高填方路基工后不均勻沉降分析及對策

陳世民，葉 楊，李 江

(1.上海建工集團股份有限公司，上海 200080；2.上海建工一建集團有限公司，上海 280080)

1 工程概括

環(huán)天府新區(qū)快速通道工程按一級公路標準建設(shè)，全長48.652 km，一標段全線長8.32 km，路面寬度57m，為雙向6車道；部分為市政道路段，路面寬45 m，為雙向4車道，設(shè)計時速80 km/h。道路主要位于丘陵地帶，該地區(qū)溝壑縱橫、植被茂盛，路堤邊坡最大填高達25 m。一小部分道路位于居民、廠房密集區(qū)域。本標段路基挖方約266萬m3(含挖淤泥、軟基換填、低填淺挖等)路基填方約127萬m3，路基填筑材料主要為Ⅲ類土和Ⅳ、Ⅴ類石的土石混填料。

2 不均勻沉降原因分析及對策

2.1 地基沉降

在工程地質(zhì)不良或軟弱地基處進行高路堤填筑時，由于地表土壤密度小，含水量大，壓縮變形大，承載力低。當路堤填料逐漸增加后會使原地基產(chǎn)生壓縮變形，從而導(dǎo)致路堤出現(xiàn)沉降，因此需對路基進行處理并保證承載力滿足設(shè)計要求。環(huán)天府新區(qū)快速通道工程根據(jù)設(shè)計文件和地勘報告可知地基土表層為粉質(zhì)粘土，褐黃色，軟塑，表層包含植物根，厚6～8 m，屬軟弱地基，應(yīng)進行地基處理，設(shè)計文件要求采用碎石樁方式進行地基處理。碎石樁施工完成后需進行復(fù)合地基承載力試驗，復(fù)合地基承載力大于180 KPa。

2.2 路堤自身工后沉降

盡管高填方路基按照規(guī)定的填料和壓實度要求填筑，但由于路基填筑高度大，以及填料的不均勻性，扔存在一定的工后壓縮變形和不均勻變形，造成路面開裂、不平整等病害。因此在工程中需對高路堤進行沖擊碾壓或普夯等方式增強補壓，并鋪設(shè)土工合成材料等措施減小工后沉降以及降低引起的病害。

(1)沖擊碾壓

沖擊碾壓是兼具強夯機和普通振動壓路機優(yōu)點的一種壓實方式，作業(yè)方式是采用沖壓和轉(zhuǎn)動重壓的一種復(fù)合方式。工作中壓實輪對路基產(chǎn)生大振幅沖擊剪切，相當于地震波傳播的特性，以高振幅、低頻率的方法將產(chǎn)生的極高能量壓入到地面，對路基產(chǎn)生劇烈的沖擊作用，可有效增大壓實厚度和壓實體積，并減少壓實遍數(shù)，從而大大提高高填路基的壓實效率。因環(huán)天府新區(qū)快速通道工程回填材料主要為土石混合料，沖擊碾壓作用在土石混合料中，產(chǎn)生強大的沖擊波向深層土石混合填料傳播，能量在土石混合料中傳遞時克服土石顆粒之間的吸附力、黏聚力，使疏松的土石顆粒咬合狀態(tài)變得更加緊密，土顆粒及細石顆粒逐漸填充到粗石顆粒孔隙之中，使填料得到充足的壓實，從而達到快速高效的壓實土石混填料的目的，避免由于壓實度不夠、壓實不均勻等引起的路堤產(chǎn)生較大變形，從而導(dǎo)致路基產(chǎn)生不均勻沉降以及路面開裂這些影響交通安全因素的產(chǎn)生，提高路面的服務(wù)水平。根據(jù)施工經(jīng)驗可得出土石混合填料填筑路基時采用沖擊碾壓后壓實效果更為顯著。

圖1 沖擊壓路機工作原理

沖擊碾壓的速度一般控制在12～20 km/h，而一般壓路機行駛速度為4～6 km/h，相比較而言施工速度快，尤其對較長、較寬的路基段落，效率更高。且沖擊碾壓作用范圍大，沖擊碾壓的壓實影響深度一般在1～1.5 m，比傳統(tǒng)的振動壓路機有更好的壓實功效，有效解決普通壓路機需要嚴格控制層厚的問題。對于普夯而言沖擊碾壓工費較低，性價比較高。

沖擊碾壓全面施工以前應(yīng)進行沖擊碾壓工藝試驗，試驗段長度選取200 m，試驗段施工時，記錄原地面壓實至合格的遍數(shù)、填筑層的松鋪厚度、壓實厚度、壓縮比、平整度等參數(shù)。對試驗段記錄的各項數(shù)據(jù)進行總結(jié)，用于指導(dǎo)全段路基高填方?jīng)_擊碾壓施工。自行式?jīng)_擊壓路機單塊最小沖壓施工面積不宜小于1 000 m2，牽引式?jīng)_擊壓路機單塊施工面積不宜小于1 500 m2。較窄的工作面但設(shè)置了轉(zhuǎn)彎道的最短直線距離不宜小于100 m，寬度不宜小于6 m。根據(jù)現(xiàn)場沖擊碾壓施工場地情況以及各種型號沖擊壓路機使用條件合理選擇施工機械。沖擊式壓路機工作前方如有結(jié)構(gòu)物應(yīng)及時調(diào)頭，安全距離不小于5 m。靠近結(jié)構(gòu)物臺背處2.0 m及結(jié)構(gòu)物頂部的填土高度不大于2.0 m范圍內(nèi)，禁止沖擊碾壓。沖擊式壓路機工作時，壓實輪外緣應(yīng)與填層邊緣保持不小于1 m的安全間距，防止沖擊能量大，損壞填層邊部。為保證路基填筑部位碾壓充分以及防止虧坡導(dǎo)致路基寬度小于設(shè)計要求，路基每側(cè)填筑寬度應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求加寬50 cm。

(2)鋪設(shè)土工合成材料

土工合成材料是指應(yīng)用于巖土工程和土木工程中合成材料的總稱。主要材料為聚丙烯、聚乙烯和聚酯等。采用聚丙烯、聚乙烯材料制成的土工合成材料可用于酸堿環(huán)境中，但不宜長期直接暴露在陽光中。采用聚酯材料制成的土工合成材料則相反，不適用于酸堿環(huán)境中。土工合成材料有較高抗拉強度，埋于土石中可承受一部分拉應(yīng)力，增加土體穩(wěn)定性，所以高路堤上鋪設(shè)土工合成材料主要起到加筋的作用，同時土石作為散粒體通過土工合成材料這種連續(xù)介質(zhì)改善了其工程特征。對于高路堤的不均勻沉降起到了一定的減小和調(diào)節(jié)作用。加筋用產(chǎn)品形式包含土工織物、土工格柵、土工復(fù)合材料、土工格室等，本工程采用土工格柵(80 KN/m)。土工格柵具有較高強度，其開孔可容周圍土石等材料穿入，由于土石粒可以嵌入土工格柵的格柵孔口之內(nèi)，產(chǎn)生較大的摩擦力，對于路堤加筋效果更為顯著。土工格柵按受力性能一般分單向、雙向和三向格柵，本工程需要考慮多方向受力，采用雙向土工格柵。目前各類土工合成材料價格相差無幾，但在同等應(yīng)變下土工格柵強度最高，所以從技術(shù)經(jīng)濟角度出發(fā)，采用土工格柵性價比最高。

土工合成材料的抗拉強度是路堤加筋的基本要求。土工合成材料易受尖硬突出物刺破、頂破，為免受施工損壞，保證強度的發(fā)揮，土工合成材料強度需滿足設(shè)計要求。填方的壓實是保證土工合成材料發(fā)揮加筋作用的關(guān)鍵，只有具有良好壓實的填方，才能保證土工合成材料和土石之間具有足夠的摩擦力。

3 高填路基預(yù)沉降

高填方路基一般在經(jīng)歷一個雨季后，很多病害都會暴露出來，因此在路基施工中合理安排高填方路基的施工，給高填方路基預(yù)留一個雨季的沉降期，便于進行相關(guān)病害的處治，利于沉降穩(wěn)定。同時高填路基施工時填方高度要略高于設(shè)計標高，預(yù)留一定的下沉量。通過招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司對四川成雅高速公路全線高填方路基，以及廣西南寧—桂林高速公路部分高填方路基不均勻沉降實測結(jié)果進行分析，發(fā)現(xiàn)為控制路基不均勻變形，高填方路基工后沉降控制指標取40 mm較為合適。

4 結(jié) 語

高填方路基施工具有投資大、工程量大的特點，高路堤施工質(zhì)量是影響整個環(huán)天府新區(qū)快速通道工程完成質(zhì)量的關(guān)鍵部位。因此高填方路基施工時須嚴格按照設(shè)計及規(guī)范要求施工，保證高路堤施工的每一道工序滿足質(zhì)量要求。通過對高填方路基施工質(zhì)量控制措施的總結(jié)分析，指導(dǎo)工程施工，控制施工質(zhì)量，優(yōu)化高填方路基施工工序，重點把控關(guān)鍵部位，最大程度上減小和控制本工程高填方路基的不均勻沉降。