公路填挖交界路基病害處治的設計方案

王 勇

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

隨著我國公路里程的不斷增長，公路建設水平也在不斷提高，目前我國中東部路網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)完成，西部地區(qū)也在逐步完善。中西部地區(qū)在公路建設過程中遇到的濕陷性黃土路基、軟黏土路基、填挖結(jié)合部路基等，嚴重制約了公路的建設質(zhì)量，導致路基路面出現(xiàn)了一系列的病害，影響到公路的使用性能和安全性能。針對公路填挖結(jié)合部的特殊部位處理上，一些好的研究成果并沒有在實際工程建設中得到應用，設計理論也落后于工程實踐，如何解決好這些部位的路基問題，進行病害處理，不僅需要綜合研究確定科學的穩(wěn)定加固技術(shù)，也需要在施工和設計中認真對待，以滿足公路技術(shù)質(zhì)量要求。

1 填挖交界路基病害特征及形成原因

1.1 填挖交界路基病害特征分析

目前甘肅省內(nèi)所建設的公路在填挖交界路基出現(xiàn)病害的數(shù)量不少，例如渭武高速、蘭永快速通道等，因為地質(zhì)條件的復雜性，線路內(nèi)填挖交界斷面較多，都不同程度的出現(xiàn)了路基路面病害[1]。病害形式主要以裂縫、車轍和龜裂為主，并伴有地基沉陷，有的地方甚至出現(xiàn)了半幅路基滑塌及支擋結(jié)構(gòu)物位移等邊坡失穩(wěn)狀況。

其中，填方裂縫是由內(nèi)部填方發(fā)展而來的，裂縫具有不可避免性及產(chǎn)生的隨機性。填方路基在自重及其他條件下會在豎直方向和水平方向上產(chǎn)生變形，變形量與挖方路段不同，就會形成不均勻沉降，在交界處的填方側(cè)形成了拉伸應變區(qū)域，挖方側(cè)形成壓縮應變區(qū)域，此時填方的抗拉強度低，更容易形成裂縫。如圖1所示，在填挖交界處形成的縱向變形裂縫與原有路基狀態(tài)有關(guān)，在填方形成的裂縫，是由于垂向的不均勻沉降導致，與填方高度有關(guān)。橫縫的產(chǎn)生狀況與此類似。縱向裂縫發(fā)展發(fā)展到一定程度，在降雨等誘因下，會發(fā)生近似弧線的邊坡失穩(wěn)狀況[2]。

圖1填挖交界縱向變形裂縫

1.2 填挖交界路基病害成因分析

1.2.1 自身原因

當原有地面的橫坡度較大，橫斷面與原有地表相交叉，形成橫向的半填半挖,見圖2（a）；或沿路線方向原地面縱坡較大，與路基縱斷面相交叉，形成縱向填挖交界，見圖2（b）。填土自重產(chǎn)生的下滑力大于界面間的約束阻力時，在界面處產(chǎn)生滑動，出現(xiàn)不均勻沉降。

1.2.2 設計方案不能滿足要求

圖2填挖交界示意圖

填挖交界處的設計需要基于土的性質(zhì)的結(jié)構(gòu)形式、受力特性來綜合決定，但是目前在同一地區(qū)或者同一條路上往往會直接套用已經(jīng)做好的設計方案，只是改一改參數(shù)就確定了設計內(nèi)容，導致一些交界面的設計不符合實際情況，例如土的性質(zhì)、氣候、地質(zhì)等環(huán)境條件對路基的影響是一個持續(xù)的過程，不切實際的設計會導致路基提前出現(xiàn)破壞。

1.2.3 填方段存在不良地基

不良土層在受力后會產(chǎn)生較大變形，例如軟土層、濕陷性黃土等，在填方路段一定厚度土層的附加應力作用下會產(chǎn)生固結(jié)、次固結(jié)沉降。而且不同的土層沉降變形周期不同，在前期變形得到控制的情況下，可能在輪載作用下1～2 a內(nèi)就會產(chǎn)生嚴重變形，抗剪強度和承載力嚴重下降，甚至會出現(xiàn)側(cè)向擠出，影響路基的整體穩(wěn)定性。

1.2.4 施工質(zhì)量控制不足

施工單位在進行交界處施工時，對于臺階的開挖不到位，增加開挖臺階的寬度和厚度等，會影響填方的壓實效果，導致后期沉降量不易控制，增加后期變形量。在進行填方碾壓過程中，施工單位往往沒有按照規(guī)范要求進行碾壓，造成了設計標準不能得到有效的體現(xiàn)。碾壓中機械設備的選擇、碾壓遍數(shù)、間隔時間、每層土厚度的控制、土的含水量控制等，都會影響填方的壓實效果。

1.2.5 水分的影響

大氣降水、地下毛細水等侵入到路基，會對路基的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。在填挖交界處，受地形的限制，擋土結(jié)構(gòu)物上缺少泄水孔、急流槽等，導致水分不易排出，墻背產(chǎn)生飽水現(xiàn)象，水分會使路基材料軟化，內(nèi)摩擦角減小，抗剪強度下降。地下水的交替作用還會產(chǎn)生毛細管張力引起的負孔隙水壓力增加，使土體產(chǎn)生沉降變形。

2 填挖交界路基的設計

2.1 基底處理設計

在地質(zhì)不良的地區(qū)，基底處理不徹底、不恰當會引起填挖交界面產(chǎn)生不均勻沉降，并影響公路的整體穩(wěn)定性。在廣布黏土、淤泥質(zhì)土、膨脹土等高液限黏土地區(qū)，可以通過填筑砂礫石，添加石灰、水泥進行穩(wěn)定處理，換填加筋等方式進行處理，并檢測壓實度、回彈模量、彎沉等指標，對沉降進行控制。例如某高速濕土地基進行灰土處理設計，通過設計三種摻灰計量，進行分段試驗，在摻灰之前開挖邊溝和翻版晾曬的工作，待碾壓之后測試左右幅的壓實度，總結(jié)出灰土在高于濕土最佳含水量的1%～2%時，效果最佳。

2.2 路基沖擊壓實的試驗設計

施工階段的路基的沖擊壓實與路基結(jié)構(gòu)層沉降有關(guān)，在沖擊碾壓試驗中測試不同遍數(shù)下的沉降量和含水量等指標，研究表明路基沉降量與沖壓遍數(shù)具有相關(guān)關(guān)系[3]，見圖3，沉降量隨著沖壓遍數(shù)的增加而先增加后減小，沉降量在前10遍達到了1.35 cm，達到總沉降量的75%，在后期出現(xiàn)了負增長。同樣在壓實度和回彈模量試驗中也出現(xiàn)類似趨勢，所以在進行碾壓過程中一定要控制碾壓次數(shù)。

圖3沉降量隨沖擊碾壓的變化示意圖

2.3 土工格柵的布置設計

土工格柵具有良好的加筋、壓實和抗變形作用，并且格柵的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能夠有助于孔隙水壓力的消散，保證結(jié)構(gòu)層材料的抗剪強度和整體性，因此有必要對土工格柵的布置進行設計。根據(jù)建模研究格柵布置間距與豎向位移的響應分析，確定縱向填挖土工格柵布置圖，見圖4。對于縱坡為1∶2的情況，設置高1m，寬2 m的臺階，不然需要以高1 m或?qū)? m為控制標準，每層臺階上鋪設10 m長的土工格柵，挖方段長2 m，填方段長8 m，寬度為路基全寬。對于填方高度較大的路段，于路床頂面以下H/2高度范圍內(nèi)按間距1 m進行設置。另外為保證格柵的穩(wěn)定性，需要進行錨固設計，可以在挖方段用φ8U型鋼筋錨固，縱橫向間距100 cm。在搭接過程中要保證搭接寬度不小于10 cm，用鋼絲捆綁時呈“之”字型布置。在土工格柵上部土層達到50 cm以下時，只能利用光輪壓路機碾壓。

圖4 縱向填挖土工格柵布置圖（單位：cm）

2.4 防排水設計

半填半挖路基接觸面易受水的侵害，做好路基的防水和排水設計有助于提高路基的穩(wěn)定性。防水設計要求在路面結(jié)構(gòu)中設置粘層等防止路面的水進入到路基之中，對于路基土不良的地區(qū)要提前進行土層的換填，防止毛細水上升進去路基當中。做好路基的排水工作首先要選用砂礫土等透水性較好的土層，其次在通過控制路基填料本身的孔隙率可以增強路基的排水能力，通過在路基中增加間隔30-50 m的橫向排水管道，水分可以在滲透作用下滲入到排水管道之中，從而排向結(jié)構(gòu)外；高邊坡路段設置傾斜的泄水管，呈三角形布置伸入到浸潤線內(nèi)[4]；根據(jù)路基邊坡的排水量計算排水盲溝的寬度和深度時，需要留有一定的富余系數(shù)，來預防惡劣天氣帶來的雨量增加，邊溝需要采用防滲措施，在迎水側(cè)設置反慮土工布，防止水分進入到路基內(nèi)部。

3 填挖交界病害處理措施

3.1 加強施工的質(zhì)量控制

施工的質(zhì)量控制一方面需要加強筑路材料的質(zhì)量檢驗，防止不合格材料的使用，杜絕為搶工期待地基處理時間未達到就開始施工。嚴格核實機械設備的重量和碾壓遍數(shù)，確保填挖交界處的碾壓到位，不留死角。加強特殊天氣下的管理，在雨季時合理安排作業(yè)時間，減輕雨水對路基的沖刷和浸泡，路基填筑土需要經(jīng)過晾曬含水量滿足要求下才能進行施工填筑，冬天土在受凍條件下不能進行填筑和壓實作業(yè)。施工完成后對路基土的壓實度進行檢測，達到規(guī)范要求后再進行后續(xù)的工序施工。

3.2 注重后期的養(yǎng)護管理

交界處的路基病害較大部分是由于不均勻沉降造成的，運營過程中的動載作用是直接因素。在使用過程中，需要加強對超載超限行為的監(jiān)管。其次日常養(yǎng)護期間，當遇到車轍、裂縫時需要及時修補裂縫，填筑冷補料，防止病害的進一步擴展影響到路基，當病害較嚴重時，需要挖除做換填和加筋處理。

4 結(jié)語

公路填挖交界處的處理一直是路基工程的重點和難點，因其路基土的原始狀態(tài)不同，在施工中通過工程手段難以保證雙向的工程特性一致，因此在通車后的一段時間內(nèi)會出現(xiàn)路基路面的病害。本文結(jié)合室外試驗和相關(guān)研究成果從沖擊壓實、防排水及土工格柵的布置提出了防治措施，并要求施工中加強監(jiān)管和質(zhì)量控制，后期注重管養(yǎng)，通過綜合手段來有效降低路基的差異沉降，保證公路的安全暢通。