公路路基工程填挖界的常見病害與處置對(duì)策

李文軍

摘要：通過對(duì)公路路基工程填挖界的病害特征與成因分析，提出了預(yù)防和處置填挖界病害的方案與對(duì)策措施。

關(guān)鍵詞：路基 填挖界 病害 處置 對(duì)策

1 概述

1.1 公路路基工程填挖界是公路路基的敏感部位。由于涉及挖方與填方不同種類的材料結(jié)合，往往因處置方法不當(dāng)而造成病害。它既影響路基的使用壽命，也影響車輛行駛質(zhì)量與安全。據(jù)多數(shù)建成公路的路基病害統(tǒng)計(jì)，公路路基工程填挖界的病害無論從數(shù)量還是處置費(fèi)用，都占路基病害的一半以上。而且，這類病害處置比較棘手，處置失當(dāng)還可能引發(fā)新的病害。因此，分析公路路基工程填挖界的病害類型成因，提出有效地處置措施很有必要。

1.2 公路路基工程填挖界既有橫向的，也有縱向的，其病害特征類似，沒有根本的性質(zhì)區(qū)別。由于路基工程填挖界病害與工后沉降密切相關(guān)，而工后沉降隨完工時(shí)間的推移由細(xì)微而明顯顯現(xiàn)，所以有的路基工程填挖界病害似乎存在“潛伏期”。即在工程完工一段時(shí)間后才會(huì)發(fā)生明顯病害。銅川柳（林）照（金）公路2006年竣工時(shí)路基穩(wěn)定，路面平整，無明顯病害。然而2008年的春融后，該項(xiàng)目即陸續(xù)出現(xiàn)較為顯著的縱向裂縫，這就是所謂的“潛伏期”一例。下圖是2008年4月下旬在柳照公路現(xiàn)場(chǎng)檢查時(shí)拍攝的路基填挖界裂縫照片。春融前，該路段并無明顯病害。

1.3 路基工程填挖界是公路路基的重要部位。由于新的填料與挖方路基結(jié)合有一個(gè)“融合”的過程，而這個(gè)過程必須在符合客觀規(guī)律的條件下才能有效完成。選擇處置路基工程填挖界病害的有效對(duì)策，必須從病害的成因分析出發(fā)，研究產(chǎn)生病害的各種因素，從而針對(duì)性地采取對(duì)策措施，才有可能預(yù)防和根治病害。

2 公路路基工程填挖界的常見病害與成因分析

路基工程填挖界處置失當(dāng)易發(fā)生病害。這些病害有明顯的特征。這些特征，表明路基工程填挖界的填挖兩側(cè)顯著分離。這些病害特征主要表現(xiàn)為以下幾種情況。

2.1 填挖界出現(xiàn)多條平行裂縫，平行裂縫間有斷裂碎塊。這是填挖界處置失當(dāng)造成病害的顯著表觀特征。圖2.1是陜西省延長縣S201線K35+580- K35+730段路基填挖界開裂的照片。從照片可以看出，該路段既存在多條平行裂縫，裂縫間同時(shí)存在斷裂碎塊，這是判斷填挖界失當(dāng)?shù)淖钪饕卣鳌＿@類病害不同于因填挖界臺(tái)階搭接不規(guī)范和壓實(shí)度不足而形成錯(cuò)臺(tái)的病害。它常常表現(xiàn)為填挖界面的填方側(cè)的一定范圍存在裂縫和破碎塊，而其它部位路面平整密實(shí)。

這類病害的產(chǎn)生主要是因?yàn)樘钔诮缑娲嬖趬簩?shí)盲區(qū)所致。填方施工前，沒有整理填挖界面，界面存在小折線或彎月（投影）面，以致壓實(shí)機(jī)具不能充分碾壓所有填料，存在壓實(shí)盲區(qū)。由于壓實(shí)盲區(qū)的存在，填方一側(cè)未被壓實(shí)部分的工后沉降大，與壓實(shí)部分存在沉降差，這就使填方一側(cè)不僅出現(xiàn)裂縫，而且出現(xiàn)斷裂碎塊。一般的說，最大的一條裂縫發(fā)生在填挖接觸面上，其它平行裂縫則存在于壓實(shí)部分與壓實(shí)盲區(qū)分界線上。這里所說的平行，只是一種形象的說法，這些裂縫線型也是扭曲的，而且也并非嚴(yán)格意義上的平行。

由于挖除石方的填挖界面不可能充分整理，壓實(shí)盲區(qū)在所難免。因此，采用非顆粒填料的填挖界面往往出現(xiàn)上述病害。同時(shí)，一些干裂的“老黃土”也存在填挖界面不易整理的問題，也會(huì)產(chǎn)生上述病害。2009年，陜西某礦山公路施工中，對(duì)填挖界面未進(jìn)行整理，壓實(shí)盲區(qū)的彎月面明顯，錄像照上反映出施工時(shí)不僅未整理填挖界面，而且連松土也未能徹底清理，致路基路面開裂，數(shù)次處理未能見效，最后采用鋼筋混凝土“扁擔(dān)梁”才使病害減緩。

2.2 填挖界形成錯(cuò)臺(tái)，填方沉降。下圖（圖2.2）是填挖界填方沉降的圖片。這類病害，如果屬于橫向錯(cuò)臺(tái)，會(huì)造成行車顛簸和影響行車安全；如果屬于縱向錯(cuò)臺(tái)，輕者造成行車搖擺，重者則可能造成車輛側(cè)翻。

這類病害產(chǎn)生的主要原因有兩個(gè)方面。一是臺(tái)階寬度不足，填方與挖方未能有效搭接；二是填方壓實(shí)度不足。

搭接可能存在的問題既包括是否設(shè)置內(nèi)傾坡度，更可能是搭接寬度不足。2006年發(fā)布的現(xiàn)行《公路路基工程施工技術(shù)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱“規(guī)范”或“現(xiàn)行規(guī)范”）要求，填挖界面應(yīng)設(shè)置向內(nèi)傾斜、寬度不小于2m的臺(tái)階，這是現(xiàn)行規(guī)范較舊規(guī)范的一大進(jìn)步。它去掉了原規(guī)定的臺(tái)階高度要求，更注重現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際；同時(shí)，將臺(tái)階的寬度要求由舊規(guī)范的不小于1m提高到不小于2m，臺(tái)階搭接更為有效。如果違背規(guī)范規(guī)定，就會(huì)加大錯(cuò)臺(tái)出現(xiàn)的幾率。實(shí)際上，填挖界面結(jié)合就是兩種不同的介質(zhì)重新組合、融為一體，是一個(gè)需要認(rèn)真處理的過程。如果這個(gè)過程走不好，就有可能形成填挖界病害。

填挖界出現(xiàn)臺(tái)階的更主要的原因是填料壓實(shí)不足。填挖結(jié)合是將合格填料通過壓實(shí)與挖方側(cè)進(jìn)行有效搭接，使填挖兩側(cè)的兩種介質(zhì)緊密組合，要求填方有一定的密實(shí)度。規(guī)范要求的密實(shí)度是通過客觀實(shí)際、試驗(yàn)等得出的最起碼的要求，是以工后沉降不至于短期內(nèi)造成行車不舒適為前提的。挖方側(cè)（主要指土質(zhì)挖方）的密實(shí)度不一定高于填方，但工后沉降基本上都發(fā)生在填方側(cè)。這是因?yàn)橥诜絺?cè)歷經(jīng)久遠(yuǎn)，其結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成，發(fā)生變形的可能性較小，基本上不發(fā)生工后沉降；填方則由新材料組合，需要經(jīng)歷一個(gè)較長期的工后沉降過程，它理應(yīng)較挖方有更高密實(shí)度的材料要求。如果壓實(shí)度不足，因?yàn)楣ず蟪两荡蠖陆缑骈g剪切應(yīng)力增大。當(dāng)剪切應(yīng)力超過材料的剪應(yīng)力容許值時(shí)，就可能發(fā)生錯(cuò)臺(tái)。

在山區(qū)路段，往往因?yàn)樘钔诮缑娼Y(jié)合不緊密或未進(jìn)行臺(tái)階搭接，使許多天然的U型溝或V型溝的填挖界面成為滑移面。雨季期間，因?yàn)樗慕胧固盍系膬?nèi)摩擦角減小，抗剪能力降低，錯(cuò)臺(tái)隨水的浸入而增大，往往致填料滑移而逐漸成為“滑坡”。這種情況，在陜南之秦巴山區(qū)多有出現(xiàn)，每年都花費(fèi)相當(dāng)?shù)乃畾迯?fù)資金。

2.3 填挖界開裂。這類病害發(fā)生較少。它的表觀特征是填挖界面開裂，開裂寬度隨路基深度的增加而減小。上世紀(jì)九十年代，由陜西省公路局主持的G210線馬家山改建工程，在延安與銅川交界的東湖土橋加寬段就發(fā)生過填挖界開裂病害。東湖土橋的原土橋路基寬度不足，設(shè)計(jì)在陽坡（南側(cè)）進(jìn)行加寬。施工清表后，加寬在原土橋南側(cè)進(jìn)行。加寬完成后數(shù)月，舊土橋與加寬土體間出現(xiàn)裂縫，上寬下窄，貫通深度達(dá)4米左右，頂部裂縫寬度5～8cm，可清楚看到楔形縫特征，而路基頂面無錯(cuò)臺(tái)等其它明顯病害。這種現(xiàn)象在干裂的黃土挖方路段填挖界也會(huì)發(fā)生。endprint

經(jīng)分析，這種罕見的填挖界開裂，是由于搭接方法欠妥所致。傳統(tǒng)的土橋是黃土塬區(qū)間的通道，陜北和關(guān)中人俗稱“崾峴”，多為在天然的“崾峴”的基礎(chǔ)上加固而成，如今仍然是黃土地區(qū)干線公路連接黃土塬區(qū)的構(gòu)造之一。1999年垮塌的G210線洛川石家莊加筋土橋就是加固原土橋的加筋土構(gòu)造物。傳統(tǒng)土橋是采用在填筑土體中加入荊條類的“加筋”修建，邊坡較一般路基陡峻，坡度一般由底部的1：1.0～1：0.5逐漸過渡到頂部的1：0.2（1：0.3）。施工時(shí)要控制速率，修筑一定高度段（3～5m）后要歇息數(shù)日，待修筑土體基本干縮、與原狀土有一定結(jié)合后再行施工。

東湖土橋的加固是在原土橋單側(cè)清表后按加寬寬度進(jìn)行的。新填筑土體直接鋪筑于原土橋邊坡上。這種施工方法，在原土橋坡度相對(duì)較緩的下部尚無明顯缺陷，但進(jìn)入較陡（1：0.2～1：0.3）邊坡范圍后，未采用臺(tái)階搭接的弊病很快顯現(xiàn)出來。盡管加寬部分壓實(shí)度滿足要求，但新、舊土體分界處開裂日益嚴(yán)重，考慮到整體返工耗資費(fèi)時(shí)多，最后采用了綜合加固措施才得以根治。由于新舊土體各自“獨(dú)立”，處置采用了加強(qiáng)新舊土體相結(jié)合的綜合方案。這個(gè)綜合方案的主要內(nèi)容為：挖除裂縫兩側(cè)各2m（共4m）寬、2m深土體，修整平面后采用3個(gè)“工”字型鋼筋混凝土構(gòu)件將新舊土體“錨”住，再采用土工布包裹1m厚石灰土、使界面有一個(gè)聯(lián)結(jié)兩側(cè)新舊土體的、較寬的“板體”，最后按一般施工方法碾壓至路床頂面。如此處理后，多年來未發(fā)現(xiàn)新的病害。

3 公路路基工程填挖界病害預(yù)防的對(duì)策措施

預(yù)防公路工程填挖界病害，要從病害的成因著手，對(duì)工程填挖界進(jìn)行有效地妥善處置。以下所述是多年來行之有效的處置方法。

3.1 整理填挖界面。整理填挖界面就是將填挖界面整理成直線或較長直線，消除壓實(shí)盲區(qū)。同時(shí)，填方與挖方的結(jié)合是通過機(jī)械壓實(shí)有效實(shí)現(xiàn)。整理填挖界面主要是對(duì)土質(zhì)挖方而言，對(duì)石質(zhì)挖方則需要采用其它有效辦法。

①土質(zhì)填挖界面的整理應(yīng)采用推土機(jī)類機(jī)械作業(yè)，應(yīng)將界面投影修整成直線或壓實(shí)機(jī)械能夠自由運(yùn)轉(zhuǎn)作業(yè)的長折線，消除小折線和彎月（投影）面。在黃土地區(qū)，有的挖方側(cè)上部存在外懸突出部分，務(wù)必予以清除。清除的標(biāo)準(zhǔn)要求是施工中不存在壓實(shí)盲區(qū)。②土質(zhì)挖方的界面整理不宜為垂直面，宜與垂直面成約20：1的微仰角度，利于壓實(shí)。如果填挖界面為垂直面，則靠近界面的填料不是被機(jī)械垂直壓實(shí)而可能被擠壓密實(shí)，壓實(shí)度有可能不滿足要求。③若填挖界面較高時(shí)，可以分多層整理。每層次的整理高度以方便壓實(shí)機(jī)具作業(yè)為度。④盡管挖方為石方時(shí)填挖界面不易整理，但在施工中也應(yīng)該清除危石、零散石塊和外懸突出部分，參照前述①、②的要求進(jìn)行界面整理。

3.2 臺(tái)階搭接?，F(xiàn)行規(guī)范要求，半填半挖路基、路堤與路塹過渡段都應(yīng)采用臺(tái)階連接（搭接），并提出臺(tái)階最小寬度等技術(shù)要求，但對(duì)臺(tái)階的間隔高度未做規(guī)定，較之舊規(guī)范更符合實(shí)際。臺(tái)階寬度較以前的不小于1m加大到不小于2m，搭接的牢固程度無疑大為增加，對(duì)塑性指數(shù)高的粘性土類工程效果更為顯著。如果挖方頂面低于路床底面，采用填挖方頂面同層鋪筑壓實(shí)則效果更好。

在施工過程中，特別是路幅寬的高速公路與一級(jí)公路施工過程中，有時(shí)出現(xiàn)周邊為填方、中間為突出的孤獨(dú)小峁的情況，填挖搭接相當(dāng)棘手。在這種情況下，如果經(jīng)過整修能使壓路機(jī)有效壓實(shí)，則按常規(guī)施工；如果整修困難且工程量不大時(shí)，則宜先將小峁推平，再統(tǒng)一按填方處置。

近幾年，一些地方采用土工合成材料加強(qiáng)填挖連接效果，如將土工格柵、土工格室等材料布設(shè)于上層臺(tái)階，對(duì)加強(qiáng)填挖界面的抗剪能力很有好處。

3.3 挖方側(cè)過干的土體灑水預(yù)濕。灑水預(yù)濕是界面結(jié)合處理的常用方法。在老黃土挖方的填挖地段，黃土往往直立，失水干裂，嚴(yán)重影響填挖結(jié)合。對(duì)此，應(yīng)按3.1要求進(jìn)行界面整理，清除干裂部分，同時(shí)應(yīng)對(duì)整理后的界面灑水預(yù)濕。土體特別干的部位，宜按照“適量多次”的原則灑水預(yù)濕。灑水預(yù)濕應(yīng)采用灑水車霧狀噴灑，預(yù)濕深度不宜小于5cm。

3.4 石質(zhì)挖方的半填半挖路段的填料選擇與路床處理

3.4.1 石質(zhì)挖方的填挖界界面不易整理。整理后的界面可能存在少量的松石、凸凹不平等狀況。為使填挖界面結(jié)合良好，填方填料宜選擇顆粒類（粗粒土或中粒土。注：中粒土稱謂系公路工程材料分類）材料，如碎石、礫石、砂礫、砂礫土等。石質(zhì)挖方不發(fā)生壓縮變形，而顆粒類材料較細(xì)粒土壓縮變形小，與石質(zhì)挖方不能壓縮變形的特征相近。在陜西境內(nèi)，粗粒土與中粒土造價(jià)較細(xì)粒土昂貴，往往在石質(zhì)挖方的半填半挖路段多采用細(xì)粒土填料以降低造價(jià)。在這種情況下，應(yīng)在臨近填挖界面處填筑寬度不小于50cm的填料過渡段。過渡填料采用顆粒類材料。填筑時(shí)顆粒料與細(xì)粒土同時(shí)攤鋪，同時(shí)碾壓成型。

3.4.2 如果石質(zhì)挖方伸入路床，宜最少挖除40cm，與填方側(cè)同時(shí)填筑同一類填料（以石灰土等無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類為佳），以使路床材料勻質(zhì)，不影響路面結(jié)構(gòu)。

有一種誤解認(rèn)為，石質(zhì)挖方強(qiáng)度高，以石質(zhì)作為路床提高路基強(qiáng)度。這樣的做法往往事與愿違，造成路面強(qiáng)度高而破損率也高。陜西省藍(lán)（田）?。ㄉ誊┕稫22km（原施工樁號(hào)）左近石質(zhì)挖方段保留石質(zhì)路床，雖然路面強(qiáng)度很高（測(cè)定彎沉值一般不大于0.2mm）而瀝青路面年年破損年年修補(bǔ)（2002年該段瀝青路面已改造為水泥混凝土路面）。這是因?yàn)?，石質(zhì)挖方的抗壓回彈模量大于路面基層和路面面層，而由于石質(zhì)路床開挖時(shí)的“炮根”犬牙交錯(cuò)，需要小顆粒材料填平，其回彈模量實(shí)際上是極不均勻的，從而使路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成瀝青層破損率高。對(duì)于半填半挖路段而言，石質(zhì)挖方與填方兩側(cè)更有顯著的強(qiáng)度差異，如果挖方伸入路床，勢(shì)必造成填挖兩側(cè)的更大的強(qiáng)度差異，禍及路面。

3.5 填挖界填方的壓實(shí)度控制

①填挖界應(yīng)盡可能采用機(jī)械壓實(shí)。在機(jī)械壓實(shí)有困難邊角部位，才可以采用小型機(jī)具壓實(shí)。②填挖界填方應(yīng)控制壓實(shí)層厚度。采用機(jī)械壓實(shí)時(shí)，壓實(shí)層厚度不宜超過20cm；采用小型機(jī)具壓實(shí)時(shí)，壓實(shí)層厚度不宜超過15cm。③應(yīng)增加填挖界面左近的壓實(shí)度檢測(cè)密度。每層次都應(yīng)該有填挖界的壓實(shí)度檢測(cè)點(diǎn)，而且單點(diǎn)檢測(cè)值必須合格。

4 結(jié)束語

公路工程路基填挖界是公路工程的重要部位，需要妥善處置，否則可能發(fā)生病害。填挖界病害的預(yù)防與處置是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要進(jìn)行細(xì)致周密的工作。依據(jù)病害發(fā)生的成因，有針對(duì)性的制訂預(yù)防措施，是處置公路工程填挖界病害的關(guān)鍵。

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