高填方路基下沉的原因与处治

孙晓红,李梦真

(黑龙江省公路勘察设计院)

1 高填方路基的概念

随着山区高等级公路的修建,高填方路基不断增多,给公路路基的设计与施工提出了一些新的问题。我们通常所说的高填方路基,在《公路路基设计规范》(JTG D 30-2004)(以下简称《规范》)中是以边坡的总高度作为划分界限的。根据《规范》表 3.3.4所列数值,“当边坡总高度大于 20 m时,宜进行路基稳定性的验算”。从这个意义上看,20m可视为是高填方路基与低填方路基的界限。

2 高填方路基的病害

高填方路基施工完工后,随着时间的延长和汽车重复荷载的作用,常出现路基的整体下沉和局部下沉。特别是在填挖方接头处尤为突出。因此,高填方路基的稳定不仅与边坡高度有关,也与路基填料、性质、边坡高度、水文状况、路基压实机具、路基压实度、施工方法等有关。高填方路基的施工,虽然施工队伍的素质较好、设备齐全、施工管理和技术管理严密、质量管理体系健全,并能按《公路路基施工技术规范》的要求进行施工。然而,由于高填方路基是放在半无限体上的线性工程,所处的环境千变万化,所处地段的水文地质情况错综复杂又暴露在野外环境中,填土的密度与自身固结都需要时间,且常年受重复荷载的作用,因此,在施工阶段和完工后的运营阶段,发生的病害较多且较难处治。高填方路基常见的病害有:(1)路基的整体下沉或局部沉陷;(2)路基纵、横向的开裂;(3)路基的整体滑动或边坡的滑塌。

3 高填方路基下沉的原因

3.1 设计方面的原因

因条件限制公路路线必须通过复杂山区时,设计上应按照《规范》要求认真地对高填方路基作特殊设计。对未进行高路堤的稳定性验算,而按一般路基进行设计,且施工工艺、填料等未作特殊要求说明的路段,在施工过程中或完工后,高填方路基将会有较大的整体下沉或局部沉陷,以致影响公路的正常使用。

3.2 施工方面的原因

(1)路基填筑工艺方面的原因。

高填方路基的填料在分层填筑时,应按照《施工规范》要求的厚度进行铺筑。若随意将层厚加大,而压实机具则按照规定的碾压遍数压实时,压实度将达不到《公路工程质量检验评定标准》规定的要求,当填筑到路基设计标高时,必然产生累计的沉降变形,在重复荷载和填料自重的作用下,便会产生下沉。

(2)施工机械与碾压工艺方面的原因。

在高填方路基的施工过程中,应按要求配备相应的整平、碾压机具,并按规范进行操作。若未按要求的压实工艺进行碾压,路基的压实强度不均匀,压实度达不到规定要求,将会导致高填方段路基产生较大的沉降变形。

(3)工程施工过程中质量管理与技术管理方面的原因。

在工程的施工过程中,工地现场人员的责任心不强、技术管理力度不够、施工现场混乱,使工程质量降低,造成施工过程中的隐患,甚至造成大的质量事故,危及路基的稳定性。

3.3 工程地质方面的原因

在工程地质不良、泥沼软基丰富的地段填筑路堤,由于地表土壤密度小、压缩变形大、承载能力低,当路堤高度不断增加时,原地面土壤容易发生压缩沉降和挤压位移。地基的压缩变形将使路基整体随之沉降或开裂。

3.4 路基填料方面的原因

如果路堤填料的土质差,填料中混进了种植土、腐质土或有机质土等劣质土,由于这类土壤中有机物含量多、抗水性差、强度稳定性差等,路堤将出现塑性变形或沉陷破坏。尤其是膨胀土,这种土遇水膨胀软化,风干收缩开裂,结构稳定性差,用作填料时随着土壤中水分的挥发,收缩开裂尤为严重,对路堤的整体结构危害极大。

3.5 路基排水方面的原因

路基排水的任务是把路基工作区内的土基含水量降低到一定的范围。土基含水量过大、排水不良会引起土质松软,强度降低,边坡坍塌,堤身沉陷或滑动以及产生冻害等。

4 高填方路基下沉的处理方法

高填方路基施工和完工后,在自然环境因素影响和汽车重复荷载的作用下,将出现一些路基病害,引起路基的整体下沉或局部沉陷或边坡坍塌,从而影响了公路的使用功能,降低了公路的评定等级。因此,为了更好地发挥公路的正常作用,对高填方路基出现的严重病害,必须采取行之有效的处理措施,使路基处于良好的工作状态。下面介绍几种常用的处理方法,以供参考。

4.1 换土复填法

由于填筑土质不符合《规范》要求,路基出现下沉,但面积不大、深度不深时,采用换土复填法是一种简便快捷的方法。

此法是将路基出现病害部分的土挖去,更换新的、符合规范要求的土。一般采用级配较好的砂砾土或塑性指数满足规范要求的粘性土为宜。回填时,挖补面积要大,而且要逐层挖成台阶状,由下往上,逐层填筑,碾压密实,压实度要高出原路基压实度1～2个百分点为宜。采用这种方法,只要掌握好路基的填筑方法即可,没有复杂的技术要求。

4.2 固化剂(如石灰、水泥等)法

在处理高填方路基的下沉中,如果更换路基填料受到限制,且填筑量不大时,可在原材料中掺入一定品种与数量的固化剂来处理路基病害。这种方法在我国大部分省市已有应用的先例,实践证明,效果较好。固化剂的种类很多,使用时,可根据路用土的种类与固化剂的成分、类型选用。

4.3 粉喷桩法

对于处理高度在 15m以内的路基下沉病害,采用粉喷桩加固地基技术是较为理想的一种方法。粉喷桩处理软基土是通过专门的机械将粉体固化剂喷出后,在地基深处就地与软土强制搅拌,利用固化剂与软土之间新发生的一系列物理、化学反应,在原地基中形成强度、刚度较大的桩体,同时也使得桩周土体性质得到改善,桩体与桩间土体形成复合地基,共同承担外荷载。

4.4 灌浆法

灌浆法是利用液压、气压或电化学原理,通过注浆管,将浆液均匀地注入地层中。浆液以充填、渗透和挤密等方式占据土粒间或岩石裂缝中的空间,经人工控制一定时间后,浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体,形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学稳定性良好的“结石体”。该法已在我国的煤炭、水电、冶金、建筑、交通和铁道等部门被广泛地使用,并取得了良好的效果。

5 几点认识和体会

(1)对于高填方路基,在填筑方法上,必须按《公路路基施工技术规范》规定的厚度等要求,分层填筑,而且压实度必须达到规定值时,方可填筑下一层。这是确保路基体不会产生下沉等变形的基础。

(2)作为施工现场的技术和质量管理人员,必须具有工程质量第一的责任心。必须处理好工程质量、经济效益、工期和社会影响四者间的矛盾关系。特别是,在推行工程质量终身负责制的今天,更应当把质量放在首位,以质量求效益、求生存、求发展。同时,作为施工现场的监理人员,必须具有那种:“在质量上出问题等于是在犯罪,宁可当恶人不当罪人”的意识,在重点部位更应当加强监督、检查,甚至旁站。这样才能把好质量关。

(3)必须重视填料的正确选用。应当优先选择透水性较好的粗颗粒料,其次选择砂性土或塑性指数符合要求的粘性土。勿选用粉性土、腐质土等高膨胀性、高压缩性的土。

(4)必须认真做好路基的填前处理。根据施工时的季节、气温,至少提前 2～4周的时间,将原自然地面的积水排除,并凉晒到含水量降到一定范围内时,进行填筑;同时,做好施工中的临时排水工作。当位于水田、泥沼等不良地段时,应根据具体情况,严格按照设计要求采取挖除淤泥换填透水性粗颗粒材料或采用复合地基等处理措施,以保证基底的稳固。

(5)为了让高填方路基有一个充分的沉降期,笔者认为,在该路段还可采用缓铺路面的做法,待其沉降稳定或无沉陷等变形时,再铺筑路面。这样可以避免了因路基出现病害返工而造成的路面材料的浪费。

(6)高填方路基的边坡坡率应严格按照设计要求,变坡处采用圆弧过渡,同时应尽快完成坡面防护,以防雨水对坡面的冲刷造成路基整体失稳。

[1] 公路路基设计规范 JTG D30-2004[S].

[2] 公路路基施工技术规范 JTG F10-2006[S].

[3] 公路工程质量检验评定标准 JTG F80/1-2004[S].

[4] 公路工程八大通病分析与法治[M].人民交通出版社.