基于濕陷性黃土的高速公路填方路基沉陷防治

楊 茹 邊買軍

濕陷性黃土是一種特殊性質的土,在上覆土層自重應力作用下,或者在自重應力和附加應力共同作用下,下沉穩定后,受水浸濕,土體結構迅速破壞,并產生顯著附加變形或下沉,嚴重影響路基質量。高填方路基施工完工后,隨著時間的延長、氣候的變化和汽車重復荷載的作用,常出現路基的整體下沉與局部下沉、路基縱橫向開裂、路基滑動或者邊坡滑坍等病害。

1 路基沉陷原因分析

鐵阜高速公路是我國國家高速公路網的重要組成部分,也是加強東北區域與京津冀環渤海經濟圈聯系的第二條快速大通道,阜新—朝陽段高速公路則是鐵阜高速公路的重要組成部分。2008年進入雨季以來,阜朝高速公路發現多個標段路基出現下沉、開裂現象,以施工段落中某段為例,其長度為9.8 km,其中該段的5 km范圍內沖溝和雞爪子溝較多,且土質屬于濕陷性黃土,填方路基出現了多處沉陷及橫縱向裂縫。

1.1 施工方法不當,造成路基產生不均勻沉陷

1)在施工過程中,由于路基施工填料不好,加之同一層內土方的鋪筑厚度沒有嚴格控制在壓實機械實際的壓實范圍之內,填筑厚度超出壓實機械有效壓實范圍的路基填土,達不到壓實要求。2)爬坡道在路基施工后填筑,路基成型后,在土體自重的作用下產生沉陷,這樣一來在整個路基范圍內便會產生不均勻沉降,從而使路面遭到嚴重破壞。3)依據原設計要求,在黃土路基底層和頂層設置灰土隔水層,防止毛細水和地表水的滲透侵蝕,但施工作業時取消了該部分內容,導致地表毛細水滲入路基。

1.2 路基排水不暢,導致雨水滲透路基

路基施工時采用散排或臨時排水設施,路面施工時,土路肩和路緣石已經施工,中分帶排水設施還沒有完善,豎曲線低處和超高段低側形成積水,沖刷或侵蝕路基。同時,墊層為透水性材料,中分帶未填土,造成雨水滲透路基。進入雨季以后,路基中部分橫向排水管被淤泥或棄土堵塞,邊溝、滲溝不能發揮作用,造成積水,滲透、沖刷路基致使路基下沉、開裂。

1.3 設計缺陷及其他因素

邊坡坡率不足,高填方缺少護坡道等現象均會導致邊坡不穩定,邊部開裂。同時,路面、綠化、交通工程、機電通訊等交叉作業,在路肩、中分帶處挖基坑,造成積水。沖溝處缺少排水構造物,沖溝上游積水浸泡路基,導致路基下沉。

2 填方路基易發生沉陷病害的部位

1)路基填挖結合部。半填半挖路基及路基填挖結合部,最容易出現路基不均勻沉降導致路面開裂,其主要成因有不良地基、填土材料、結合部處理不當、壓實工藝及交通因素等方面的影響。它們又可以歸納為兩大類：路基穩定性不足,病害現象為路基滑動;填挖結合部路基的不均勻沉降,表現為路面長大裂縫、斷板等路面損害的發生。例如,在該路段路基填挖結合部,臨時施工便道與主線路基交叉的部位出現路基沉降,其主要原因是在此部位發生側滑,路面出現了弧形裂縫。在施工過程中便道應該按照陡坡挖臺階鋪筑土工格柵來處理,做到與路基橫向及縱向搭接牢固,防止沿便道側滑。

2)沖溝填方段落。首先沖溝填方段落一般都具有填方較高但是縱向長度較短并且是在暗涵頂填筑的特征,因此在施工時應當足夠重視,嚴格控制每層填筑的層厚、壓實度及填料的各項指標等要求,防止自然沉降引發的路基沉降。其次填筑最好整幅施工,這樣可以防止路基的縱向裂縫。最后關于排水,不論是施工期間的臨時排水還是路基形成后的最終排水系統,都應做到完善暢通,對于挖方段落匯流過來的水,疏導至路基范圍外,防止對填方路基邊坡產生沖刷。

3)地形低洼路基含水段落。由于不同部位地形的復雜性及因施工需要對地貌的改變,有些路基填方段落會處于無排水構造物設計的位置,地下水及地表水會對路基產生浸泡和沖刷。

3 路基沉陷治理措施

3.1 換填土層法

換填土層法是指因填筑土質不符合要求,路基出現下沉但面積不大且深度不深,可以選擇采用換填土層法。即將原路基出現沉陷的填土挖除,更換新的、符合要求的土質。一般采用級配較好的砂礫土、塑性指數滿足規范要求的亞黏土為宜。采用此法施工時,回填土的挖補面積要擴大,且逐層挖成臺階狀(縱向或橫向應預留臺階,臺階應鋪設土工格柵),由下往上,逐層填筑,碾壓密實,壓實度要求高出原路基壓實度1%～2%為宜。重新填筑前應對路基頂面進行強夯處理,對于臺背填筑沉陷段落,如填筑的是透水性材料應進行注漿處理,其特點是將整個下陷區進行開挖,重新進行路基路面施工,優點是有效可靠,缺點是路面及路基在施工開挖后,直接影響車輛運行。

3.2 成樁加固法

成樁加固法主要有粉噴樁法、灰土擠密樁法、生石灰樁及灰土、碎石和干拌水泥碎石樁擠密法等,對于處理10 m以內路基下沉病害,采用灰土擠密樁加固技術是較為理想的方法之一。灰土擠密樁是利用打樁機或振動器將鋼套管打入地基土層并隨之拔出,在土中形成樁孔,然后在樁孔中分層填入石灰土夯實而成灰土樁。與夯實、碾壓等豎向加密方法不同,灰土擠密樁是對土體進行橫向加密。施工中當套管打入地層時,管周地基土受到了較大的水平方向擠壓作用,使管周一定范圍內的土體工程物理性質得到改善。成樁后石灰土與樁間土發生離子交換、凝硬反應等一系列物理化學反應,放出熱量,體積膨脹,其密實度增加,壓縮性降低,濕陷性全部或部分消除。該方法是原位處理濕陷性黃土,無須挖出地基土,環保作用明顯,而且處理地基較深(最深可達15 m),回填材料價格低廉,施工機械簡單,施工工藝簡便,是經濟與技術效果都較好的一種地基處理方法。

3.3 壓力注漿法

灌漿法是利用液壓、氣壓或電化學原理,通過注漿管將漿液均勻地注入地層中,漿液以充填、滲透和擠密等方式占據土粒間或巖石裂縫中的空間,經人工控制一定時間后,漿液將原來松散的土粒或裂隙膠結成一個結構新、強度大的整體。注漿的機理主要有滲入性注漿、劈裂注漿和壓密注漿三種。灌漿施工主要包括灌漿壓力、漿液濃度、灌漿量、灌漿次序等內容,如何選擇和控制灌漿壓力和漿液濃度等因素,是灌漿施工中首要解決的問題。灌漿壓力是保證灌漿質量重要因素之一。如果壓力過小,漿液射流達不到預計范圍,擴散半徑小,易形成空白區;如果壓力過大,則會破壞路基原結構,抬升路面或沖垮邊坡,還會使漿液沿路基薄弱部位沖出路基,達不到灌注目的。因此,在大范圍灌注前應先做試驗,根據注漿段的路基類型,結合單孔注漿量選擇合適注漿壓力。漿液濃度通常用水灰比1∶1較為合適。在密度較好的黏土路基中,可適當增大水量,使稀漿更易充分進入黏土路基中。

4 結語

隨著我國高速公路網的逐步完善,國內各地區的高速公路建設進程快速推進,但高速公路路基沉陷等道路病害的產生給道路的建設質量和使用功能帶來了巨大的影響。針對我國各類地區地質條件存在的差異,設計和施工單位應不斷的通過工程實例,總結技術經驗,避免或減小因路基沉陷而造成公路病害發生的幾率。

[1]王國慧.高填土路基沉陷成因及防治[J].黑龍江交通科技,2007(36)：20-22.

[2]劉 可.灰土擠密樁在阜朝高速公路路基工程濕陷性黃土地基處理中的應用[J].北方交通,2008(24)：30-33.