市政路橋工程中路基加固處理技術研究

朱立地

(安徽省公路工程建設監理有限責任公司，安徽 合肥 230051)

引言

經濟的進步促使城市建設腳步加快，公共項目與建設工程的規模越來越大，以市政路橋工程為例，此類工程項目是支撐城市發展、保障居民日常出行與生活的基礎工程，隨著工程規模的提升，路橋設計工作難度也逐漸提升。很多城市將市政道路橋梁工程建設的質量作為評價城市形象、市民生活品質的關鍵指標。在此類工程施工中，遇到軟弱地基是一種較為普遍現象，此種地質基礎會影響整個工程建設。因此，必須加強對軟基處理技術的研究與應用，以確保市政工程建設的質量、改善城市道路運輸、保障居民的出行安全性與平穩性。

1 市政路橋項目實例

工程施工區域為 S133 國道 KT161+870 m～KT164+125 m，在對此項目施工所在地的現場勘驗中發現，路橋工程所在路基已經出現大面積塌陷、裂縫現象，部分路基已經出現了顯著滑動。

北部路基的平均沉降深度為5 cm，最深處為12 cm；路基南段的沉降平均為4 cm，最深處為15 cm。路基的平均滑動裂縫寬度高達3.8 cm。同時，路基擋墻自身已發生變形、整體結構已經出現失穩，護坡整體質量較差。

據了解，該工程早年曾出現過攔墻垮塌事故，后經過修筑，現如今已發生嚴重傾斜，有隨時坍塌的危險。此種現象不僅對汽車和行人的安全造成了威脅，而且對汽車在道路上行駛自身的損傷產生影響，現階段已經影響到了該工程的有效使用壽命。

經現場勘察，該路段為軟土地基段，最大填土深度為6 m，平均4 m，因此有必要在施工中采取措施進行路基的加固處理。

2 市政路橋工程中路基加固處理技術

2.1 土工格室施工及加固處理

土工格室是一種由多層聚合物格板拼接而成的具有蜂窩或網格狀的立體結構，其主要作用是通過限制作用提高其強度和模量[1]。圖1 為土工格室基本結構示意圖。

圖1 土工格室基本結構示意圖

圖1（a）為網格狀立體土工格室結構；圖1（b）為蜂窩狀立體土工格室結構。在沒有黏性的土中，例如沙土、沙礫土，當圍壓較小時，其剪切和彈性模量一般都比較低，而當土工格柵結構具有一定的附加約束時，則可以通過土工格柵的附加約束來增加其剪切和彈性模量[2]。與其它土工合成材料相比，土工格室具有更好的束縛作用，因此其應用非常廣泛[3]。在鐵路建設中，土工格室的應用范圍包括地基加固、地基處理、邊坡綠化等。為實現對市政路橋工程中路基的加固，引入土工格室施工及加固方案，將提升路基整體穩定性作為目標，按照“施工準備→土工格室布設→材料填充→平整碾壓”的施工流程進行加固[4]。在鋪好土工格室前，應先做好施工準備、中線放樣、清理和清理下承層，并參照行業標準，準確地計算出鋪好的土工格室后的路面平整程度[5]。土工格室生產出來后，會被壓得很緊，首先張拉格室，讓其處于緊繃狀態，主要是在格室的橫梁兩端，用一根鋼筋樁將其固定在格室的下部，然后將格室吊在上面，根據設計的長度比例來決定其寬度，而不同的格室則要通過格子的連接件進行連接[6]。當土工格室布置好后，再將級配碎石等材料放入土工房，填埋工作將在48 h 內完成。物料的填充高度通常要比土工房高10 cm 以上，超出的部分可以作為防護層。在完成上述施工后，在該結構上增加側向限制加固機制，其限制作用原理見圖2。

圖2 土工格室側向限制作用原理示意圖

除此之外，上部結構產生的荷載能夠使土工格室產生一個豎直向下的變形彎曲，進而產生拉力，見圖3。

圖3 土工格室加固膜效應示意圖

豎向張力的分力有利于減輕路面的荷載，減少路面的垂直沉降，增加路基的承載力。通過上述兩方面的加固作用，促進路基承載力提升，減少路基沉降，并能夠在一定程度上縮短市政路橋工程施工的時間。

2.2 增加混凝土楔形體結構

在上述土工格室施工基礎上，為進一步實現對路基的加固，增加混凝土楔形體結構。根據市政路橋設計規范，在路橋路基表層下方設置一定長度的混凝土楔形體，以此達到提升路基剛度的作用[7]。結合圖4 所示的市政路橋過渡段縱斷面示意圖，確定混凝土楔形體結構參數。

圖4 市政路橋過渡段縱斷面示意圖

在上述市政路橋過渡段縱斷面結構基礎上，確定過渡段的具體長度，其公式為

式中：L 為市政路橋過渡段長度；a 為過渡段頂部沿著市政道路方向的長度；H 為路堤高度；h 為路基基床表層厚度；n 為常數系數。在確定混凝土楔形體結構時，可通過建模與模擬施加荷載的方式確定不同混凝土楔形體結構參數對應的路基結構在豎直方向上的沉降變量。選擇將沉降量最小時對應的參數作為混凝土楔形體結構的基本參數，嚴格按照參數完成對這一結構的設置。在混凝土楔形體結構的加固作用下，路基的剛度能夠得到有效提升，在市政路橋上行車荷載的作用下，沉降能夠得到顯著降低，并且呈現出更加平滑的過渡狀態。

2.3 市政路橋瀝青混凝土墊層加固施工

鋪筑瀝青墊層的目的在于改善地基的荷載分配，降低地基的壓力，具有防水功能，對土體質量不佳的地基具有良好的承載力。穩定的瀝青地基可以提高運營效率，降低維修費用，對鐵路及軌道運輸企業具有長遠的經濟效益[8]。基于此，在完成對混凝土楔形體結構的設置后，進行路橋瀝青混凝土墊層加固施工。要求瀝青混凝土墊層材料的密度應為240 kg/m3；彈性模型應為120 MPa；泊松比應為0.25。圖5 為瀝青混凝土墊層加固位置示意圖。

圖5 瀝青混凝土墊層加固位置示意圖

在市政路橋路基基床表層設置厚度為0.3 m，長度為20 m 的瀝青混凝土地層。通過對施加行駛車輛荷載進行計算后，得到路基豎直方向上沉降位移變化數值，并根據具體數值確定墊層結構參數。在經過瀝青混凝土墊層的加固后，市政路橋路基的沉降得到有效控制。

3 實證分析

以上述項目為例，結合工程項目所在地的基本情況，設計以下加固方案：

使用套管灌漿法，在路基上按照一定的角度，在土層上打出一定的孔洞，填入套管，安裝外筒，使其在土體內永久保持。灌漿外管以外留出漿孔，并在出漿口增設截流閥，灌漿時，將帶有封堵機構的灌漿內管置于灌漿外管中，對需要灌漿的部位進行灌漿。從而在軟土層裂縫中便可以形成具有較高剪切強度的網狀漿脈復合物，起到加固基礎結構的綜合作用。

為了使加固施工達到預期的工程效果，做好在施工前的準備工作，根據純水泥漿在不同配比下的基本性能，進行施工材料的配制。基本性能見表1。

表1 純水泥漿在不同水灰比配合比下的基礎性能

根據上述結果，在施工中結合工程需求與實際情況，選擇對應的水灰比配置路基加固施工材料。

按照設計要求進行布線，孔位，并嚴格按照圖紙進行施工；根據放線孔的位置，將鉆機安裝到指定的位置，測量垂直度和傾斜角度后，進行鉆進施工。在作業中，應做好工程數據的詳細記錄，包括鉆進方向等，及時掌握異常情況，采取有效的處理措施，并由現場技術人員確認后，才能進行下一步驟的作業。設計孔位誤差不能超過10 cm；根據設計的配比或者泥漿的比例來制備泥漿。攢拌漿料不能少于3 min，準備好的料漿不能存放2 h 以上。根據工程需求，設計的技術參數見表2。

表2 施工設備、技術與參數

采用采巧貝克曼梁法，在加固處理前后，測試路基回彈彎沉，為評價加固技術在路基路面結構中的應用提供依據。實驗結果見表3。

表3 路基加固處理前后回彈彎沉

4 結論

根據上述研究，得到以下幾個方面的結論：

（1） 根據表3 路基加固處理前后回彈彎沉結果，路基加固處理后回彈彎沉值＜路基加固處理前回彈彎沉，證明設計方法可以起到控制路基回彈彎沉的效果，即加固工作的實施可以在應用中起到一定穩固結構的作用。

（2） 本次研究受多方因素的影響，未能從多角度進行方法的校驗，下一步驟的工作中，將結合理論推導與實踐檢驗的方式，對施工中不同變量之間的關系進行深入論證，以設計施工材料最優配合比，為該方法的設計與研究成果給予全面修正。