赵雁斌
摘 要:文章以云南阳光道桥待补至功山段高速公路工程为例,分别从地理位置、气候条件、项目特点、地质情况等方面,分析了公路软土路基施工技术要点及方法,以期提高公路工程的结构强度,延长其使用寿命。
关键词:公路工程;软土路基;施工技术;分析
软土地基多集中分布在我国沿海、沿河地带,土质特点以软弱黏为主,其含水量约为34%~72%,饱和度不低于95%,塑性指数约为13~30,孔隙比约为1.0~1.9。
在软土地基路段修建公路,易出现路基沉降过大、路堤失稳等问题,因此,需结合施工区域软土地基的厚度、形成原因、土质条件、性质等,采取针对性技术处理措施。
一、云南阳光道桥待补至功山段高速公路工程软土路基施工项目概况
云南阳光道桥待补至功山段高速公路是云南省干线公路网昆水高速的重要组成部分,公路全长67.179公里,南接已建成的国家高速公路网G85渝昆高速功山至嵩明段,北接已建成的国家高速公路网G85渝昆高速会泽至待补段。其中软土地基施工段位于会泽县田坝乡打竹菁附近,其起点为 (左幅ZK21+560;右幅K21+560),终止点为(左幅ZK27+962.744;右幅K30+327.392),全程长8.769295公里。
本项目所经区域属金沙江水系,总体地势动东南低、西北高,相对高差达500~1000m,区内山川相间排列,山区、河谷呈条块状分布,山体多由沉积岩、岩浆岩系构成,河谷内河零星发育河漫滩。受南温带季风气候影响,年降水分配不均,降雨量集中在5~10月,且夏无酷暑,冬季严寒。
二、公路软土路基施工技术研究
(一)软土地基处理要求
1、软土地基处理深度确定
结合工程地质报告提供的材料,本工程地基处理方法主要考虑处理地表层之下的淤泥质亚粘土层、回填土层及粉细砂等土层。按照规定要求土层处理厚度要穿透软土层,对局部软土层埋藏较深,中间有较厚的夹层,且常为有利于固结排水的夹砂层则以处理上层软弱地基为主。
2、地基处理范围的确定
初步以路基宽度范围内的软土层为重点加固对象,对路基横断面的处理可至路基边坡角线1.0m。
3、地基工期控制
按照施工合同,段内填方共计1166114立方米,其中K21+560~K23+530(隧道进口)段在V形沟谷内,雨季时水流量较大,因此,填方工作需控制在5月30日雨季来临之前。节点工期安排: 施工准备阶段,计划安排30天。即2013年6月1日至2013年6月30日;路基挖土石方2013年7月1日开工,2014年8月31日完工;路基填筑2013年10月1日开工,2014年10月31日完工。
(二)软土路基施工前期施工准备
1、施工场地清理
实施软土路基施工时,需提前清除施工范围内的垃圾、灌木丛及原地面下10~30cm内的表层土及草皮。清除的垃圾、废料等需集中堆放在监理工程师指定位置,争取做到“最小程度的破坏、最大程度的恢复”。
2、路基挖方
(1)土方开挖
路基挖方采用挖掘机挖桩,推土机配合,自卸汽车运输。对于深且短的路堑,则以横向挖掘法为主,结合整个横断面由路堑两端开挖。对于宽度、长度、深度等都不大的路堑,可以分层纵向挖掘为主。对于较长、较大的挖方段,可以混合式挖掘为主,先将顺路堑挖通,而后沿横向坡面开挖。需要注意的是,开挖边坡阶段,需预留30cm厚由人工刷坡清除。
(2)石方路基爆破开挖
本合同挖方共计2545955立方米,石方约占总量的54%,故需执行大量爆破作业,施工安全是爆破开挖的重点。路基爆破开挖时可预先采用潜孔钻打眼,后进行深孔或小型松动爆破,采用装载机挖掘机等做装碴处理,推土机配合,自卸汽车运输。在石方路基爆破挖掘阶段需要注意的具体事项为:
第一,依照石方挖掘的难易度,选择合适的挖掘方法。对于部分风化严重呈节理发育的岩层可选择小炮微差爆破法,以维持边坡稳定性。对于边坡较高的区域,可依照施工图纸设置开挖平台,由上至下同时修缮边坡防护工程。
第二,严格按照安全操作规范开展爆破作业施工,并做好爆破器材的管理工作。
第三,对与施工阶段已经确定的危险区域,需在其边界设置警醒标志,显示警戎信号及爆破时间。同时,还需在危险区域入口安排专人看守。
第四,需严格按照施工图纸要求,确定石方路堑路槽底面标高,若路槽底面标高过低可以开挖的碎石屑将其填平,并作碾压处理;若路槽底面标高过高需以人工将其凿平。总体来讲,其标高的允许误差可在+10~30mm之间。
(三)路基填方
1、原地基处理
(1)挖土质台阶
a、当路堤在斜坡上填筑,且其垂直路中线测得的元坡度陡于1:5时,将原地按照施工图纸要求开挖成台阶。
b、所挖台阶宽度需在2m以上,向内侧倾斜横坡4%,并选用小型机具做夯实处理。
c、台阶开挖之后,确保地表无渗水。
2、排水及松土
a、在原地基較为潮湿的区域,需在其两侧位置挖掘纵向排水沟、在路基范围内挖掘横向排水沟,将积水排除之后,进行施工。
b、对于护坡道外侧位置的排水沟,可在其边侧位置填筑土埂,防止水流入。
c、当路基范围内存在大片低洼积水时,可先将积水排数,而后将杂草、淤泥等清除至路堤之外,并将该底面松至300m深,而后做压实处理。若压实之后的原地面标高有所下降,需进行补充测量。
3、软土地基处理方案比选
目前,高速公路软土地基处理方法众多,依照区域位置不同,其处理方式也有所差异,主要的处理方法有:抛石挤淤法、真空预压法、水泥搅拌桩法、挤实砂桩法、抛石挤淤法、塑料排水板预压加固法、土工格栅及土工布加固法、换填法、化学固结法、碎石桩压密注浆法等。下面结合云南阳光道桥待补至功山段高速公路软土地基实际情况,具体阐述集中常用的技术手法。
(1)碎石桩的压密注浆技术
采用压密注浆技术对公路软土地基进行处理之前,需结合气候变化、地质条件等因素作综合分析计算后执行,其具体步骤为:首先,借助钻孔技术对地基做钻孔处理;其次,在已经加固完成的桩位内填筑碎石;最后,向桩体内灌入水泥浆,待水泥浆凝结度达初级时,再借助之前的管道再次注入水泥,如此,可确保碎石间隙得以充分衔接,使得桩体四周的土质变得更为密实。
(2)抛石挤淤法
抛石挤淤法是换填法的一种,该方法是将挖方爆破阶段形成的大量碎石片抛入软土地基中,强行挤占其位置,以此来减小地基沉降量、提升地基承载力,增强土体的稳定性。具体施工方案为:
a、选择石材,具体要求为:其一,所选片石尺寸在0.3m以上;其二,片石不易被风化,且节理微硬;其三,所选片石块径在15cm以上。另外石材含泥量需在3%以内,粒径最大值需与溆浦厚度数值的2/3相同,且填料时,严禁混入杂物。
b、片石摊铺,片石摊铺时需以人工进行摆放,摆放时石块的顺序为大块石在最下方,而后中块石,最后小块石,相邻石块之间的间隙需在3cm以内,尽可能地控制底基层表面的平整性。而砂砾石及碎石可用推土机进行摊铺处理(详见图1)。
c、摊铺整型之后碾压,碾压时,遵循先慢后快,先轻后重的原则。在曲线段上,由内侧至外侧、由低至高开始碾压;在直线上,由两侧向中间碾压。每道碾压需与上道碾压相互重叠,重叠距离约在0.4~0.5m之间,前后相接重叠距离约在1~1.5m之间。以确保碾压厚度、碾压宽度完全且均匀。
抛石挤淤法的使用优点是施工迅速、无需挖淤、抽水、施工操作简便,尤其是当道路路基穿过部分荷塘洼地时,使用该方法更为便利。由于本合同挖方共计2545955立方米,石方约占总量的54%,挖掘阶段存在大量石料资源,故可使用,但该方法并不适用于深层淤泥软土地基的处理。
图1抛石挤淤法
(3)水泥搅拌桩法
水泥搅拌桩法是借助搅拌机械将软土与水泥等作强制拌合处理,使得软土硬结化(详见图1)。该方法适用于含水率高的粘土、淤泥质土等,其施工优点为工期短、无污染、无振动、费用低,缺点为施工阶段容易出现质量事故,受地质条件影响较大。
图2水泥搅拌桩法
(4)塑料排水板堆载预压加固法
塑料排水板内部是由聚丙烯或者聚乙烯加工形成的多孔道板带,外包裹土工织物滤套,可有效隔离土颗粒。具体施工做法为:
1)施工准备
主要材料及机具:塑料排水板:所选产品规格严格依照设计要求并结合施工技术条件选择其型号。
施打排水板的主要施工机具:主要包括驱动套下管的震动锤、套管、导架、防风装置、装排水板的卷筒、PC200挖掘机改装而简便的插板机。
2)打设塑料排水板,铺设土工格栅
a、打设塑料排水板操作工艺
①平整场地,用挖掘机将地面树根与杂草清除干净,再使用推土机做平整处理。
②测量放样,按照设计图纸要求放出占地边线及路线中线,并结合设计纵断图及平面图,放出路堤边坡坡脚线。
③挖掘边沟,在占地线及坡脚线间设计出边沟位置,所挖边沟需连续且有排水出口。
④底部砂层敷设及压实,在平整完成后的地上敷设厚度为40cm的底砂层,并使用压路机做压实处理。
⑤排水板布孔定位,依照设计图纸设定的桩位,精确定位排水板位置,并钉上木桩,记录桩号信息。
⑥机械就位,按照要求将插板机放置在指定位置,对准桩位,拔除木桩。
⑦塑料排水板穿靴、沉管插板、套管拔除、机械移位。插板时,插板机械设备就位之后利用震动锤驱动套管对准插孔位置下沉,按照要求,排水板从套管内部穿过并同端头锚靴相互连接,套管顶住锚靴之后,按照设计深度要求,将排水板插入其中。套管拔起之后,排水板与锚靴均滞留在土体内,而后将连续的排水板剪断,此时便完成一个排水孔插板操作。需要注意的是,在剪断排水板时,需在原地面露出15~30cm的“板头”,而后在“板头”边挖出深度为20cm的凹位,再将露出的“板头”切去,做填平处理(详见图3)。
图3打设塑料排水板
b、土工格栅铺设
①按照设计拟定位置,斜坡路堤沿路基横向位置铺设土工格栅,填挖交接位置沿路基纵向铺设土工格栅,陡坡段土工格栅铺需深入开挖台阶2m以内。在进行土工格栅铺设时,需注意将土工格栅之间的联结与拉直。格栅的横向、纵向连接缝隙可选用尼龙绳连接,使之形成统一整体,按照要求土工格栅搭接宽度需在20cm以上,在受力方向连接区域的强度需高于材料设计抗拉强度(详见图4)。
图4土工格栅铺设
②填土,在完成土工格柵铺设工作后,需在48h内将进行填料施工。填筑要求为“先两边,后中间”。填料禁止直接卸载在土工格栅之上,需卸载在已经摊铺完成的工作面上,卸载高度需控制在1m以内。
③反卷格栅,当首层填土达到设计碾压指标要求后,把土工格栅反卷回包2m,并将其绑扎在上一层土工格栅上,并进行人工休整锚固。
④冲击碾压,对于填筑高度在20m以上的路段,对于其路基路堤部分,可每隔2m利用冲击式压路机进行补压,同时对上路堤150cm的顶面部分进行补压,两者补压次数均控制在20遍左右。
土工格栅竖向填土厚度在1.5m以上的部分可直接做冲击压实处理,当对布有土工格栅路堤进行冲击碾压时,必须保证土工格栅顶部覆土不低于1.5m。进行冲击碾压时要尽可能地保障土工格栅的完整性,一旦发现土工格栅被破坏,需即刻停止冲击碾压。
该方法的使用优点为:排水板质量轻,单孔过水断面大,可提高排水通畅性,堆载预压所需材料获取便利,成本低;机械埋没,施工效率高,可有效缩短软土地基加固周期。
3)质量标准
①塑料排水板材质要求:
在选择塑料排水板时需仔细检验产品的性能指标,具体为:
a、抗拉强度需在1KN以上。
b、延伸率约在2%~10%。
c、透水性能不低于10~30mL/s。
d、抗撕裂度需在300N以上。
e、滤膜渗透系数大于4.2*10-4cm/s。
4)施工注意事项
①施工前需按照地质情况,仔细探查布置排水孔场地范围。
②施工过程中若碰到地下障碍物而无法继续打进时,可放弃该孔位将拔管移除,重新施打排水孔。
③排水孔在施打阶段需以定载震动压入法为主,直至打到设计要求,严禁重锤夯击。
④在排水板施插阶段,需注意排水板是否切实插入土体内,在拔管时,将排水板回带上来。
三、结语
综上所述,文章结合云南阳光道桥待补至功山段高速公路软土地基概况,大致阐述了公路软土地基处理中较为常见的几种技术方法,但在具体施工阶段,仍需依照区域内软土地基的条件,做好记录并制定相应的备案,以尽可能地增强地基稳定性,提升地基承载力。
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