公路填挖交界處路基病害處治設(shè)計(jì)方案

畢曉明

摘要 近年來我國(guó)的基建工程發(fā)展如火如荼，復(fù)雜山區(qū)地段的公路建設(shè)項(xiàng)目越來越多。修建山區(qū)公路時(shí)多采用半填半挖的施工方式，由于填挖方路段地基土在強(qiáng)度和變形等方面存在差異，導(dǎo)致填挖交界處易產(chǎn)生差異沉降等病害，影響公路使用及運(yùn)營(yíng)安全。文章通過對(duì)公路填挖交界處路基病害的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行分析，針對(duì)性地從病害發(fā)生前的防治和病害發(fā)生后的處理兩個(gè)方面對(duì)填挖交界病害處治提出設(shè)計(jì)方案，為工程實(shí)踐提供指導(dǎo)性建議。

關(guān)鍵詞 公路;填挖交界;路基;病害處治

中圖分類號(hào) U418.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）02-0147-03

0 引言

在山區(qū)等復(fù)雜路段修建公路時(shí)，由于受到施工場(chǎng)地以及項(xiàng)目成本的限制，多采用半填半挖的施工方式進(jìn)行路基施工。半填半挖的施工方式一方面可以就地取材，使用挖方土體進(jìn)行填筑可減少因運(yùn)輸填土產(chǎn)生的工程成本，經(jīng)濟(jì)性好，另一方面解決了挖方土料處理難題，不必專門設(shè)置棄土場(chǎng)等設(shè)施。半填半挖施工的公路在填挖交界處易產(chǎn)生工程病害，這種情況在我國(guó)各地區(qū)的高速時(shí)有發(fā)生，例如渭武高速、連霍高速等，這是由于地質(zhì)條件分布的復(fù)雜性所導(dǎo)致的，線路存在多處填挖交界斷面，在運(yùn)營(yíng)期間挖方和填方地基由于強(qiáng)度、壓縮性等工程性質(zhì)存在差異將在外界車輛荷載作用下產(chǎn)生差異沉降，引發(fā)路基表面出現(xiàn)裂縫、龜裂等病害，嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生邊坡?lián)跬翂Πl(fā)生位移和路基垮塌失穩(wěn)等現(xiàn)象。因此，對(duì)公路填挖交界處的路基病害進(jìn)行形成機(jī)理分析，研究病害產(chǎn)生機(jī)制和病害影響因素具有重要意義，需對(duì)填挖路基病害防治方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證填挖路基穩(wěn)定性及道路的正常使用。

1 填挖交界路基分類

填挖路基根據(jù)填挖交界面與路線的走向之間的關(guān)系可將填挖交界路基分為橫向填挖交界路基及縱向填挖交界路基兩類。橫向填挖交界路基是當(dāng)路線經(jīng)過的坡段橫坡角度比較大時(shí)，設(shè)計(jì)的路基斷面與原有路面有所交叉，施工后在橫斷面上存在填挖交界的路基?？v向填挖路基是當(dāng)路線經(jīng)過的坡段縱坡角較大時(shí)，施工后在縱斷面上形成填挖交界的路基。兩種類型的填挖路基見圖1所示[1]。

2 填挖交界路基病害類型及產(chǎn)生機(jī)理

2.1 裂縫

裂縫分為橫向裂縫和縱向裂縫，在縱向填挖交界路基中在挖填交界處易產(chǎn)生橫向裂縫，裂縫走向與路線方向相交，橫縫嚴(yán)重時(shí)可貫穿整個(gè)路基[2]。橫向填挖交界路基中易產(chǎn)生縱向裂縫，縱縫的發(fā)展方向與路線走向基本一致。路基產(chǎn)生裂縫病害的內(nèi)因是由于挖方段與填方段的路基填料工程性質(zhì)存在差異。盡管填方路段在填方過程中進(jìn)行了碾壓、擊實(shí)等工序，但是兩者的應(yīng)力歷史明顯不同，強(qiáng)度和壓縮性質(zhì)等仍存在較大差異，填方段路基填料的壓縮性較大，在自重及外荷載作用下路基將產(chǎn)生較大的豎向變形，而挖方段往往變形基本穩(wěn)定，在荷載作用下變形小，路基兩側(cè)產(chǎn)生不均勻沉降。填方段路基將成為拉伸應(yīng)變發(fā)展區(qū)域，挖方段路基成為壓縮應(yīng)變發(fā)展區(qū)域，又因?yàn)樘钔诮唤缑骖愃破鸬揭粋€(gè)臨界面的作用，因此路基在填挖交界處更易產(chǎn)生裂縫，在外界水體滲透作用下填挖交界面可能發(fā)生局部滑動(dòng)破壞[3]，對(duì)路基穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

2.2 不均勻沉降

不均勻沉降是填挖路基中非常常見的一種病害，其原因主要是填方路基與挖方路基應(yīng)力歷史不同導(dǎo)致壓縮變形性能存在差異。挖方路基經(jīng)過漫長(zhǎng)的地質(zhì)作用和環(huán)境因素的影響，路基早已固結(jié)穩(wěn)定，上部土體被挖除會(huì)導(dǎo)致下部土層應(yīng)力重分布，填方段路基將會(huì)產(chǎn)生部分回彈。在填方路基中其填料為挖方土體，雖然其經(jīng)過了碾壓和壓實(shí)處理等多道施工工序，但其沉降變形仍然沒有完全穩(wěn)定，隨著時(shí)間的推移，填土路基在荷載作用下逐步排水固結(jié)，達(dá)到變形穩(wěn)定。在此期間挖方路基與填方路基將產(chǎn)生不均勻沉降，引起地面產(chǎn)生裂縫。

2.3 路基滑動(dòng)

路基滑動(dòng)是填方段路基在填挖交界面處發(fā)生滑動(dòng)破壞，路基局部或者整體失穩(wěn)的一種嚴(yán)重路基病害，嚴(yán)重影響路基的正常使用。路基滑動(dòng)是由于填挖交界面的滑動(dòng)力矩超過了填挖交接面路基土體的抗剪強(qiáng)度，其誘發(fā)因素可能是不均勻沉降、水及裂縫等多方面，在實(shí)際工程中應(yīng)當(dāng)盡量避免這種病害的發(fā)生。

3 填挖交界路基病害成因分析

3.1 地形因素影響

當(dāng)原有場(chǎng)地的邊坡坡度較大時(shí)，進(jìn)行縱向填挖時(shí)（如圖1（a）所示），填方路基由于自重作用所產(chǎn)生的下滑力可能大于填挖交界面的抗滑力矩，從而使得填方路基沿填挖交界面發(fā)生滑動(dòng)破壞，產(chǎn)生不均勻沉降和裂縫，嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生路基滑動(dòng)。

3.2 填方段地基的影響

填方段地基中若存在不良地基土層，如軟土、濕陷性黃土或紅黏土等，在荷載作用下路基將產(chǎn)生較大沉降變形，與挖方段路基相比將產(chǎn)生較大不均勻沉降，引發(fā)路面產(chǎn)生裂縫，影響路基的正常使用。

3.3 水的影響

水體滲入會(huì)降低土體的抗剪強(qiáng)度和地基承載力，也會(huì)影響填挖交界面的結(jié)合程度，進(jìn)而影響路基的穩(wěn)定性。水體分為地表水和地下水，地表水對(duì)路基產(chǎn)生影響主要是在路基表面出現(xiàn)裂縫后，水通過裂縫進(jìn)入土體內(nèi)部，浸潤(rùn)填挖交界面，使土體的抗剪強(qiáng)度降低，誘使填方路基沿填挖交界面發(fā)生失穩(wěn)滑動(dòng)。地下水對(duì)路基影響主要體現(xiàn)在地下水位上升時(shí)土體軟化[4]，壓縮性增大導(dǎo)致路基將發(fā)生較大的壓縮變形。

3.4 施工過程控制的影響

填挖交界處產(chǎn)生的差異沉降控制主要是要靠施工過程質(zhì)量控制來完成。填方段路基土樣的壓實(shí)程度直接影響其工后沉降，壓實(shí)度不夠會(huì)導(dǎo)致施工完成后填方路基的沉降過大，路基運(yùn)營(yíng)過程中將面臨不均勻沉降引發(fā)的各種問題。填方路基壓實(shí)的施工過程中，路基填料含水率、碾壓次數(shù)和時(shí)間、碾壓機(jī)具組合、每層壓實(shí)的土層厚度等都會(huì)直接影響填方路基的壓實(shí)效果，從而影響填挖路基的不均勻沉降及穩(wěn)定性。

4 病害處治設(shè)計(jì)方案

根據(jù)對(duì)填挖路基的常見病害分析可知，填挖交界處常見病害發(fā)生原因主要有地形因素、不良地基、水及施工過程控制等因素的影響。因此，在對(duì)填挖路基進(jìn)行病害防治時(shí)應(yīng)有針對(duì)性地進(jìn)行防治設(shè)計(jì)，分為兩個(gè)過程的病害處治，一是病害發(fā)生前的防治階段，二是運(yùn)營(yíng)過程中的病害處理階段。防治階段主要從路基設(shè)計(jì)以及施工過程控制等方面去提高填方路基與挖方路基的整體性和穩(wěn)定性。病害處理階段主要是通過及時(shí)對(duì)病害路段進(jìn)行相應(yīng)處理，抑制病害進(jìn)一步發(fā)展。

防治階段的措施主要可通過以下措施進(jìn)行：

4.1 防排水設(shè)計(jì)

水體是影響路基強(qiáng)度和變形性質(zhì)的一個(gè)重要因素，做好防排水設(shè)計(jì)可以及時(shí)將路基中的水排出，避免其對(duì)路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。同時(shí)，路基填料也應(yīng)盡量采用透水性較好的填料，如砂礫土等，防止毛細(xì)水上升進(jìn)入到路基中，多設(shè)置一些橫向排水管道、滲溝和縱向排水管等，增強(qiáng)路基排水能力。在挖方路基的邊溝處也要注意做好相關(guān)的防滲透處理，避免邊溝中的水體滲入。

4.2 臺(tái)階式開挖

當(dāng)原有場(chǎng)地坡度大于1∶5時(shí)，需對(duì)其進(jìn)行臺(tái)階式開挖處理，開挖方式見圖2所示。臺(tái)階式開挖一方面可以起到削坡的作用，抑制滑動(dòng)破壞的發(fā)生，另一方面臺(tái)階式開挖增加了填方路基與挖方路基的接觸面積，增強(qiáng)了兩者的結(jié)合程度，提高了其抗剪強(qiáng)度和路基的整體性，可以減小填挖路基間的差異沉降。

4.3 鋪設(shè)土工格柵

在填挖交界處鋪設(shè)土工格柵一方面可以起到加筋作用，提升結(jié)合處的抗拉、抗剪能力，另一方面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的土工格柵有助于土中的孔隙水壓力消散，可以進(jìn)一步地提高路基的抗剪強(qiáng)度，提高路基的整體性和穩(wěn)定性，抑制填挖交界處路基的不均勻沉降發(fā)展。土工格柵通常和臺(tái)階法開挖一同投入使用，在施工過程中通過將土工格柵一端的端頭錨固在挖方路基內(nèi)部使其更加穩(wěn)定，土工格柵之間采用U形鋼筋進(jìn)行搭接，搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于10 cm。

4.4 地基處理設(shè)計(jì)

填方路基底部地基中若存在不良土層，對(duì)路基的變形性質(zhì)將有較大影響，需要提前對(duì)不良土層進(jìn)行地基處理方可進(jìn)行填筑施工。對(duì)于存在不良地基的填方路段，需要有針對(duì)性地采用地基處理方案，如膨脹土，淤泥質(zhì)土等高塑性黏土層地基可采用石灰樁或者水泥攪拌樁等進(jìn)行處理;濕陷性黃土地區(qū)，可采用擠密樁法、三軸攪拌樁法、旋噴樁法等進(jìn)行處理;當(dāng)淺層地基土需要進(jìn)行地基處理時(shí)可采用換填法進(jìn)行處理，深層地基土需要進(jìn)行處理的可采用強(qiáng)夯法、復(fù)合地基法、擠密樁法、CFD樁法、DDC樁法等處理方法進(jìn)行處理（如圖3所示）。提前做好地基處理工作有助于減少工后沉降，對(duì)抑制路基病害發(fā)生和保證道路正常使用有重要意義。

4.5 施工過程控制

主要是對(duì)填方路基填料的質(zhì)量控制以及施工工序的嚴(yán)格把握。

填方路基填料質(zhì)量控制：填方前做好相應(yīng)的擊實(shí)試驗(yàn)，測(cè)試最佳含水率等，對(duì)填料進(jìn)行預(yù)處理，去除填料中的垃圾及有機(jī)質(zhì)，避免使用不合格的材料，實(shí)際進(jìn)行填方時(shí)將含水率控制在高于最佳含水率1%～2%的范圍內(nèi)。

施工工序的嚴(yán)格把握：一是要在施工前進(jìn)行施工碾壓機(jī)具組合、碾壓次數(shù)和每次碾壓填土厚度等參數(shù)試驗(yàn)，選擇最佳的參數(shù)組合。二是對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保施工過程按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，每處路基均碾壓到位，達(dá)到良好的壓實(shí)效果。三是進(jìn)行碾壓施工前一定要等到地基處理起效之后進(jìn)行，不能提前開始，影響地基處理效果。四是在雨季施工時(shí)要安排好施工工序，合理安排作業(yè)時(shí)間，減輕雨水對(duì)路基的沖刷作用，并且路基的含水率要滿足要求才可繼續(xù)進(jìn)行填筑。

在病害處理階段，由于挖方路基與填方路基在外部動(dòng)荷載作用下將產(chǎn)生不均勻沉降，路基表面會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)生裂縫、龜裂等病害，需要對(duì)路面產(chǎn)生的裂縫及龜裂及時(shí)進(jìn)行處理，如向裂縫中填筑冷補(bǔ)料等對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，防止地表水通過裂縫滲入路基內(nèi)部，誘使裂縫進(jìn)一步發(fā)展。當(dāng)路基病害較為嚴(yán)重，影響路基正常使用時(shí)，需要對(duì)病害位置及時(shí)進(jìn)行挖除并做換填處理。此外，在運(yùn)營(yíng)過程中要嚴(yán)格對(duì)超載超限行為進(jìn)行監(jiān)管，避免路基承受過大的外部荷載，引起路基產(chǎn)生較大的沉降變形，產(chǎn)生失穩(wěn)破壞。

5 結(jié)語

填挖路基由于填方與挖方路基土在物理性質(zhì)及工程性質(zhì)上存在差異，使得填挖交界面處易產(chǎn)生病害，影響路基的安全使用，一直以來都是公路工程路建設(shè)中的疑難問題，需要對(duì)填挖交界處的病害防治方案進(jìn)行深入研究，解決路基填挖交界處病害問題。該文對(duì)常見的填挖路基進(jìn)行分類，分析填挖交界面處病害的形成機(jī)理，研究其內(nèi)在原因和影響因素，并給出有針對(duì)性的病害防治方案，從路基設(shè)計(jì)及路基施工等方面對(duì)路基病害進(jìn)行防治，有針對(duì)性地提出具體措施和做法，為填挖交界路基病害防治提供了建議能夠?qū)诽钔诮唤缏坊牟『μ幹螁栴}給予一定指導(dǎo)。

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