置隔離層,用以隔絕毛細(xì)水上升。

用透水性良好的材料或不透水的材料,在路基內(nèi)修筑隔離層,以隔絕地下水的毛細(xì)上升或負(fù)溫差的作用而向上移動的水分,從而保證土基上層較為干燥。

(7)采取邊坡加固、修筑擋土結(jié)構(gòu)物、土體加筋等防護(hù)技術(shù)措施,以提高其整體穩(wěn)定性。

[1] 朱思哲.路基土的CBR試驗研究[J].公路,1981,(4).

[2] 張生輝.沙漠地區(qū)路基路面修筑技術(shù)研究[D].長安大學(xué), 1999.