基于濕陷性黃土的高速公路填方路基沉陷防治

楊 茹 邊買(mǎi)軍

濕陷性黃土是一種特殊性質(zhì)的土,在上覆土層自重應(yīng)力作用下,或者在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下,下沉穩(wěn)定后,受水浸濕,土體結(jié)構(gòu)迅速破壞,并產(chǎn)生顯著附加變形或下沉,嚴(yán)重影響路基質(zhì)量。高填方路基施工完工后,隨著時(shí)間的延長(zhǎng)、氣候的變化和汽車(chē)重復(fù)荷載的作用,常出現(xiàn)路基的整體下沉與局部下沉、路基縱橫向開(kāi)裂、路基滑動(dòng)或者邊坡滑坍等病害。

1 路基沉陷原因分析

鐵阜高速公路是我國(guó)國(guó)家高速公路網(wǎng)的重要組成部分,也是加強(qiáng)東北區(qū)域與京津冀環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈聯(lián)系的第二條快速大通道,阜新—朝陽(yáng)段高速公路則是鐵阜高速公路的重要組成部分。2008年進(jìn)入雨季以來(lái),阜朝高速公路發(fā)現(xiàn)多個(gè)標(biāo)段路基出現(xiàn)下沉、開(kāi)裂現(xiàn)象,以施工段落中某段為例,其長(zhǎng)度為9.8 km,其中該段的5 km范圍內(nèi)沖溝和雞爪子溝較多,且土質(zhì)屬于濕陷性黃土,填方路基出現(xiàn)了多處沉陷及橫縱向裂縫。

1.1 施工方法不當(dāng),造成路基產(chǎn)生不均勻沉陷

1)在施工過(guò)程中,由于路基施工填料不好,加之同一層內(nèi)土方的鋪筑厚度沒(méi)有嚴(yán)格控制在壓實(shí)機(jī)械實(shí)際的壓實(shí)范圍之內(nèi),填筑厚度超出壓實(shí)機(jī)械有效壓實(shí)范圍的路基填土,達(dá)不到壓實(shí)要求。2)爬坡道在路基施工后填筑,路基成型后,在土體自重的作用下產(chǎn)生沉陷,這樣一來(lái)在整個(gè)路基范圍內(nèi)便會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降,從而使路面遭到嚴(yán)重破壞。3)依據(jù)原設(shè)計(jì)要求,在黃土路基底層和頂層設(shè)置灰土隔水層,防止毛細(xì)水和地表水的滲透侵蝕,但施工作業(yè)時(shí)取消了該部分內(nèi)容,導(dǎo)致地表毛細(xì)水滲入路基。

1.2 路基排水不暢,導(dǎo)致雨水滲透路基

路基施工時(shí)采用散排或臨時(shí)排水設(shè)施,路面施工時(shí),土路肩和路緣石已經(jīng)施工,中分帶排水設(shè)施還沒(méi)有完善,豎曲線低處和超高段低側(cè)形成積水,沖刷或侵蝕路基。同時(shí),墊層為透水性材料,中分帶未填土,造成雨水滲透路基。進(jìn)入雨季以后,路基中部分橫向排水管被淤泥或棄土堵塞,邊溝、滲溝不能發(fā)揮作用,造成積水,滲透、沖刷路基致使路基下沉、開(kāi)裂。

1.3 設(shè)計(jì)缺陷及其他因素

邊坡坡率不足,高填方缺少護(hù)坡道等現(xiàn)象均會(huì)導(dǎo)致邊坡不穩(wěn)定,邊部開(kāi)裂。同時(shí),路面、綠化、交通工程、機(jī)電通訊等交叉作業(yè),在路肩、中分帶處挖基坑,造成積水。沖溝處缺少排水構(gòu)造物,沖溝上游積水浸泡路基,導(dǎo)致路基下沉。

2 填方路基易發(fā)生沉陷病害的部位

1)路基填挖結(jié)合部。半填半挖路基及路基填挖結(jié)合部,最容易出現(xiàn)路基不均勻沉降導(dǎo)致路面開(kāi)裂,其主要成因有不良地基、填土材料、結(jié)合部處理不當(dāng)、壓實(shí)工藝及交通因素等方面的影響。它們又可以歸納為兩大類(lèi)：路基穩(wěn)定性不足,病害現(xiàn)象為路基滑動(dòng);填挖結(jié)合部路基的不均勻沉降,表現(xiàn)為路面長(zhǎng)大裂縫、斷板等路面損害的發(fā)生。例如,在該路段路基填挖結(jié)合部,臨時(shí)施工便道與主線路基交叉的部位出現(xiàn)路基沉降,其主要原因是在此部位發(fā)生側(cè)滑,路面出現(xiàn)了弧形裂縫。在施工過(guò)程中便道應(yīng)該按照陡坡挖臺(tái)階鋪筑土工格柵來(lái)處理,做到與路基橫向及縱向搭接牢固,防止沿便道側(cè)滑。

2)沖溝填方段落。首先沖溝填方段落一般都具有填方較高但是縱向長(zhǎng)度較短并且是在暗涵頂填筑的特征,因此在施工時(shí)應(yīng)當(dāng)足夠重視,嚴(yán)格控制每層填筑的層厚、壓實(shí)度及填料的各項(xiàng)指標(biāo)等要求,防止自然沉降引發(fā)的路基沉降。其次填筑最好整幅施工,這樣可以防止路基的縱向裂縫。最后關(guān)于排水,不論是施工期間的臨時(shí)排水還是路基形成后的最終排水系統(tǒng),都應(yīng)做到完善暢通,對(duì)于挖方段落匯流過(guò)來(lái)的水,疏導(dǎo)至路基范圍外,防止對(duì)填方路基邊坡產(chǎn)生沖刷。

3)地形低洼路基含水段落。由于不同部位地形的復(fù)雜性及因施工需要對(duì)地貌的改變,有些路基填方段落會(huì)處于無(wú)排水構(gòu)造物設(shè)計(jì)的位置,地下水及地表水會(huì)對(duì)路基產(chǎn)生浸泡和沖刷。

3 路基沉陷治理措施

3.1 換填土層法

換填土層法是指因填筑土質(zhì)不符合要求,路基出現(xiàn)下沉但面積不大且深度不深,可以選擇采用換填土層法。即將原路基出現(xiàn)沉陷的填土挖除,更換新的、符合要求的土質(zhì)。一般采用級(jí)配較好的砂礫土、塑性指數(shù)滿足規(guī)范要求的亞黏土為宜。采用此法施工時(shí),回填土的挖補(bǔ)面積要擴(kuò)大,且逐層挖成臺(tái)階狀(縱向或橫向應(yīng)預(yù)留臺(tái)階,臺(tái)階應(yīng)鋪設(shè)土工格柵),由下往上,逐層填筑,碾壓密實(shí),壓實(shí)度要求高出原路基壓實(shí)度1%～2%為宜。重新填筑前應(yīng)對(duì)路基頂面進(jìn)行強(qiáng)夯處理,對(duì)于臺(tái)背填筑沉陷段落,如填筑的是透水性材料應(yīng)進(jìn)行注漿處理,其特點(diǎn)是將整個(gè)下陷區(qū)進(jìn)行開(kāi)挖,重新進(jìn)行路基路面施工,優(yōu)點(diǎn)是有效可靠,缺點(diǎn)是路面及路基在施工開(kāi)挖后,直接影響車(chē)輛運(yùn)行。

3.2 成樁加固法

成樁加固法主要有粉噴樁法、灰土擠密樁法、生石灰樁及灰土、碎石和干拌水泥碎石樁擠密法等,對(duì)于處理10 m以內(nèi)路基下沉病害,采用灰土擠密樁加固技術(shù)是較為理想的方法之一?；彝翑D密樁是利用打樁機(jī)或振動(dòng)器將鋼套管打入地基土層并隨之拔出,在土中形成樁孔,然后在樁孔中分層填入石灰土夯實(shí)而成灰土樁。與夯實(shí)、碾壓等豎向加密方法不同,灰土擠密樁是對(duì)土體進(jìn)行橫向加密。施工中當(dāng)套管打入地層時(shí),管周地基土受到了較大的水平方向擠壓作用,使管周一定范圍內(nèi)的土體工程物理性質(zhì)得到改善。成樁后石灰土與樁間土發(fā)生離子交換、凝硬反應(yīng)等一系列物理化學(xué)反應(yīng),放出熱量,體積膨脹,其密實(shí)度增加,壓縮性降低,濕陷性全部或部分消除。該方法是原位處理濕陷性黃土,無(wú)須挖出地基土,環(huán)保作用明顯,而且處理地基較深(最深可達(dá)15 m),回填材料價(jià)格低廉,施工機(jī)械簡(jiǎn)單,施工工藝簡(jiǎn)便,是經(jīng)濟(jì)與技術(shù)效果都較好的一種地基處理方法。

3.3 壓力注漿法

灌漿法是利用液壓、氣壓或電化學(xué)原理,通過(guò)注漿管將漿液均勻地注入地層中,漿液以充填、滲透和擠密等方式占據(jù)土粒間或巖石裂縫中的空間,經(jīng)人工控制一定時(shí)間后,漿液將原來(lái)松散的土?；蛄严赌z結(jié)成一個(gè)結(jié)構(gòu)新、強(qiáng)度大的整體。注漿的機(jī)理主要有滲入性注漿、劈裂注漿和壓密注漿三種。灌漿施工主要包括灌漿壓力、漿液濃度、灌漿量、灌漿次序等內(nèi)容,如何選擇和控制灌漿壓力和漿液濃度等因素,是灌漿施工中首要解決的問(wèn)題。灌漿壓力是保證灌漿質(zhì)量重要因素之一。如果壓力過(guò)小,漿液射流達(dá)不到預(yù)計(jì)范圍,擴(kuò)散半徑小,易形成空白區(qū);如果壓力過(guò)大,則會(huì)破壞路基原結(jié)構(gòu),抬升路面或沖垮邊坡,還會(huì)使?jié){液沿路基薄弱部位沖出路基,達(dá)不到灌注目的。因此,在大范圍灌注前應(yīng)先做試驗(yàn),根據(jù)注漿段的路基類(lèi)型,結(jié)合單孔注漿量選擇合適注漿壓力。漿液濃度通常用水灰比1∶1較為合適。在密度較好的黏土路基中,可適當(dāng)增大水量,使稀漿更易充分進(jìn)入黏土路基中。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)高速公路網(wǎng)的逐步完善,國(guó)內(nèi)各地區(qū)的高速公路建設(shè)進(jìn)程快速推進(jìn),但高速公路路基沉陷等道路病害的產(chǎn)生給道路的建設(shè)質(zhì)量和使用功能帶來(lái)了巨大的影響。針對(duì)我國(guó)各類(lèi)地區(qū)地質(zhì)條件存在的差異,設(shè)計(jì)和施工單位應(yīng)不斷的通過(guò)工程實(shí)例,總結(jié)技術(shù)經(jīng)驗(yàn),避免或減小因路基沉陷而造成公路病害發(fā)生的幾率。

[1]王國(guó)慧.高填土路基沉陷成因及防治[J].黑龍江交通科技,2007(36)：20-22.

[2]劉 可.灰土擠密樁在阜朝高速公路路基工程濕陷性黃土地基處理中的應(yīng)用[J].北方交通,2008(24)：30-33.