黃土地區(qū)“V”型沖溝高填路堤處理方法研究

朱世棟

【摘 要】本文結合西合二級公路改建工程（西部）施工中的建設實踐，闡述了黃土地區(qū)"V"型沖溝高填路堤處理的特點以及相應的處理方法，供大家參考和借鑒。

【關鍵詞】“V”型沖溝；高填路堤；處理方法

0 引言

甘肅隴東地區(qū)地處黃土高原中部，地貌類型主要為黃土塬、殘垣溝壑、河谷階地等，且該地區(qū)黃土多具有較強濕陷性。特別是黃土沖溝多呈“V”字型，切深100～280m，滑坡、崩塌及黃土陷穴等不良地質(zhì)發(fā)育，水土流失現(xiàn)象嚴重。公路路線為跨越?jīng)_溝而設置的高填路堤病害嚴重，常表現(xiàn)為基底失穩(wěn)、滑移，基底洞穴坍塌導致路基空洞，填挖結合部裂縫、錯臺，路堤工后沉降過大等，嚴重影響行車安全性、舒適性。由甘肅路橋建設集團承建的西合二級公路在施工過程中針對以上問題，在"V"型黃土沖溝高填路堤壓實工藝及工后沉降控制方面進行了深入探索和研究，并提煉形成了隴東地區(qū)“V”型黃土沖溝高填路堤施工工法。截止目前，使用本工法進行填筑的“V”型黃土沖溝高填路堤均未發(fā)生較大的工后沉降，路基結構穩(wěn)定，路面平整順暢，取得了良好的社會效益。

1 問題及處理方法

甘肅隴東地區(qū)“V”型黃土沖溝高填路堤產(chǎn)生較大工后沉降及破壞的主要原因有多種，處理方法緊緊圍繞高填路堤沉降機理，主要以以下四種沉降破壞原因為探索依據(jù)，總結形成的處理方法。

①是原地面在填土荷載作用下發(fā)生較大沉降。為提高“V”型黃土沖溝原地面承載穩(wěn)定性，填土施工前要對洞穴分布情況進行詳細調(diào)查，采用開挖回填、灌砂、灌漿等措施進行處理，對陷穴進口地表水進行引流，封堵陷穴進口等措施相結合的工藝，避免水長期侵蝕洞穴導致坍塌、空洞等；并采用強夯、沖擊碾、過濕基底土體換填等措施解決基底失穩(wěn)、滑移的問題。

②是路堤填土本身壓實不夠?qū)е鲁两递^大。凸塊式振動壓路機特點是凸塊端部壓強大、壓入深度較大并對土體產(chǎn)生揉搓作用，對土層下半部分的壓實效果較好；依靠自重作用的三鋼輪靜碾壓路機，其特點是利用滾筒在碾壓層表面來回滾動作用使土體密實，對表面的10cm壓實效果較好；羊角碾壓過后表面的10cm由于側(cè)壓力擠壓作用會產(chǎn)生翻松現(xiàn)象，三鋼輪靜碾壓路機正好彌補了這個缺陷。另外每填高2m采用沖擊碾進行補強，可以進一步增加壓實層強度及整體性。三鋼輪靜碾壓路機、凸塊式振動壓路機、沖擊碾的合理機械組合，有效提高了濕陷性黃土的壓實度，有效減小了填土的后期沉降。

③是填挖結合部處理不夠重視，方法不得當，造成薄弱截面，從而產(chǎn)生橫向裂縫等發(fā)生破壞。通過嚴格的臺階開挖、平行臺階碾壓、鋪設土工格柵等措施，了有效解決該問題的發(fā)生。

④是路面結構層施工前路堤沉降尚未基本穩(wěn)定。黃土沖溝高填路堤填筑完成后，都有一個自重沉降的過程，且沉降量隨時間推移由大變小直至收斂穩(wěn)定。很多黃土高路堤發(fā)生工后沉降過大導致使用性能下降，是因為在沉降未基本穩(wěn)定就進行了路面結構層的施工。本工法利用施工周期內(nèi)黃土路堤沉降觀測數(shù)值，用沉降量-時間曲線判別沉降是否基本穩(wěn)定，并預估剩余沉降量，在結構層施工前進行調(diào)整，有效降低工后沉降并使縱斷面高程符合設計。

2 處理方法的流程及操作要點

2.1 處理方法的流程

甘肅隴東地區(qū)黃土沖溝高填路堤施工的施工步驟主要包括施工準備、測量放樣、修施工便道、陷穴調(diào)查、基底情況調(diào)查、陷穴處理、基底處理、臺階開挖、填料攤鋪、壓實、檢測驗收、坡面防護及排水工程施工、沉降觀測等，其施工處理方法的流程如圖1所示。

2.2 操作要點

2.2.1 施工準備

1）技術準備：收到施工設計圖紙后，首先組織技術人員進行施工前的圖紙會審工作，同時進行技術交底。

2）測量準備：根據(jù)業(yè)主的要求和工程施工的實際需要，完成導線、水準復測工作和原地面復測工作，并根據(jù)復測結果校核路基設計橫斷面圖，有較大出入的要及時提交監(jiān)理單位審核上報。

3）試驗準備：根據(jù)技術規(guī)范要求的頻率取土樣，進行利用土方、原地面土方的天然含水率、最佳含水率、標準擊實試驗、路基材料CBR值檢測、塑液限指標、土的顆粒分析試驗、有機質(zhì)含量、易溶鹽含量以及黃土的濕陷性判定試驗等。

2.2.2 測量放樣

開工前按測量規(guī)程和設計圖紙要求進行現(xiàn)場放樣，定出路基中心線、坡腳線、零填線等。放樣樁距按20m控制，地形突變處單獨設樁。在施工過程中每填筑三層，按設計及規(guī)范要求測量放樣一次，恢復路基中線、邊線。測量放樣所用的木樁應帶有明顯標志。

2.2.3 修筑施工便道

隴東地區(qū)黃土沖溝多呈“V”字型，地勢陡峭，修筑施工便道至溝底通常難度很大。要充分調(diào)查施工點附近的地形條件，結合地形圖，根據(jù)設備配置情況，本著安全、環(huán)保、滿足施工需要的原則修筑。便道臨邊距離不得小于3m，并應做好臨邊防護。施工便道設簡易的排水設施，避免雨水沖毀。

2.2.4 洞穴調(diào)查

路堤填筑施工前應對填筑范圍以內(nèi)的洞穴（人工開挖的窯洞、果窖、墓穴以及天然形成的陷穴等）進行詳細調(diào)查。對于自然形成的陷穴，須通過開挖、放煙、灌水等方法摸清洞穴的類型（單進單出、單進多出、多進單出、多進多出等）、走向（水平、豎直、斜向）、大小等要素。路堤填筑范圍以外（一般為路堤坡腳以外20m范圍內(nèi)），對路基穩(wěn)定性有影響的陷穴洞口也要進行調(diào)查。

2.2.5 基底情況調(diào)查

路堤填筑施工前應對填筑范圍以內(nèi)的植被情況、原地面橫坡、縱坡、沖溝兩側(cè)山體穩(wěn)定性等進行調(diào)查。特別是對基底黃土的濕陷性、表層及深層土的含水率、承載穩(wěn)定性等進行詳細調(diào)查，為確定施工措施提供依據(jù)。

2.2.6 洞穴處理

1）路基范圍以內(nèi)人工開挖的窯洞、果窖、墓穴等洞穴應按要求放坡開挖后逐層碾壓回填，壓實標準與路基相同。具體處理方法詳見圖2。endprint

2）對陷穴的進口應截排周圍地表水匯入路基排水系統(tǒng)。路基范圍以內(nèi)的陷穴，豎直且深度較大的采用灌砂、灌漿等措施處理，豎直且深度較小、水平或斜向的采用開挖回填進行處理。

3）陷穴進口宜進行開挖回填，開挖深度不小于1.5m，坡比不小于1：1，留臺階并30cm布設一層土工格柵，于最上層用防水土工布、30cm灰土進行防滲處理。路基范圍以外，對路基穩(wěn)定性有影響的陷穴進口也要進行封填并做防滲處理。

2.2.7 基底處理

1）黃土沖溝高填路堤在條件允許的情況下宜采用強夯、沖擊碾壓等方法對原地表進行處治，以減小原地面的壓縮沉降量。強夯或沖擊碾壓后應對原地面進行整平碾壓。填筑范圍內(nèi)的原地面表層腐殖土、表土、草皮、垃圾、有機物殘渣、植物根系等均應進行清除，清表深度不小于30cm。原地面坑槽應在清除雜物后，用合格填料按路基填筑要求分層回填分層壓實。

2）含水量大于塑限的軟弱地基要采取換填法進行處理，換填的填料與路基同填料，切忌選用砂礫等透水性材料。

2.2.8 臺階開挖

基底處理后，根據(jù)實際地形情況，從坡腳位置向上分層開挖臺階，一般臺階寬度應不小于2m，并設置向內(nèi)2%--4%的橫坡。施工時應注意：臺階必須挖在穩(wěn)定的土層上，坡積、殘積土要清理干凈，根據(jù)地形條件，臺階方向宜盡量垂直于路線方向設置。考慮到壓實機械作業(yè)不留死角，臺階豎直面坡比宜為1：0.3左右，而不應豎直。黃土沖溝地形陡峭，開挖臺階可根據(jù)填高逐步開挖。路堤上部10m范圍內(nèi)臺階寬度應加寬至4m，保證填挖結合部的穩(wěn)定性。

2.2.9 取土場調(diào)查選定及填料運輸

路基施工前要對取土場的土質(zhì)進行詳細的調(diào)查、取樣、試驗。取土場的原地面表層腐殖土、表土、草皮、垃圾、有機物殘渣、植物根系等均要清除干凈。對于含水量達不到最佳含水量要求的取土場，根據(jù)施工需求提前進行規(guī)劃，采取悶土等措施提高含水量。要有規(guī)劃，自上而下分層取土，嚴禁挖神仙土或爆破取土。運輸車輛的配備應與現(xiàn)場施工機械相匹配，保證施工的連續(xù)性。

2.2.10 填料攤鋪

黃土路基填筑要特別重視填料的松鋪厚度，壓實后的厚度不大于30cm，松鋪系數(shù)根據(jù)不同攤鋪機械情況在現(xiàn)場通過試驗確定。填料攤鋪時，使用裝載機或推土機粗平，平地機精平。對于特殊情況下壓路機不能振動只能靜碾時，適當減小攤鋪厚度至小于20cm且大于10cm的范圍內(nèi)。為保證路基邊緣壓實度也符合規(guī)范要求，攤鋪時每側(cè)寬填50cm。每填高2到3m進行刷坡，將刷坡的土在本層利用。

2.2.11 壓實

1）碾壓前檢測填料含水率范圍是否符合ωopt+0%≤ω≤ωopt+2%的范圍，對于含水量較小的應灑水補充，含水量較大的做適度晾曬。還應對填料中的樹根等其它有機物進行清理。

2）含水量檢測合格后，三鋼輪靜碾壓路機穩(wěn)壓1遍。

3）凸塊式振動壓路機進行依次振動碾壓（低頻高幅），輪跡每次重疊9/10，路基兩側(cè)邊緣地帶應全輪補壓4～6遍，行進速度不超過3Km/h。

4）三鋼輪靜碾壓路機隨后進行依次碾壓，輪跡每次重疊9/10，路基兩側(cè)邊緣地帶應全輪補壓4～6遍，行進速度不超過5Km/h。

5）為進一步提高黃土沖溝高路堤的密實度和承載力，減少工后沉降，每填高2m用沖擊碾進行10～20遍沖擊增強補壓，沖擊碾行進速度不得低于12Km/h。

6）填挖結合部是黃土沖溝高填路堤施工質(zhì)量的薄弱環(huán)節(jié)，施工過程中要特別重視結合部的處置。填土高度1/2以上部分要按臺階情況增設土工格柵，格柵長度為臺階寬度的2倍以上。壓實作業(yè)結合部除按正常的壓實工藝碾壓外，還應將壓路機掉頭，平行于臺階的方向碾壓4至6遍，保證銜接部位的密實性。

2.2.12 檢測驗收

及時做好路基平面位置、寬度、高程以及壓實度等檢測工作，并做好相關記錄，檢測合格后方可進行下層的填筑工作。

2.2.13 路堤整修

整修時嚴格控制路基高程、平整度、寬度、橫坡，橫坡按單幅多點控制，保證同一坡度，達到路基表面平整、邊線直順、曲線圓滑、外形整齊、美觀的效果。整修后應做好臨時排水，防止雨水對路基的侵蝕。

2.2.14 路堤沉降觀測

1）路堤整修完成后進行沉降觀測，測量的范圍為兩個填挖交界處向路塹方向30m的兩個點之間的部分。從填土高度最大處向兩側(cè)布設觀測樁，每30m設一個斷面，每斷面分別于坡腳及路肩頂埋設4個觀測樁。每10天觀測一次，根據(jù)每個時間段的沉降量繪制4個點的沉降量-時間曲線，以填高最大斷面處處路肩的沉降量-時間曲線為主，當曲線斜率在某一點處小于等于0.2時，方可進行路面結構層的施工。其它斷面的沉降曲線用以輔助分析。沉降觀測樁布置示意圖及沉降量--時間曲線圖見圖3、圖4。

2）在路面結構層施工前根據(jù)曲線合理估算預留沉降量，對路基縱斷面高程進行調(diào)整。預留沉降量在填方范圍內(nèi)按二次拋物線布置。

3 材料與設備

3.1 工程材料

1）防水土工布：防水土工布要求厚度大于2.4mm，斷裂強度≥9.5KN/m，撕破強力≥0.24KN。

2）土工格柵：土工格柵的縱向拉伸強度≥80KN/m，橫向拉伸強度≥50KN/m，延伸率≤10%，幅寬不小于4m。

3）消石灰：三級以上，且石灰中不得含有未消解顆粒及粒徑大于10mm灰塊。

3.2 機具設備

采用本施工方法進行黃土沖溝高路堤填筑，按每個工作面每日填筑4000m計，主要機械設備配置見表1。

4 質(zhì)量控制

4.1 質(zhì)量控制標準

本工法嚴格遵照施工技術規(guī)范和行業(yè)施工技術規(guī)程等進行施工和質(zhì)量控制，主要規(guī)范規(guī)程如下：endprint

（1）《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準 第一分冊 土建工程》（JTG F80/1-2004）。

（2）《公路路基施工技術規(guī)范》（JTG F10--2006）。

（3）《公路工程技術標準》（JTG B01--2003）。

（4）《公路工程施工監(jiān)理規(guī)范》（JTG G10--2006）。

（5）《公路工程施工安全技術規(guī)程》（JTJ 076--1995）。

（6）《公路路基設計規(guī)范》（JTG D30--2004）。

4.2 質(zhì)量保證措施

（1）加強施工工序的控制與技術管理。嚴格進行工序間的交接檢查，對易產(chǎn)生問題或出現(xiàn)質(zhì)量通病的部位要技術投入和管理力度，嚴格遵守操作規(guī)程及施工流程。

（2）施工過程中，臺階的開挖作為填筑的前提條件，且臺階必須挖到老黃土上，嚴禁用虛土培出臺階。臺階的坡度必須向內(nèi)傾斜，臺階寬度大于2m，提高交界面的結合性能。

（3）在陷穴處理前一定要調(diào)查清楚陷穴的分布情況，重點對進口水源進行處理，陷穴處理以密實無空洞為標準，有條件時盡量采取開挖回填的方式，豎直且較深的陷穴可采取別的方式，但頂部封堵要徹底。

（4）土工格柵嚴格按照設計分層鋪設，并在挖方側(cè)采用鋼筋錨釘進行有效錨固。鋪設應平順，無扭曲、鼓包、斷裂、褶皺等現(xiàn)象，并與下層密貼。

（5）在施工過程中為防止和減少水分蒸發(fā)，必須確保施工各環(huán)節(jié)銜接緊湊，每層填筑施工在盡可能最短的時間內(nèi)完成，填料要及時攤鋪碾壓。

（6）要特別注重邊角地帶的壓實，并進行重點檢測。

（7）結構層施工前應仔細觀察縱斷面較高一側(cè)填挖結合部是否有橫向裂縫產(chǎn)生，如果有應以裂縫為中心線兩側(cè)進行開挖并留臺階（臺階數(shù)量不少于2個，寬度大于2m），用5%以上灰土進行回填壓實，壓實度按規(guī)范要求檢測，處理深度大于2m。

（8）施工時應做好臨時排水，并與永久性排水系統(tǒng)相結合，避免積水及沖刷邊坡。

5 安全措施

（1）貫徹落實"安全第一，預防為主，綜合治理"的方針。

（2）嚴格執(zhí)行逐級安全技術交底制度，開工前技術負責人將工程概況、施工方法、安全技術措施等情況向各分項施工負責人詳細交底，各分項施工負責人向各作業(yè)人員進行書面安全技術交底，各級書面交底有交接人簽字，并存檔備查。

（3）加強日常安全生產(chǎn)檢查，發(fā)現(xiàn)隱患立即下達隱患通知書，限期整改，如有危及人生安全的緊急險情和重大隱患應立即停止其作業(yè)。

（4）按要求設置臨邊防護措施，并設立醒目的標志標牌，施工區(qū)域嚴禁閑雜人員進入。

（5）設置山體穩(wěn)定性觀測設施，并設專人進行觀測，發(fā)現(xiàn)有滑坡、垮塌等前兆應現(xiàn)象，應立即停止施工并對不穩(wěn)定土體進行清除。

（6）嚴格執(zhí)行安全操作規(guī)程，按照作業(yè)要求發(fā)放勞保用品，進入施工現(xiàn)場必須戴好安全帽，嚴禁違章指揮、冒險違章作業(yè)。

（7）工地安全員、機械操作人員應持證上崗。

（8）機械作業(yè)時，安全距離內(nèi)嚴禁站人；夜間施工，施工現(xiàn)場應設置足夠的照明裝置；整個作業(yè)應有專人指揮。

（9）操作人員按照機械說明規(guī)定，嚴格執(zhí)行工作前的檢查制度和工作中注意觀察、工作后的檢查保養(yǎng)制度。

（10）雨季或者暴雨發(fā)生前，將機械撤離陡坎下方或臨邊區(qū)域，以防不測。

6 環(huán)保措施

（1）嚴格遵守國家有關環(huán)境保護方面的法律法規(guī)。

（2）組織職工學習環(huán)保知識，加強環(huán)境意識，使大家認識到環(huán)境保護的重要性和必要性。

（3）強化環(huán)保管理，定期進行環(huán)境檢查，及時處理違章事宜，做到文明施工。

（4）在機械施工過程中，要盡量減少噪聲、廢氣、廢水等的污染，機械運轉(zhuǎn)過程中要進行灑水降塵。

（5）取土場應有規(guī)劃，自上而下分層取土，取土后的黃土坡面應平整、美觀，坡度設置不陡于1：0.5，至少8m高留一個臺階，臺階寬度大于2m并設平臺排水溝、急流槽等排水設施，防止邊坡失穩(wěn)、水土流失。

（6）清表的腐殖土應妥善存放，待施工結束后將表土用以復墾或恢復植被，以保護環(huán)境。

7 資源節(jié)約

經(jīng)過反復的現(xiàn)場試驗，采用光輪振動壓路機壓實黃土的傳統(tǒng)工藝，往往壓實效果不佳，不容易達到規(guī)范規(guī)定的壓實度或達到壓實度要求所需要的碾壓遍數(shù)和碾壓時間要求較高，整套設備運轉(zhuǎn)不連續(xù)，很難形成流水作業(yè)，生產(chǎn)效率低。西合二級公路改建工程項目部經(jīng)過試驗得出，甘肅隴東地區(qū)黃土在其它條件不變的情況下采用傳統(tǒng)的光輪振動壓路機和本處理方法所用的機械組合進行相同功率的碾壓作業(yè)后，壓實度可提高4%--5%，技術效益明顯。有效提高了生產(chǎn)效率，降低了設備使用量及能耗，資源節(jié)約效應明顯。并顯著增強了甘肅隴東地區(qū)黃土沖溝高填路堤的施工質(zhì)量，減小高路堤工后沉降造成的各種病害，極大地節(jié)約了后期維修的人力和物力投入。

8 結束語

雖然黃土地區(qū)沖溝高填路堤處理的方法有多種，具體選用哪種方法最為合適，要結合工程所處環(huán)境具體分析，一旦處理不當，就會給工程建設帶來重大危害。本處理方法可有效減小高路堤工后沉降，防止黃土高路堤失穩(wěn)變形、路面斷裂、錯臺等病害，極大地提高了行車舒適度和安全性，社會效益顯著。

[責任編輯：張濤]endprint