论公路建设中高填方质量控制

徐博 郭楠

0 引言

山区新建公路工程,地形复杂多样,高填深挖多,处于山形为“鸡爪”地形的地带,作业面积小。填方纵断面为“倒三角形”,高填施工难度极大,而根据以往高填路堤工程完工后,随着时间的延长与汽车重复荷载的作用,常出现路基的整体下沉与局部下沉、路基纵横开裂、路基滑动或者边坡滑塌等现象,特别是在填挖方接头处,路基下沉尤为突出。因此,高填路堤的稳定性不仅与边坡高度有关,也与路基填料、性质、边坡坡度、地基性质、水文状态、路基压实机具、施工方法等有关。针对以上问题结合近年来山区建设中高填方的实际情况特别是填石路堤的质量控制,作为专项课题进行了研究分析。

1 高填路堤沉降的原因分析

1)路基施工前未认真设置纵横向排水系统或排水系统不畅通,长期积水和路基土承载力降低,导致沉降发生。

2)原地面处理不彻底,如未清除草根、树根、淤泥等不良土壤,路基压实度不足等因素,在静动荷载的作用下,使路基沉降变形。个别不良地质路段未予处理而导致路基沉降变形。

3)在高填路堤有的填方长度200 m以内,填方高度20多米,两头为挖方地段,在施工中压实机械难以及时到达施工现场,填方底部压实机械难以下去,多数对填方底部采用片石填筑,分层支砌,在机械能到的位置采用压路机碾压,不能到的则要用人工夯实,致使压实度或击实功达不到设计以及规范要求。未严格按分层填筑、分层碾压工艺施工,路基压实度不足而导致路基沉降变形。

4)路基纵横向填挖交界处未按规范要求挖台阶,原状土和填筑土密度不同,衔接不良而导致路基不均匀沉降;填筑路基时未全断面范围均匀分层填筑,而是先填半幅,后填另半幅,而发生不均匀沉降。

5)施工中路基土含水量控制不严,而导致压实度不足,产生不均匀沉降。

6)施工组织安排不当,先施工低填方路堤,后施工高填方路基,往往路堤施工完成后就立即铺路面,路基没有足够的时间固结,而使路面使用不久就破坏。

7)台背回填,由于大型机械作业不便,压实不认真,造成压实度不足而沉降。

8)路桥过渡段(一般距台背10 m～20 m范围)为施工薄弱地段,一般情况是路、桥先成型,过渡段后填筑,该段易因压实度不足而发生沉降。

2 高填路堤施工质量控制的措施

1)做好施工组织设计是保证工程质量的前提,目前随着工程管理逐步规范化,工程开工前施工单位均做到了不同深度的施工组织设计,在施工工程中,受资金、环境、人员、设备等因素的影响,往往不能按照原定的目标完成工程进度,另外工程指挥人员喜欢用老经验管理工程,施工组织设计往往变成一纸空文,不作为指导施工的作业大纲。工程实施比较零乱,主次不分,一味强调全面开工,没有给高填路堤留有足够的时间施工和沉降,而导致高填路堤完工后沉降过大,因此必须重视高填路堤的施工组织设计,合理安排各施工段的先后顺序,明确构造物和路基的衔接关系,对高填方段应优先安排施工,在施工中以施工组织设计为龙头,根据施工现场的实际情况,合理调配人员、设备,是保证高填方路堤施工质量的主要环节。

2)认真清除地表不良土质,加大地表压实密度。地表植被、树根、垃圾、不良土质暴露在自然环境下,相对比较松软,不易压实,因此必须予以清除,同时应加大地表的压实密度。在压实过程中,因土粒度受到瞬时荷载或振动力的作用,使土粒度重新调整位置,重新组合,彼此挤密,空隙缩小,单位质量提高,形成密实整体,从而导致强度增加,稳定性提高,塑性变形、渗透系数、毛细水作用及隔温性能等均有明显改善。

3)填筑路基前,疏通路基两侧纵横向排水系统,避免路基受水浸泡。地基土和路基填筑土石,在干燥状态下接头比较强,有较高的承载能力,一旦受水很快破坏,强度很快降低,失去应有的承载能力,导致地基、路基沉降,因此做好路基排水,是保证路基稳定的前提条件。工程监理和施工质量检查人员,应认真监督检查。

4)严格选取路基填料。一般的土、石都可以作为路基用土,在填筑高填方路基路段时,应选取水稳性好、干密度大、承载能力高的砾石类土填筑路基为宜,土质应均匀一致,不得混杂,剔除超大颗粒填料,方能保证各点密度均匀一致。应选择集中取土,避免沿线取土,沿线取土一般不能保证路基填料的均匀性,导致路基强度不均匀,同时也破坏了自然植被,对沿线环境不利。

5)路基填筑方式应采用水平分层填筑,即按照横断面全宽分层逐层向上填筑,当原地面纵坡大于12%的地段,宜采取纵向分层填筑施工,填筑至路基上部时,仍应采用水平分层法填筑,每层应保证层面平整,便于各点压实均匀一致。

6)合理确定路基填筑厚度,在土质、土中含水量、碾压机具设备一定的情况下,土层越厚碾压效果越差,适中的填筑厚度是保证压实质量及生产效率的重要因素。不同的厚度达到规定的压实度所需要的碾压遍数不同,根据试验,层厚分别为30 cm和50 cm,碾压4遍～6遍时,测得压实度一般控制在 30 cm,对保证路基达到良好的压实度十分必要。采用大吨位振动压路机碾压时,增加分层厚度,必须要有足够的试验数据证明压实效果,同时须征得监理工程师的同意,方可施工。

7)控制路基填料含水量。实践经验告诉我们,砾石土及粗粒含量较多的土压实度取决于压实功。由于砾石土是由不同大小粒径的颗粒组成的,存在着一定的组配,在压实机具的作用下,特别是振动压路机的作用下,土粒间发生振动位移,小的颗粒填充于大颗粒的空隙而使土密实。细粒土则不同,土颗粒大小均匀,空隙间基本被水和空气填充,最佳含水量越大,最大干密度越小。这是由于颗粒越小,空隙间基本被水和空气填充,最佳含水量越大,需要较多的水分包囊土粒以形成水膜,在外力的作用下,土粒位移程度取决于水分的多少,当水少时,土体间的摩擦力大而不易动,在外力的作用下,土体难于压实;当水分大时,除包囊土粒的水膜外,还有一部分自由水,使土粒悬浮而不易压实,如果增加压实功会出现“弹簧”,因此保证最佳含水量是细粒土压实的先决条件。在工程实施中,如土偏湿,应翻晒,及时测定含水量,一般在最佳含水量±2%时即可碾压,当土偏干,应洒水焖料,并使土壤中水分均匀,达到要求后进行碾压。

8)选择合适的压实机具。压实功对压实效果的影响十分重要。同一种土的最佳含水量随压实功的增加而减少,而最大干密度随压实功的增加而增加。在相同含水量下,压实功越大密度越高。不同的填料和场地要选择不同的压实机具。在高填方路段,压实质量要求高,选用重型轮胎压路机和振动压路机效果比较好。

9)做好压实度的检测工作。在压实工程中,施工单位自检人员就按规定的频率检查路基各层的压实度,目前对于填土路基按2 000 m2抽检4处,施工单位感觉工作量偏大,部分人员凭经验减少压实度的抽检频率,甚至于伪造试验资料应付检查。面对检测工作量大的问题,可以采用核子密度温度仪法检测,这样可提高检测速度。

10)认真做好台背、路桥过渡段及填挖结合部的压实工作,这些地方地形条件特殊,填方施工难度大,台背、路桥过渡段往往是路基和桥台完成后而剩余的缺口,因此有必要将该段作为路基施工的管理点,抽调组成专门的回填队伍。台背处大型设备不易工作而采用小型夯实机具时,填筑的分层厚度宜控制在15 cm以内,同时应加大抽检频率保证压实。

填挖结合部,应彻底清除结合部的松散软弱土质,做好换土、排水和填前碾压工作,按设计要求从上到下挖出台阶,清除松散土方后逐层碾压,确保填挖结合部的整体质量。

为保证高填路堤施工质量,除了做好以上工作外,还宜在以上部位布设玻纤土工格栅,用钢钉固定,其效果良好。另外做好试验路,对于指导以后施工也是非常必要的,通过试验路取得的数据,对于加强管理,合理调配人力、设备资源必将起到积极作用。

3 结语

减小山区高填方填筑不均匀沉降,要求我们不断总结经验,重视现场调查,严格颁部施工技术规范,加强科学研究和试验工作,从而降低高填方不均匀沉降的产生和发展,确保路基工程有足够的稳定性和耐久性,能承受汽车的反复荷载作用和抗御各种自然因素的影响。

[1]李永清.填方路基施工质量的控制[J].山西建筑,2009,35(7):232-233.