山嶺重丘區高速公路改擴建路基拼寬段不均勻沉降防治分析

劉 崢,曾祥澤

(廣西桂鹿高速公路有限公司,廣西 南寧 530022)

0 引言

本文以G72泉州至南寧高速公路廣西桂林至柳州段改擴建工程為研究背景,該項目全長100.809 km,橋隧比為11.98%,全線路基占比較高,沿線經過平原微丘區及山嶺重丘區。該項目路基拼寬施工質量將直接影響建成后高速公路的耐久性,又因拼寬段路基與既有路基交界處會極易呈現不均勻沉降的現象,故對高速公路改擴建路基不均勻沉降問題展開全方位的分析,并總結出拼寬段路基施工的技術要求,具有重要的研究價值。

1 高速公路改擴建路基拼寬方式及不均勻沉降原因分析

1.1 高速公路改擴建路基拼寬方式

該項目主線按雙向八車道高速公路標準進行改擴建,改擴建方式以兩側拼接為主,局部單側拼接或分離為輔,老路利用率為91.3%;設計時速分別為100 km/h、120 km/h,路基寬度分別為41.0 m、42.0 m。分離式路基施工整體和新建高速公路施工一樣,本文不再論述。本文主要針對拼寬路基施工問題進行相應分析,并提出質量控制措施。

1.2 路基拼寬中不均勻沉降原因分析

因為老路基遭受到了長時期的雨季作用,再加上長年的運營,使得路基出現了一定的沉降,整體結構表現出相當程度的不穩定性。而新拼寬路基處于后施工階段,相對經歷雨季時間較少,同時還存在軟弱地基等問題,整體的施工質量控制對工后沉降呈現出不利狀態。同時,由于新舊路基界面強度存在著部分缺陷等問題,在這種情況下,到了試運營期必然會出現一定程度的沉降變形;在運營荷載、工后沉降等綜合作用之下,會使得新老路基出現不同程度的沉降,這對于新老路基結合部而言則必然會出現對應的開裂現象,在外界雨水的滲入侵蝕下,裂隙會逐漸擴張,輕則影響行車舒適性,重則引起結構性破壞,影響運營安全。所以,必須要防治好新老路基的不均勻沉降,此為核心要點所在。

2 高速公路改擴建路基拼寬段不均勻沉降防治措施

2.1 填方路基銜接控制

老路基填土邊坡穩定一般較好,但邊坡坡率紊亂,坡面不規整,且邊坡灌木叢生,其根系發育,統一按坡率為1∶1.5進行削坡難以清除。因此,需先進行清表30 cm后以1∶1坡率削坡同時開挖臺階,第一級臺階采用150 cm(高)×150 cm(寬),以上各級臺階采用100 cm(高)×100 cm(寬)分臺階開挖。對于老路基兩級、三級以上邊坡時,在清表30 cm以后的平臺外側邊緣,以第二級1∶1.5、第三級1∶1.75的坡率進行削坡,臺階高度均按100 cm控制[1]。對于老路基內部存在滲水情況,采用在老路坡腳設置縱向碎石盲溝,拼寬段位置每隔20 m設一道橫向碎石盲溝引入拼寬段排水邊溝。如下頁圖1所示。

2.2 挖方路基銜接控制

G72泉州至南寧高速公路廣西桂林至柳州段改擴建工程大部分路段位于山嶺重丘區,路基土石方開挖方量大。為做好邊施工、邊通車期間原有運營高速公路安全、暢通工作,也根據《廣西壯族自治區高速公路管理辦法》對現有公路兩側施工200 m范圍內禁止爆破的規定,本項目整體拼寬段的土質、巖質邊坡開挖采用機械開挖(或破碎錘+機械開挖)等手段進行。機械開挖邊坡的施工過程中嚴格執行“清表一級、開挖一級、防護一級、綠化一級、穩固一級”的分級支護分級開挖的施工方式,直至挖至拼寬段的合理高程后,參照填方路段進行拼接施工。開挖設計和工藝流程分別如下頁圖2、圖3所示。

邊坡施工中對邊坡的穩定性進行嚴密監測也是必不可少的,注重邊坡開挖后的形變監測工作,根據現場實際情況,針對高邊坡逐個制定監測方案,結合智能監測自動報警系統,在施工中隨時調增監測斷面。對形變特異的邊坡立即停止開挖,調查并采取有效措施處治,確認技術措施和安全措施適合后方可繼續施工。

圖1 填方路基銜接設計圖(cm)

圖2 一般挖方段開挖設計圖(cm)

圖3 邊坡機械開挖施工工藝流程圖

2.3 減少新舊路基差異沉降措施

2.3.1 合理選擇路基填料

選擇路基填料時,按規定的頻率和方法進行土的顆粒分析、液限、塑限、塑性指數、天然含水量、稠度和承載比(CBR)等基本試驗,保障路基填料的穩定,并滿足質量輕、強度高、透水性好的相關要求。原則上路基填料CBR值應高于規范值50%,在必要時,采用物理化學方法來解決填土的變形性質,改善路基土方強度。

2.3.2 嚴格控制層厚

拼寬段路基填筑時,嚴格執行分層填筑、壓實,且采用方格網法和高程測量法,嚴格控制填料松鋪厚度,松鋪厚度按試驗段確認,原則上≤30 cm。

2.3.3 嚴控路基壓實度,達到最佳密實狀態

為嚴控施工環節對路基的壓實度,在確保松鋪厚度的同時,要保證表面的平整度,通過推土機粗平后,采用光輪壓路機先靜壓一遍,再采用平地機進行精平,再采用≥36 t的大噸位振動壓路機進行碾壓,碾壓順序:36 t光輪壓路機碾壓合格后再上羊足碾壓不少于2遍,羊足碾壓完成后采用平地機刮平,平地機刮平后再用鋼輪壓路機收光碾壓2遍后再上上層填料。通以上壓實措施以確保填土壓實度達到最佳密實狀態,而非僅滿足相關規范要求。若壓實度只是滿足93區的要求,那就意味著此層還存在7%的空隙率,即還存在沉降7%的可能,每層疊加,會進一步增大不均勻沉降。

2.3.4 土工合成材料的應用

在高速公路改擴建路基拼寬施工中,土工材料應用廣泛,尤其以土工格柵和土工格室這一類合成材料應用最多,其可增強土與格柵(格室)之間的摩擦力,在加寬位置垂直應力降低的基礎上,提升整個土體承載力,從而減少甚至避免發生差異沉降。土工格柵可起到鎖定土體的作用,幫助土體抗剪強度最大化地發揮出來,規避土體發生側向的變形[2]。所以,為了能夠保障高路堤的路基穩定性,以及降低不均勻沉降的出現,在距路床頂以下0.4 m、0.8 m處分別設2層土工格柵,以保障路面結構處于長時間的穩定狀態。

2.3.5 強化路床質控水平

為減少不均勻沉降,在嚴格控制路床填料的同時,可考慮提高路床的厚度,增設40 cm未篩分碎石。對未篩分碎石以下的2～3層土(厚度40～75 cm),建議選擇CBR較高的土進行填筑,有條件的建議按CBR≥20%控制,最低CBR值建議按12%控制,實際施工中CBR值按“就高不就低”原則把控。路床增設的40 cm未篩分碎石必須按兩層施工。采用料場堆料灑水濕拌均勻悶料,再運輸到現場攤鋪,嚴禁干料在現場即拌即鋪。堆渥悶料時間以集料濕潤充分,無滲漏滴水為宜。現場采用攤鋪機施工、鋼輪壓實與膠輪壓路機(前后膠輪)揉搓密實的交叉碾壓工藝,確保碎石最大限度地緊密。該層功能是差異沉降調節,可阻隔毛細水上升,提升道路承載力和耐久性,減少不均勻沉降。

2.3.6 強化路基防滑手段

在進行路基加寬作業時,若地貌環境復雜,所對應的加寬路基底部荷載要比地基設計承載力更大,就會導致地基土沉降,同時發生側向位移問題,最終導致路堤路面破損問題的出現。而如果是一些非常規地形路段,路基出現側向滑移,此時可借助側向約束工程展開相應工作,能夠取得一定效果。

3 結語

本文探討一種合理有效的拼寬路基開挖方案:在薄弱位置進行機械壓實控制,嚴控路基填料質量,夯實路基基礎,達到最佳密實狀態,再通過40 cm未篩分碎石進行調節,保證路基穩定性最終達到減少拼寬段不均勻沉降的目標。該方法可確保山嶺重丘區高速公路路基擴建加寬段的施工質量,使新舊路基呈現良好的穩固性。