濕陷性黃土地區(qū)三背回填施工控制要點及處治方法

朱家明

摘 要：甘肅隴東地區(qū)黃土塬上溝壑縱橫，V字型沖溝分布十分廣泛，以甘肅慶陽地區(qū)為代表，在這樣的地貌地形條件下，公路工程中“三背”回填工后沉降是不可避免的，橋頭跳車已成為公路工程病害的主要因素之一。但通過合理的填料選擇、有效的機械組合和精心的組織落實，可以最大程度地減少工后沉降量。本文結(jié)合“西合二級公路改建工程”施工經(jīng)驗，總結(jié)了以下幾點關(guān)于隴東濕陷性黃土地區(qū)三背回填控制要點及處治方法。

關(guān)鍵詞：濕陷性黃土；臺背；壓實填筑；范圍處治

中圖分類號：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）02-0100-01

“三背”是指公路施工中的“臺背、涵背、墻背”。隨著公路運輸業(yè)的迅猛發(fā)展，對公路建設(shè)的質(zhì)量要求有了進(jìn)一步的提高，黃土地區(qū)路基壓實問題，以及由于黃土濕陷性引起的各種路基病害的防治，越來越受到公路建設(shè)者們的高度重視，甘肅省已經(jīng)準(zhǔn)備出臺濕陷性黃土路基施工的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以進(jìn)一步提高黃土地區(qū)公路工程建設(shè)質(zhì)量。

1 濕陷性黃土特性

黃土有其特殊的顯微結(jié)構(gòu)，它由結(jié)構(gòu)單元（包括單礦物、集粒和凝塊）、膠結(jié)物（黏粒、有機質(zhì)、碳酸鈣等）和孔隙三部分組成。

骨架顆粒的連接形式對黃土的力學(xué)性質(zhì)影響很大，因為黃土的壓縮和濕陷變形都是由于連接點處產(chǎn)生斷裂或錯動所造成的。所以連接點的牢固程度關(guān)系到整個結(jié)構(gòu)體系的強度。當(dāng)水浸入時，部分膠結(jié)物質(zhì)溶解、發(fā)生離子交換、水膜楔入微隙等，削弱了連接處的強度，在一定的壓力下顆粒間連接遭到破壞，從而產(chǎn)生濕陷變形。間接點接觸較間接面接觸更容易發(fā)生破壞。

總之，黃土遇水膨脹形成崩解，黃土顆粒遇水侵潤后導(dǎo)致內(nèi)部凝結(jié)力減少從而形成滑移，造成一定的下陷或位移——即濕陷。濕陷性黃土透水性差，干燥時堅硬，浸濕后不易干燥，強度急劇下降，過干時具有很高的強度，過濕時易形成彈簧土，還會產(chǎn)生收縮開裂。

黃土的濕陷主要是一個土體結(jié)構(gòu)破壞的過程；是一個失衡---平衡的過程；是一個孔隙率由大變小的過程。

2 “三背”填料的選擇

《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF10-2006）中規(guī)定，橋涵及結(jié)構(gòu)物的回填填料宜采用透水性材料、輕質(zhì)材料、無機結(jié)合料等，非透水性材料不得直接用于回填。但是通過西長鳳高速、西合二級公路等工程實踐證明，選用透水性材料，如級配砂礫、級配碎石、天然級配礫（碎）石土等，工后沉降與行車舒適性都沒有達(dá)到預(yù)期的效果。在后續(xù)的三背回填過程中我們大膽嘗試使用10%石灰土及6%水泥穩(wěn)定土，經(jīng)實踐證明，取得了良好的工程經(jīng)濟效益。以西合項目三座大橋臺背為例，使用10%石灰土分層填筑，行車6個月時尚未發(fā)現(xiàn)任何沉降。

當(dāng)然，使用10%石灰土或6%水泥穩(wěn)定土填筑臺背也需注意以下幾方面的問題：（1）當(dāng)?shù)叵滤惠^高，臺背基地較潮濕時，需首先采用30-50cm厚10%石灰土進(jìn)行封水處理，待這層灰土板結(jié)和強度上升以后，再進(jìn)行臺背的分層填筑。（2）當(dāng)臺背地基黃土含水量超過液限以后，需首先對基地進(jìn)行特殊處理，常見方法有拋石擠淤和換填法，對于個別橋臺臺背基底很難達(dá)到強度要求的，可采用樁基處理，從橋臺到路基方向樁基由密到疏布設(shè)，從而提高基底地基承載力。（3）“三背”防護措施必須到位，杜絕水滲入填料。臺背填筑完成后，周圍最好砌筑擋水墻，以防地面水滲入臺背；臺背坡面不能使用傳統(tǒng)的拱形骨架、菱形方格等防護措施，建議錐坡臺背一體化防護，使用現(xiàn)澆混凝土或M10漿砌片石護坡。（4）涵洞臺背填至路床頂時可采取鋪設(shè)防水土工布的方法防止路面水滲入臺背，有效增強臺背的穩(wěn)定性。

3 填筑范圍

為增強三背的穩(wěn)定性及與路基良好的過渡性，黃土地區(qū)三背回填長度可根據(jù)規(guī)范要求與圖紙設(shè)計值稍加延長，一般要求如下：

（1）三背地基開挖時，要充分考慮回填工作空間的可操作性，杜絕大型壓實設(shè)備無法進(jìn)場的情況。（2）橋臺頂部填筑范圍距翼墻尾端不小于臺高加2m，底部距基礎(chǔ)內(nèi)緣不小于重型壓路機寬度。（3）涵洞、通道頂部填筑長度每側(cè)不應(yīng)小于2倍孔徑長度。（4）橋涵臺背與路基過渡帶長度不小于3倍路基填土高度，過渡帶應(yīng)與臺背填土同步施工，過渡帶與路基有效搭接，縱向接縫必須設(shè)臺階，且壓實度≥96%。（5）填方路段臺背回填必須開挖臺階，臺階寬度不小于2m，每級臺階高度宜為1m，并做成2%～4%的內(nèi)傾斜坡，保證臺階頂壓實平整。

4 壓實要求

（1）臺背回填應(yīng)盡量與路基填筑同時進(jìn)行，回填材料應(yīng)分層攤鋪，每層壓實厚度不得大于15cm。（2）壓實度要求從基底至結(jié)構(gòu)物頂部或路床頂面均為96%，每50平方米檢測1點，不足50平方米按50平方米檢測。壓實度指標(biāo)合格率要求為100%。（3）墻背回填路床部分壓實度應(yīng)≥96%，路床以下部分壓實度比路基壓實度提高1個百分點。（4）除靠近結(jié)構(gòu)物50cm用蛙式打夯機或手扶式震動打夯機夯實外，其余大面積的回填材料均應(yīng)使用18T及以上大型振動壓路機壓實，并確定最佳壓實方案。（5）完善排水系統(tǒng)，“早接遠(yuǎn)送”，避免地表徑流對路基的破壞（截水溝、平臺排水溝、邊溝、排水溝、急流槽等）。

5 “三背預(yù)拱度”的設(shè)置

濕陷性黃土地區(qū)三背回填施工過程可參考橋梁工程預(yù)拱度的設(shè)置，在路面施工之前以提前預(yù)計工后沉降量的形式事先提高三背填筑高程，待其沉降穩(wěn)定以后高程與設(shè)計高程一致，“預(yù)拱度”設(shè)置的位置和大小根據(jù)施工現(xiàn)場實際和實測當(dāng)?shù)攸S土沉降量靈活掌握，預(yù)拱度計算可參考二次拋物線，該辦法可有效降低三背的工后沉降。

（1）墻背回填預(yù)拱度的設(shè)置，一般以“橫向預(yù)拱度+縱向預(yù)拱度”的形式布設(shè)，即橫向預(yù)拱度至高點位于靠近擋墻一側(cè)行車道上，縱向預(yù)拱度至高點位于擋墻中心樁號處。（2）橋涵臺基地平整的，只需設(shè)置縱向預(yù)拱度，預(yù)拱度至高點位于橋涵背處，以半拋物線形式延路基布設(shè)。若橋涵臺基地高低不平，則應(yīng)遵循地勢較低處預(yù)拱度大于地勢較高處。

6 結(jié)語

隨著公路建設(shè)中新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備的不斷推陳出新，濕陷性黃土地區(qū)的路基施工仍然延用傳統(tǒng)辦法和理念已經(jīng)不能滿足日益增長的運輸量要求，這就促使我們年輕技術(shù)人員在施工環(huán)節(jié)中更加重視“四新”的應(yīng)用及推廣。

（1）在濕陷性黃土地區(qū)的公路設(shè)計前期，為確保公路路基及其構(gòu)造物的安全和正常使用，對地基容許承載力不足、潛在濕陷變形不能滿足設(shè)計要求的地基，均需采取措施進(jìn)行處治，以達(dá)到消除濕陷性和提高承載能力的目的。（2）在今后濕陷性黃土地區(qū)三背回填施工中，進(jìn)一步論證使用非透水性材料石灰土和水泥穩(wěn)定土填筑臺背的優(yōu)缺點，切實有效地解決黃土地區(qū)三背回填的穩(wěn)定性和工后沉降問題。（3）合理設(shè)置完善的“三背”防、排水系統(tǒng)，降低“三背”填料受水浸濕的可能性是防止“三背”沉降破壞的首選措施，也是最經(jīng)濟的技術(shù)措施。（4）為適應(yīng)西部濕陷性黃土地區(qū)的公路建設(shè)要求，建議盡快制定濕陷性黃土地區(qū)路基施工技術(shù)細(xì)則或地方標(biāo)準(zhǔn)。