談路基沉降的原因及施工中的注意事項(xiàng)

羅建平

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西晉中 030600)

0 引言

山西省到2012年預(yù)計(jì)全省高速公路總通車?yán)锍虒⑦_(dá)到5 000 km，今年我省在建高速公路項(xiàng)目23個(gè)，這標(biāo)志著我省高速公路的發(fā)展進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期，在這樣的趨勢(shì)下全國路基沉降的通病在我省已通車的高速路上也屢見不鮮。因此對(duì)于處理和預(yù)防路基沉降至關(guān)重要。

1 路基沉降的原因

路基的沉降不僅影響路基本身的穩(wěn)定性，而且會(huì)導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)層的破壞，路基沉降的原因大體分為兩種:第一路基填料的選擇和路基壓實(shí);第二原地基承載力不足。

第一個(gè)原因中路基填料的選擇是指路基填料為路用性能不好的材料，如腐殖土、垃圾及建筑廢料等，這些材料如果填到路基里經(jīng)過長時(shí)間的腐爛會(huì)對(duì)路基的壓實(shí)度及承載力造成不可估量的后果，進(jìn)而造成路面大面積塌陷或局部路面龜裂(如圖1，圖2所示)。

圖1 局部路面塌陷

圖2 路面大面積沉降

路基壓實(shí)是指路基在填筑過程中未按照路基施工規(guī)范及招標(biāo)文件進(jìn)行規(guī)范施工(層層壓實(shí)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求且壓實(shí)厚度不得超過規(guī)范要求)，特別在高填方及橋頭路基填筑不規(guī)范和壓實(shí)不到位所造成的沉降及邊坡垮塌尤為明顯(見圖3，圖4)。

圖3 高填方路基未按要求壓實(shí)造成的路基側(cè)滑

圖4 橋頭路基沉降很明顯

第二原因，原有地基承載力不足，有兩層含義，其一圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中沒有對(duì)地基進(jìn)行地基處理的方案和要求，其二設(shè)計(jì)有對(duì)地基進(jìn)行的方案但承包商在施工中設(shè)計(jì)及規(guī)范要求施工未達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期效果。

以上原因也許各施工單位都清楚，但為什么各高速公路都有路基下沉的現(xiàn)象。首先要認(rèn)清施工步驟及方法對(duì)路基的影響，路基填筑步驟及方法施工人員都比較了解。下面主要介紹路基處理的方法及作用。

2 軟基處理的施工方法

1)換填土層法，將路基底下一定深度范圍內(nèi)的原狀土用砂礫、灰土或素土進(jìn)行換填，此方法主要用于低填路基、軟基處理及濕陷性路基。

2)碾壓夯實(shí)法，此方法主要是能夠提高路基的強(qiáng)度及壓縮性。方法主要有:沖擊碾壓法，強(qiáng)夯法兩種(見圖5，圖6)。

圖5 沖擊碾壓法

圖6 強(qiáng)夯法

3)擠壓法(見圖7)，主要方法包括砂樁、灰土樁和素土擠密樁，其原理為在原有路基中成孔后，在孔中填入砂、土或灰土等材料，并進(jìn)行分層夯實(shí)進(jìn)而形成較大直徑的樁體，利用成孔時(shí)對(duì)地基的擠壓和填料時(shí)形成的樁體會(huì)使原有地基土粒彼此靠近，空隙減少進(jìn)而達(dá)到提高路基承載力的作用。

4)加筋法(見圖8)，該方法一般用于高填方路基或填挖結(jié)合部及新舊路基結(jié)合部位，它是通過在土中鋪設(shè)如土工格柵或土工布等材料作為拉筋，在路基填筑好后在受到拉力、剪力作用時(shí)能夠使荷載均勻分布到地基上，以減少地基所受到的集中負(fù)荷進(jìn)而起到道路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用。

圖7 擠壓法

圖8 加筋法

以上路基處理方法在我的工作階段都有接觸，但在臨吉高速路基一標(biāo)段以上方法隨處可見，在此標(biāo)段對(duì)于Ⅰ級(jí)非自重濕陷性黃土路段地基清表后進(jìn)行沖擊碾壓，底部設(shè)20 cm厚3%灰土墊層。橋頭路基過渡段采用強(qiáng)夯進(jìn)行處理;Ⅱ級(jí)及Ⅱ級(jí)以上非自重濕陷性和自重濕陷路段，一般填方路基采用強(qiáng)夯處理后原地表填筑20 cm厚6%灰土墊層。橋頭路段Ⅱ級(jí)及Ⅱ級(jí)以上自重濕陷性黃土地基，采用灰土擠密樁處理。

填方高度小于2 m的路段采用換填80 cm二八灰土處理。

3 軟基處理在施工中的注意事項(xiàng)及方法

3.1 灰土換填時(shí)質(zhì)量控制要點(diǎn)

主要有五個(gè)方面:

1)材料(土、石灰);

2)配合比(根據(jù)不同的土質(zhì)需摻入的石灰量);

3)含水量控制;

4)均勻性(避免灰土中出現(xiàn)素土現(xiàn)象);

5)壓實(shí)度(通過試驗(yàn)室確定適宜的施工參數(shù))。

對(duì)土料的種類進(jìn)行核實(shí)，路基的填料種類、質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。填前對(duì)土場(chǎng)填料進(jìn)行取樣檢驗(yàn);填筑時(shí)對(duì)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)的填料進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)。對(duì)石灰及水泥進(jìn)行檢測(cè)確保其符合質(zhì)量要求。填筑前按設(shè)計(jì)提供的配比進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，確定施工配合比。應(yīng)保證灰土混合料的壓實(shí)質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。嚴(yán)格控制壓實(shí)含水量，確保壓實(shí)度，注意養(yǎng)生，控制灰土本身的收縮裂縫。拌合料的均勻性是關(guān)鍵因素，嚴(yán)格控制拌合過程中的施工質(zhì)量，確保拌合熟料的均勻性。

3.2 沖擊碾壓時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng)

1)沖擊的方法:沿施工區(qū)域最外側(cè)邊緣行駛，行至路基中心點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)彎反向沿線路中心方向起點(diǎn)行駛，至起點(diǎn)再轉(zhuǎn)向路基邊側(cè)行駛，進(jìn)行施工，在沖擊碾壓過程中行駛速度控制在15 km/h左右，每圈的輪與輪必須重疊1/3以上，以保證弧形輪中間部分被沖碾到，直至施工范圍全部碾壓完畢。2)一遍沖擊碾壓是指:在指定區(qū)域全部按上述要求滿面沖擊后為止。3)一次沖擊結(jié)束后，按施工前準(zhǔn)備工作中的測(cè)量方法，再次測(cè)出各斷面沖擊后的標(biāo)高，并與原地面標(biāo)高進(jìn)行對(duì)比，截止路基無明顯沉降。沖擊碾壓完畢后取地表下20 cm土樣測(cè)得的壓實(shí)度不小于93%。

為防止漏壓還應(yīng)該采用如下方法進(jìn)行沖擊碾壓:1)每遍沖擊碾壓的起始位置前后、左右必須錯(cuò)開(前后0.75 m～1 m、左右0.5 m～0.75 m)。2)如果在施工過程中沖擊碾壓設(shè)備因故停機(jī)，再次啟動(dòng)時(shí)，必須讓牽引車后退10 m以上，以避免沖擊力不足問題的出現(xiàn)。

3.3 強(qiáng)夯法施工

在施工前，應(yīng)先將錘重標(biāo)定，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在規(guī)定提升位置采用紅布或作明顯標(biāo)記，固定其提升限位器。其次進(jìn)行試夯并取得夯擊次數(shù)與夯沉量關(guān)系曲線表，確定一夯點(diǎn)及二夯點(diǎn)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的夯擊次數(shù)。滿夯時(shí)，錘之間要求重疊1/4錘徑。在兩遍夯擊過程中后兩擊的沉降小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，應(yīng)對(duì)個(gè)別特殊點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)夯的措施。強(qiáng)夯施工結(jié)束后場(chǎng)地整平，用壓路機(jī)進(jìn)行滿面強(qiáng)振一遍，并對(duì)夯后地面進(jìn)行標(biāo)高測(cè)量，壓實(shí)度檢測(cè)。

3.4 灰土樁

首先應(yīng)在施工前將場(chǎng)地平整并對(duì)孔位進(jìn)行布點(diǎn)，其次注意成孔工藝:應(yīng)先外排后內(nèi)排，同排樁間隔1個(gè)孔進(jìn)行，以免因振動(dòng)擠壓造成相鄰孔縮孔或坍孔，在采用柴油振動(dòng)打樁機(jī)時(shí)，應(yīng)將帶有特制樁尖的無縮鋼管樁打入土層中至設(shè)計(jì)深度，成孔后停頓10 s左右，然后用履帶吊車緩慢拔出鋼管成孔。成孔后進(jìn)行孔中心位移、垂直度、孔徑、孔深檢查。觀察有無縮頸、回淤或滲水等現(xiàn)象，并且做好記錄，已成樁孔要盡快回填夯實(shí)，防止土塊和雜物落入孔內(nèi)。

在大面積開工前應(yīng)做幾根樁的成孔實(shí)驗(yàn)，并且對(duì)回填后的灰土樁進(jìn)行壓實(shí)度測(cè)試，并對(duì)原地面向下1 m處土進(jìn)行了原狀土和擠密后的壓實(shí)度測(cè)試。

在進(jìn)行試驗(yàn)樁時(shí)應(yīng)注意和確定以下幾點(diǎn):

1)試驗(yàn)段填樁孔土及生石灰的產(chǎn)地及各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)和灰土配合比的確定(確定合格的材料)。

2)灰土配合比應(yīng)按重量比的確定折算現(xiàn)場(chǎng)施工配合比，方便現(xiàn)場(chǎng)施工。

3)在施工前核定土的含水量和灰劑量，以保證拌合后的灰土含水量接近最佳含水量。

4)灰土回填夯實(shí)，夯實(shí)機(jī)就位后應(yīng)保持平穩(wěn)，夯錘對(duì)準(zhǔn)樁孔，能自由落入孔底。樁孔保持干凈，填料前應(yīng)先夯實(shí)孔底至發(fā)出清脆聲音為止。人工填料時(shí)應(yīng)指定專人按規(guī)定數(shù)量均勻填進(jìn)，不得盲目亂填，更不允許將送料車直接倒料入孔。樁孔填夯高度應(yīng)超出設(shè)計(jì)標(biāo)高20 cm，灰土回填、夯實(shí)采用連續(xù)施工，每個(gè)樁孔一次性回填、夯實(shí)。

5)已拌合的灰土不得隔夜，且在填料時(shí)應(yīng)將含水量達(dá)不到要求，因風(fēng)吹或太陽曬而失去水分的拌合料去掉。

6)生石灰應(yīng)在施工前2 d～3 d進(jìn)行充分消解。

7)試驗(yàn)樁完成后隨機(jī)檢測(cè)灰土樁壓實(shí)度及樁間土壓實(shí)度。完善施工時(shí)的各種數(shù)據(jù)，來確定試驗(yàn)樁施工時(shí)的工藝流程是否滿足設(shè)計(jì)要求。

3.5 加筋法

加筋法在路基施工中主要為鋪設(shè)土工格柵，施工方法及要求如下:

1)施工場(chǎng)地要求壓實(shí)平整、呈水平狀、清除尖刺凸起物。

2)格柵鋪設(shè):在平整壓實(shí)的場(chǎng)地上，安裝鋪設(shè)的格柵，其主要受力方向(縱向)應(yīng)垂直于路堤軸線方向，鋪設(shè)要平整，無皺褶，盡量張緊。用插釘及土石壓重固定，鋪設(shè)的格柵主要受力方向最好是通長無接頭，幅與幅之間的連接可以人工綁扎搭接，搭接寬度不小于10 cm。如設(shè)置的格柵在兩層以上，層與層之間應(yīng)錯(cuò)縫。大面積鋪設(shè)后，要整體調(diào)整其平直度。當(dāng)填蓋一層土后，未碾壓前，應(yīng)再次用人工或機(jī)具張緊格柵，力度要均勻，使格柵在土中為繃直受力狀態(tài)。

3)填料的選擇:填料應(yīng)按照設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行選取，以保證壓實(shí)重量。

4)填料的攤鋪和壓實(shí):當(dāng)格柵鋪設(shè)定位后，應(yīng)及時(shí)填土覆蓋，裸露時(shí)間不得超時(shí)48 h，亦可采取邊鋪設(shè)邊回填的流水作業(yè)法。先在兩端攤鋪填料，將格柵固定，再向中部推進(jìn)。碾壓的順序是先兩側(cè)后中間。碾壓時(shí)壓輪不能直接與筋材接觸，未壓實(shí)的加筋體一般不允許車輛在上面行駛，以免筋材錯(cuò)位。分層壓實(shí)度為20 cm～30 cm。壓實(shí)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求，這也是加筋土工程成敗的關(guān)鍵。

以上的地基處理方法的目的是利用對(duì)原有地基進(jìn)行加固，進(jìn)而改善地基的抗剪性、壓縮性、抗震性及一些路基的特殊性。使之滿足道路工程的要求，進(jìn)而減少路基成型后產(chǎn)生的橋頭跳車，涵洞通道凹陷、路面開裂的現(xiàn)象。地基處理的恰當(dāng)與否直接關(guān)系到工程的質(zhì)量、投資和進(jìn)度，且軟基處理對(duì)于節(jié)約基本建設(shè)投資，保證公路正常運(yùn)營具有很重要的意義，所以在施工中要將路基填筑及軟基處理作為重點(diǎn)檢驗(yàn)對(duì)象，嚴(yán)格控制施工程序及辦法，檢驗(yàn)施工后的地基處理效果，進(jìn)而做到心中有數(shù)，確保通車后路基的沉降達(dá)到最小值。