山嶺重丘區(qū)高速公路改擴(kuò)建路基拼寬段不均勻沉降防治分析

劉 崢,曾祥澤

(廣西桂鹿高速公路有限公司,廣西 南寧 530022)

0 引言

本文以G72泉州至南寧高速公路廣西桂林至柳州段改擴(kuò)建工程為研究背景,該項(xiàng)目全長100.809 km,橋隧比為11.98%,全線路基占比較高,沿線經(jīng)過平原微丘區(qū)及山嶺重丘區(qū)。該項(xiàng)目路基拼寬施工質(zhì)量將直接影響建成后高速公路的耐久性,又因拼寬段路基與既有路基交界處會(huì)極易呈現(xiàn)不均勻沉降的現(xiàn)象,故對高速公路改擴(kuò)建路基不均勻沉降問題展開全方位的分析,并總結(jié)出拼寬段路基施工的技術(shù)要求,具有重要的研究價(jià)值。

1 高速公路改擴(kuò)建路基拼寬方式及不均勻沉降原因分析

1.1 高速公路改擴(kuò)建路基拼寬方式

該項(xiàng)目主線按雙向八車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改擴(kuò)建,改擴(kuò)建方式以兩側(cè)拼接為主,局部單側(cè)拼接或分離為輔,老路利用率為91.3%;設(shè)計(jì)時(shí)速分別為100 km/h、120 km/h,路基寬度分別為41.0 m、42.0 m。分離式路基施工整體和新建高速公路施工一樣,本文不再論述。本文主要針對拼寬路基施工問題進(jìn)行相應(yīng)分析,并提出質(zhì)量控制措施。

1.2 路基拼寬中不均勻沉降原因分析

因?yàn)槔下坊馐艿搅碎L時(shí)期的雨季作用,再加上長年的運(yùn)營,使得路基出現(xiàn)了一定的沉降,整體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出相當(dāng)程度的不穩(wěn)定性。而新拼寬路基處于后施工階段,相對經(jīng)歷雨季時(shí)間較少,同時(shí)還存在軟弱地基等問題,整體的施工質(zhì)量控制對工后沉降呈現(xiàn)出不利狀態(tài)。同時(shí),由于新舊路基界面強(qiáng)度存在著部分缺陷等問題,在這種情況下,到了試運(yùn)營期必然會(huì)出現(xiàn)一定程度的沉降變形;在運(yùn)營荷載、工后沉降等綜合作用之下,會(huì)使得新老路基出現(xiàn)不同程度的沉降,這對于新老路基結(jié)合部而言則必然會(huì)出現(xiàn)對應(yīng)的開裂現(xiàn)象,在外界雨水的滲入侵蝕下,裂隙會(huì)逐漸擴(kuò)張,輕則影響行車舒適性,重則引起結(jié)構(gòu)性破壞,影響運(yùn)營安全。所以,必須要防治好新老路基的不均勻沉降,此為核心要點(diǎn)所在。

2 高速公路改擴(kuò)建路基拼寬段不均勻沉降防治措施

2.1 填方路基銜接控制

老路基填土邊坡穩(wěn)定一般較好,但邊坡坡率紊亂,坡面不規(guī)整,且邊坡灌木叢生,其根系發(fā)育,統(tǒng)一按坡率為1∶1.5進(jìn)行削坡難以清除。因此,需先進(jìn)行清表30 cm后以1∶1坡率削坡同時(shí)開挖臺階,第一級臺階采用150 cm(高)×150 cm(寬),以上各級臺階采用100 cm(高)×100 cm(寬)分臺階開挖。對于老路基兩級、三級以上邊坡時(shí),在清表30 cm以后的平臺外側(cè)邊緣,以第二級1∶1.5、第三級1∶1.75的坡率進(jìn)行削坡,臺階高度均按100 cm控制[1]。對于老路基內(nèi)部存在滲水情況,采用在老路坡腳設(shè)置縱向碎石盲溝,拼寬段位置每隔20 m設(shè)一道橫向碎石盲溝引入拼寬段排水邊溝。如下頁圖1所示。

2.2 挖方路基銜接控制

G72泉州至南寧高速公路廣西桂林至柳州段改擴(kuò)建工程大部分路段位于山嶺重丘區(qū),路基土石方開挖方量大。為做好邊施工、邊通車期間原有運(yùn)營高速公路安全、暢通工作,也根據(jù)《廣西壯族自治區(qū)高速公路管理辦法》對現(xiàn)有公路兩側(cè)施工200 m范圍內(nèi)禁止爆破的規(guī)定,本項(xiàng)目整體拼寬段的土質(zhì)、巖質(zhì)邊坡開挖采用機(jī)械開挖(或破碎錘+機(jī)械開挖)等手段進(jìn)行。機(jī)械開挖邊坡的施工過程中嚴(yán)格執(zhí)行“清表一級、開挖一級、防護(hù)一級、綠化一級、穩(wěn)固一級”的分級支護(hù)分級開挖的施工方式,直至挖至拼寬段的合理高程后,參照填方路段進(jìn)行拼接施工。開挖設(shè)計(jì)和工藝流程分別如下頁圖2、圖3所示。

邊坡施工中對邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測也是必不可少的,注重邊坡開挖后的形變監(jiān)測工作,根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,針對高邊坡逐個(gè)制定監(jiān)測方案,結(jié)合智能監(jiān)測自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng),在施工中隨時(shí)調(diào)增監(jiān)測斷面。對形變特異的邊坡立即停止開挖,調(diào)查并采取有效措施處治,確認(rèn)技術(shù)措施和安全措施適合后方可繼續(xù)施工。

圖1 填方路基銜接設(shè)計(jì)圖(cm)

圖2 一般挖方段開挖設(shè)計(jì)圖(cm)

圖3 邊坡機(jī)械開挖施工工藝流程圖

2.3 減少新舊路基差異沉降措施

2.3.1 合理選擇路基填料

選擇路基填料時(shí),按規(guī)定的頻率和方法進(jìn)行土的顆粒分析、液限、塑限、塑性指數(shù)、天然含水量、稠度和承載比(CBR)等基本試驗(yàn),保障路基填料的穩(wěn)定,并滿足質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、透水性好的相關(guān)要求。原則上路基填料CBR值應(yīng)高于規(guī)范值50%,在必要時(shí),采用物理化學(xué)方法來解決填土的變形性質(zhì),改善路基土方強(qiáng)度。

2.3.2 嚴(yán)格控制層厚

拼寬段路基填筑時(shí),嚴(yán)格執(zhí)行分層填筑、壓實(shí),且采用方格網(wǎng)法和高程測量法,嚴(yán)格控制填料松鋪厚度,松鋪厚度按試驗(yàn)段確認(rèn),原則上≤30 cm。

2.3.3 嚴(yán)控路基壓實(shí)度,達(dá)到最佳密實(shí)狀態(tài)

為嚴(yán)控施工環(huán)節(jié)對路基的壓實(shí)度,在確保松鋪厚度的同時(shí),要保證表面的平整度,通過推土機(jī)粗平后,采用光輪壓路機(jī)先靜壓一遍,再采用平地機(jī)進(jìn)行精平,再采用≥36 t的大噸位振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓,碾壓順序:36 t光輪壓路機(jī)碾壓合格后再上羊足碾壓不少于2遍,羊足碾壓完成后采用平地機(jī)刮平,平地機(jī)刮平后再用鋼輪壓路機(jī)收光碾壓2遍后再上上層填料。通以上壓實(shí)措施以確保填土壓實(shí)度達(dá)到最佳密實(shí)狀態(tài),而非僅滿足相關(guān)規(guī)范要求。若壓實(shí)度只是滿足93區(qū)的要求,那就意味著此層還存在7%的空隙率,即還存在沉降7%的可能,每層疊加,會(huì)進(jìn)一步增大不均勻沉降。

2.3.4 土工合成材料的應(yīng)用

在高速公路改擴(kuò)建路基拼寬施工中,土工材料應(yīng)用廣泛,尤其以土工格柵和土工格室這一類合成材料應(yīng)用最多,其可增強(qiáng)土與格柵(格室)之間的摩擦力,在加寬位置垂直應(yīng)力降低的基礎(chǔ)上,提升整個(gè)土體承載力,從而減少甚至避免發(fā)生差異沉降。土工格柵可起到鎖定土體的作用,幫助土體抗剪強(qiáng)度最大化地發(fā)揮出來,規(guī)避土體發(fā)生側(cè)向的變形[2]。所以,為了能夠保障高路堤的路基穩(wěn)定性,以及降低不均勻沉降的出現(xiàn),在距路床頂以下0.4 m、0.8 m處分別設(shè)2層土工格柵,以保障路面結(jié)構(gòu)處于長時(shí)間的穩(wěn)定狀態(tài)。

2.3.5 強(qiáng)化路床質(zhì)控水平

為減少不均勻沉降,在嚴(yán)格控制路床填料的同時(shí),可考慮提高路床的厚度,增設(shè)40 cm未篩分碎石。對未篩分碎石以下的2～3層土(厚度40～75 cm),建議選擇CBR較高的土進(jìn)行填筑,有條件的建議按CBR≥20%控制,最低CBR值建議按12%控制,實(shí)際施工中CBR值按“就高不就低”原則把控。路床增設(shè)的40 cm未篩分碎石必須按兩層施工。采用料場堆料灑水濕拌均勻悶料,再運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場攤鋪,嚴(yán)禁干料在現(xiàn)場即拌即鋪。堆渥悶料時(shí)間以集料濕潤充分,無滲漏滴水為宜?，F(xiàn)場采用攤鋪機(jī)施工、鋼輪壓實(shí)與膠輪壓路機(jī)(前后膠輪)揉搓密實(shí)的交叉碾壓工藝,確保碎石最大限度地緊密。該層功能是差異沉降調(diào)節(jié),可阻隔毛細(xì)水上升,提升道路承載力和耐久性,減少不均勻沉降。

2.3.6 強(qiáng)化路基防滑手段

在進(jìn)行路基加寬作業(yè)時(shí),若地貌環(huán)境復(fù)雜,所對應(yīng)的加寬路基底部荷載要比地基設(shè)計(jì)承載力更大,就會(huì)導(dǎo)致地基土沉降,同時(shí)發(fā)生側(cè)向位移問題,最終導(dǎo)致路堤路面破損問題的出現(xiàn)。而如果是一些非常規(guī)地形路段,路基出現(xiàn)側(cè)向滑移,此時(shí)可借助側(cè)向約束工程展開相應(yīng)工作,能夠取得一定效果。

3 結(jié)語

本文探討一種合理有效的拼寬路基開挖方案:在薄弱位置進(jìn)行機(jī)械壓實(shí)控制,嚴(yán)控路基填料質(zhì)量,夯實(shí)路基基礎(chǔ),達(dá)到最佳密實(shí)狀態(tài),再通過40 cm未篩分碎石進(jìn)行調(diào)節(jié),保證路基穩(wěn)定性最終達(dá)到減少拼寬段不均勻沉降的目標(biāo)。該方法可確保山嶺重丘區(qū)高速公路路基擴(kuò)建加寬段的施工質(zhì)量,使新舊路基呈現(xiàn)良好的穩(wěn)固性。