黃土地區(qū)高速公路路基填筑方法

蘭建義

(山西路橋集團國際交通建設(shè)工程有限公司，山西太原 030006)

0 引言

我國的黃土廣泛分布于黃河流域的陜西、青海、甘肅、寧夏、山西等省，由于黃土特殊的結(jié)構(gòu)和水理性，黃土受水浸濕后，土的結(jié)構(gòu)會被迅速破壞而發(fā)生顯著的附加下沉，從而破壞土體的結(jié)構(gòu)。在黃土地區(qū)修建高速公路，如果路基填筑處理不當(dāng)，路面就會很容易出現(xiàn)滑坡、路堤崩塌、沉陷變形、沖蝕等多種病害，從而影響高速公路的使用壽命，也使日后養(yǎng)護(hù)公路的費用增加，更加不能保障過往車輛的通行安全[1]。

1 黃土地區(qū)高速公路較常見的路基病害

路基的構(gòu)筑方式、填料物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)形式及所處的自然環(huán)境等因素決定了黃土地區(qū)高速公路的路基病害類型，其主要類型有以下幾種[2]:

1)路基坍塌。

黃土地區(qū)高速公路的路堤邊坡常常由于路基的填筑方式的不合理設(shè)計而出現(xiàn)一種淺層的坍落的變形現(xiàn)象，這就是我們說的路基坍塌。路基由于受到路面積水的長期浸泡，或是壩式路堤由于蓄水后就會導(dǎo)致坡腳的軟化，進(jìn)而使路基的上部坍塌。如果路基坍塌嚴(yán)重的話，就會影響到路面，路面受損后就會影響到過往車輛的通行安全。

2)路基的沉陷變形。

路基的沉陷變形是在黃土地區(qū)修建高速公路時路基設(shè)計時較容易出現(xiàn)的問題。因為黃土是一種比較松散的顆粒物，黃土在經(jīng)過自然的侵蝕后，隨著時間的持續(xù)，其物理力學(xué)性質(zhì)往往會出現(xiàn)比較大的變化。黃土在受到長時間的侵蝕后其體積會出現(xiàn)膨脹、壓密、濕陷等現(xiàn)象，這種現(xiàn)象如果得不到改善就很容易出現(xiàn)路基的沉陷變形。路基的沉陷變形的另一個原因是因為受到變化的邊界條件的影響，變化的邊界條件包括原有滑移山坡的出現(xiàn)、沉陷的路堤基底等。路基的沉陷變形的最重要原因是路基的填筑方式設(shè)計的合理性，以及在實施填筑時是不是有一個比較好的質(zhì)量。因此，設(shè)計一個符合地形的路基填筑方式是防止路基沉陷變形的重中之重。有報道稱填挖方相接地段是發(fā)生路基沉陷量最多的地段。

3)路基沖蝕的發(fā)生。

由于長時間的降水，就會對高速公路的坡面造成一定的沖刷，坡面在長時間的沖刷后就會發(fā)生沖蝕的現(xiàn)象。坡面在經(jīng)過沖蝕后就會形成一個溝槽，或者只是部分的坡面形成片蝕。如果坡面的植物根系被沖蝕成孔或者坡面形成溝槽時，就會有一個地段比較容易形成落水洞或者是陷穴，由于受損的坡面，路堤的穩(wěn)定性就會受到影響，這也是發(fā)生通車危險的一個重要原因。

4)滑坡的發(fā)生。

由于黃土地區(qū)修建高速公路時很容易形成一個滑動面，在路基填筑時路堤就會沿著滑動面發(fā)生失穩(wěn)滑動，這就是我們說的滑坡現(xiàn)象?；率亲顕?yán)重的一種填土路堤危害類型。路基填筑方式設(shè)計的不合理以及不良的施工方式是造成滑坡發(fā)生的重要原因?；驴煞譃榍懈罨谆瑒印⒀芈返袒谆瑒?、沿堤內(nèi)某軟弱面滑動三種類型。只有設(shè)計一個合理的路基填筑方式加上精良的施工，才有可能將滑坡發(fā)生的可能性降到最低。

2 黃土地區(qū)高速公路路基填筑方法

本文以近期黃土地區(qū)高速公路的路基填筑設(shè)計一個工程為例，闡述了黃土地區(qū)高速公路的路基填筑常用的方法、措施。

2.1 黃土地區(qū)高速公路路基填筑施工前的準(zhǔn)備

在進(jìn)行路基填筑前施工人員一定要先熟悉相關(guān)的施工設(shè)計，包括了解黃土地區(qū)地貌的特點、對填料方式進(jìn)行分析、填筑前對路基進(jìn)行清理以及選好需要的機械設(shè)備。

1)了解黃土地區(qū)地貌的特點。

本工程中高速公路所在地為一個低階地，其黃土的結(jié)構(gòu)比較松散，壓縮性也比較高。黃土中砂粒占18%～25%，粉粒占50%～65%，粘粒占16%～20%，其黃土的物理學(xué)指標(biāo)見表1[3]。

表1 黃土的物理學(xué)指標(biāo)

2)施工材料的準(zhǔn)備。

在高速公路路基填筑時，不同的地區(qū)要選擇不同的填筑材料，這樣才能保證路基填筑的順利實施。所以在進(jìn)行路基填筑施工時我們首先要對黃土的天然含水量、密度、液限、塑性指數(shù)、空隙比、壓縮指數(shù)等黃土的物理學(xué)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)查分析，只有了解了黃土的物理學(xué)指標(biāo)，才能確定適合該工程中路基填筑的材料。一般來說有機物含量過高、含水量太高、液限及塑性指數(shù)過高、易腐蝕性的材料是不適合來做黃土地區(qū)路基填筑材料的，如泥炭、沼澤土、淤泥等。路基填筑時建議使用的碎石應(yīng)該保持干燥、潔凈，碎石的形狀應(yīng)該是要有棱有角的，最好不要有軟質(zhì)等雜質(zhì)，其含泥量不能大于5%，粒徑建議使用范圍在4.80 mm～19.60 mm。

開工前一定要進(jìn)行試樁施工，而且最好不要少于5根，試樁施工時要注意對虛填厚度、灌入碎石量、配合比以及擊實次數(shù)等各項指標(biāo)進(jìn)行記錄。記錄下來的指標(biāo)可以作為路基填筑施工時的參考。試樁施工完成后，要用其中2根來進(jìn)行一個荷載試驗，另外的3根則用來做一個標(biāo)準(zhǔn)的貫入試驗，通過這兩個實驗來檢驗路基填筑所選用的設(shè)備以及填筑的方式是否合理以及施工方法是否符合填筑的設(shè)計要求。

3)路基填筑機械的準(zhǔn)備。

機械的規(guī)格不同，對路基填筑的效果也會不一樣。如果黃土成分主要是粘土?xí)r，那么在壓實的操作過程中要想有效的壓實路基就要相應(yīng)的配備一個能夠提供較大的持續(xù)作用力的機械。因為如果黃土成分主要是粘土，黃土就會表現(xiàn)為粘結(jié)性很強、含水量過高、內(nèi)摩阻力過大等特點。路基填料與壓實機械的比配度見圖1。

圖1 不同機械對路基填料的適用性

4)路基的清理準(zhǔn)備。

高速公路在進(jìn)行路基填筑時，應(yīng)注意草皮、樹根的清除深度不能小于35 cm，注意要清理干凈路堤基底，同時要注意壓實時一定要進(jìn)行多次壓實。如果施工的地段是在耕地地段，就要注意對該地段反復(fù)打碎、翻松、夯實、壓平等。如果施工的地段是在水田類地段，因為這一類地段含水量較高，施工時就要注意根據(jù)施工現(xiàn)場的環(huán)境對路基進(jìn)行換填、排水疏干、拋石擠淤等，只有這樣才能保證填筑出一個穩(wěn)定的路基。如果在斜坡上進(jìn)行施工時，就要注意設(shè)計一個有一定內(nèi)傾斜坡的臺階頂面，內(nèi)傾斜坡設(shè)計后才能繼續(xù)進(jìn)行施工。

2.2 路基的填筑

路基的填筑包括上料、整平、壓實，重點是要控制路基的沉降。

1)黃土地區(qū)高速公路路基的填筑上料。

在進(jìn)行路基填筑時，首先要檢測運輸?shù)牟牧?，只有符合要求才能使用，如若不然，只會浪費人力物力。一般建議使用裝載機裝車，再用自卸車將材料運到施工地段。必須安排一些專業(yè)人員在卸料過程中指揮，卸料的密度應(yīng)嚴(yán)格按照每層35 cm的松鋪厚度來進(jìn)行。

2)黃土地區(qū)高速公路路基填料的整平。

卸料完成后，再以35 cm的松鋪厚度進(jìn)行機械攤平，機械攤平后再在填料上來回進(jìn)行碾壓。這里的碾壓只是一個初步的，有利于下一步對路基的真正碾壓。當(dāng)完成一層填料的工作后就要接著進(jìn)行下一層的填筑上料、碾壓，一直重復(fù)到所規(guī)定上料工作的完成。所有的上料工作完成后應(yīng)使用平地機再進(jìn)行細(xì)致的攤平，同時要注意在填筑的地段形成一個特定的路拱，路拱的形成主要是用來排水的。

3)黃土地區(qū)高速公路路基的壓實工作。

路基經(jīng)過上料、整平后就可以開始進(jìn)行壓實了。如果碾壓的路基呈小半徑式的曲線時，就要從內(nèi)向外進(jìn)行壓實，如果碾壓的路基呈直線時，就要從路基兩邊向路基中間進(jìn)行壓實。在碾壓時，應(yīng)該按照縱向進(jìn)退的方式碾壓，同時應(yīng)注意將碾壓機的速度控制在1.15 m/s。剛開始應(yīng)使用靜壓進(jìn)行碾壓，后面的碾壓可以使用振動壓，碾壓次數(shù)是由試驗施工階段所得的信息決定的。壓實工作完成后，應(yīng)對壓實度進(jìn)行檢測。檢測時應(yīng)保證每一層的壓實度與路基填筑設(shè)計的要求一致，如果不一致的話一定要重新進(jìn)行壓實。

2.3 路基填筑的注意事項

黃土地區(qū)高速公路路基填筑時要注意控制路基的沉降。

在黃土地區(qū)修建高速公路時最常見的病害是路基沉降。如果不能較好的處理路基的沉降問題，勢必會影響到高速公路的質(zhì)量，危害到過往車輛的安全。

1)化學(xué)加固法在黃土地區(qū)高速公路路基填筑中的應(yīng)用。

在已建成的黃土地區(qū)高速公路中，化學(xué)加固方法可以比較好的消除高速公路的路基病害?；瘜W(xué)加固法的優(yōu)勢是其在路基施工時不用破壞路面、不需要中斷交通、不污染環(huán)境、綜合成本低，再者水泥漿經(jīng)過水化后，路基的強度可以得到進(jìn)一步加固?；瘜W(xué)注漿可以利用路基的結(jié)構(gòu)強度，使用以土治土的方法，可以形成水穩(wěn)性更好、承載力更好的路基，同時可以對深層的路基進(jìn)行加密。所以化學(xué)加固法在高速公路路基填筑時的應(yīng)用可以更好的消除路基沉降的病害[4]。

2)排水工程在黃土地區(qū)高速公路路基填筑中的應(yīng)用。

在進(jìn)行路基填筑時為防止路基沉陷的發(fā)生，可以設(shè)置一些邊溝、排水溝、盲溝、急流槽、截水溝等排水設(shè)施，并將這些設(shè)置的排水設(shè)施與天然的溝渠形成一個綜合的排水系統(tǒng)。這個綜合的排水系統(tǒng)可以排除經(jīng)常出現(xiàn)在路基、路面的地下水和地表水，以利于環(huán)境的保護(hù)和水土的保持。

3 結(jié)語

由于黃土地區(qū)的地貌特點，在修建高速公路時如果不能很好的處理路基問題，在運營一段時間后路面就很容易出現(xiàn)滑坡、路堤崩塌、沉陷變形、沖蝕等多種病害，因此在進(jìn)行路基填筑時應(yīng)注意做好施工前的準(zhǔn)備，施工時注意控制路基沉降的發(fā)生，這樣才能保證過往車輛的安全。

[1] 劉玉松.公路地基處理[M].南京:東南大學(xué)出版社，2009:331-335.

[2] 龔曉南.復(fù)合地基理論及工程應(yīng)用[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010:145-148.

[3] 程 驍.土建注漿施工與效果檢測[M].上海:同濟大學(xué)出版社，2009:132-134.

[4] 王國慧.高填土路基沉陷成因及防治[J].黑龍江交通科技，2010(36):20-22.

[5] 郎建軍.探析公路路基工程質(zhì)量問題及對策[J].山西建筑，2011，37(21):137-138.