王滿瓊 (太湖縣農(nóng)村公路管理局,安徽 安慶 246000)
某縣鄉(xiāng)公路,地形地貌為跨越崇山峻嶺,設(shè)計(jì)路線線位高,有的高填方達(dá)8m~10m,填挖交錯(cuò),且不規(guī)則,其中不少為三面環(huán)山的斷面。
由于影響高填方路基的沉降因素眾多,需進(jìn)行綜合分析,才能得出合乎實(shí)際結(jié)論。高路基沉降有兩方面:一是地基本身的沉降,地基承載力有限的,在填土路基初期沉降類似彈性變化形式,由于上面重力的持續(xù)作用,其承載力進(jìn)入強(qiáng)化階段,高填方路基的自重對(duì)下面土體結(jié)構(gòu)造成破壞,其土顆粒在外力作用下重新排列組合;二是填土自身的壓縮變形,使的土顆粒間結(jié)構(gòu)體位發(fā)生變化,進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)生沉降。
根據(jù)土力學(xué)理論可得,路基的沉降取決于土的壓縮性,由壓縮系數(shù)表示。壓縮性和土的孔隙率及土壓力有關(guān),土顆粒粒徑和含水率決定了孔隙率的大小,土壓力則取決于土的容重、填土高度,因此分析可知路基總沉降量與土的土質(zhì)、填土高度以及土體壓實(shí)程度有關(guān)。一般來說,填料粒徑大,土質(zhì)含水量高,壓實(shí)度差,路基總沉降量就大;隨著路基總高度的增加,路基的自然沉降量亦會(huì)變大。不同土質(zhì)的沉降穩(wěn)定期亦不相同,而土體的壓縮表現(xiàn)為土的孔隙比減小,由土體中孔隙水排出速度決定,因此填料的透水性對(duì)土體的壓縮有很大影響。
在高填方路基段,隨著地基深度的增加,活荷載對(duì)地基的壓縮影響逐漸減小,然而恒荷載對(duì)地基的影響越來越大,因此施工時(shí)額外注意土體自重對(duì)地基的影響,提高土體的承載力,壓實(shí)度根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)要有適當(dāng)?shù)奶岣摺?/p>
土力學(xué)可知:f=c+tanα,f為土體剪切強(qiáng)度,c為土顆粒間的凝聚力,α為土顆粒間的內(nèi)摩擦角。
粘性土顆粒間的內(nèi)摩擦角很小,剪切強(qiáng)度主要靠凝聚力,而砂土的凝聚力很小,主要靠?jī)?nèi)摩擦角來支撐。粘性土的凝聚力主要由原始粘聚力和固化粘聚力兩方面組成:
①原始粘聚力,由土粒間水膜與相鄰?fù)亮Vg的分子引力所形成的粘聚力,隨著土壓實(shí)程度的提高而增大;
②固化粘聚力,由土中化合物膠結(jié)作用而形成的粘聚力,與土的壓實(shí)度有關(guān),研究表明:當(dāng)士在最佳含水量下壓實(shí)到最大干密度時(shí),土體的抗剪強(qiáng)度最大。
路基壓實(shí)的不足直接影響路基的強(qiáng)度與變形能力,極容易造成縱向裂縫和沉陷。土的壓實(shí)度與土的含水量和干密度等有內(nèi)在聯(lián)系。經(jīng)過試驗(yàn)可知,含水量小時(shí),干密度小;隨含水量增大,干密度逐漸增大,當(dāng)含水量為最佳含水量時(shí),干密度達(dá)到最大值;其后含水量再增大,干密度又減小。
壓實(shí)功是影響壓實(shí)效果的一個(gè)重要指標(biāo),指壓實(shí)機(jī)具質(zhì)量、碾壓次數(shù)或垂落高度、作用時(shí)間等對(duì)壓實(shí)效果的影響。壓實(shí)功越大,土的最大干密度越大,最佳含水量越小。
路基完工后,壓力隨著時(shí)間的作用,慢慢擠出土體中的水分,土體逐漸壓縮導(dǎo)致路基產(chǎn)生沉降;路基施工時(shí)雖達(dá)到了壓實(shí)要求的最佳含水量,但壓實(shí)功不夠,當(dāng)上覆壓力大于施工時(shí)的壓力而使土體變形,路基結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生沉降。
因此,施工中可以增加壓實(shí)功,以提高路基強(qiáng)度或降低最佳含水量。但是,增加壓實(shí)功提高土基強(qiáng)度的措施有限度,達(dá)到一定限度后,效果反而不明顯,而且不經(jīng)濟(jì),不僅會(huì)破壞土基結(jié)構(gòu),而且使得相應(yīng)含水量減小導(dǎo)致土的水穩(wěn)定性變差,故施工時(shí)不能盲目的增加壓實(shí)功來提高土的穩(wěn)定性,實(shí)際中,控制土的最佳含水量要比增加壓實(shí)功的效率高。
路基沉降量大,壓實(shí)不到位是首要主因。通過從機(jī)械設(shè)備和壓實(shí)工藝著手,在施工現(xiàn)場(chǎng)不斷試驗(yàn)、比較、改進(jìn),使得填挖交界處沉降量大的質(zhì)量缺陷得到有效改觀。
3.1.1 壓實(shí)設(shè)備選擇
山區(qū)填方以土石混合料為主要填料,采用振動(dòng)壓路機(jī)和沖碾式機(jī)械進(jìn)行強(qiáng)夯,但受地形限制、施工斷面小,填挖交錯(cuò),壓實(shí)效果差。通過對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)不斷試驗(yàn)改進(jìn),分別采用了沖碾式、落錘式、液壓式強(qiáng)夯機(jī)械設(shè)備,通過逐個(gè)比較,交叉組合,最終選用液壓式和落錘式強(qiáng)夯組合,有效提高路基的承載力及壓縮模量,形成比較均勻的、密實(shí)的路基。
3.1.2 增加強(qiáng)夯斷面
填挖交界處路基采用強(qiáng)夯,原設(shè)計(jì)在路床底進(jìn)行一次強(qiáng)夯,通過同質(zhì)監(jiān)、業(yè)主、設(shè)計(jì)和監(jiān)理單位共同研討,增加每8m強(qiáng)夯一遍。
3.1.3 壓實(shí)方法改進(jìn)
因山區(qū)路基施工碾壓斷面小,采用常規(guī)的順路基向施工,存在臺(tái)階根部壓實(shí)不到位、壓實(shí)不充分的現(xiàn)象。采用環(huán)形壓實(shí)方法,再結(jié)合液壓式碾壓設(shè)備,有效的避免了端面壓實(shí)不到位現(xiàn)象。
常規(guī)開挖方式以爆破或機(jī)械破碎錘施工為主。爆破施工過程中振動(dòng)劇烈,對(duì)山體擾動(dòng)大,易造成臺(tái)階內(nèi)傾角和臺(tái)階尺寸不規(guī)則,對(duì)臺(tái)階結(jié)構(gòu)破壞性較強(qiáng)。破碎錘對(duì)硬質(zhì)紅砂巖鑿除效果差,進(jìn)度緩慢,臺(tái)階尺寸難達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
改進(jìn)的靜態(tài)爆破方式,靜態(tài)爆破可根據(jù)需要爆破效果,按照現(xiàn)場(chǎng)巖石臨界面,通過在巖石上精確的放樣、布孔,可以較精確的控制臺(tái)階的內(nèi)傾角及具體尺寸,增大路基與山體的摩擦力和具體搭接寬度,對(duì)山體擾動(dòng)小,臺(tái)階結(jié)構(gòu)完整性強(qiáng)。
施工中均未發(fā)現(xiàn)泉眼,經(jīng)過仔細(xì)調(diào)查研究,發(fā)現(xiàn)在山區(qū),因雨水充沛且集中在4-8月份,山體有很多微裂縫,平時(shí)無滲水,在山體飽水的情況下,會(huì)沿裂縫滲流,如果全部采用碎石盲溝成本增加過大。
通過對(duì)已完成的路基進(jìn)行開挖調(diào)查,發(fā)現(xiàn)部分山體在填挖交界處存在積水,影響路基的施工質(zhì)量。
采取在填挖交界處設(shè)置帶孔洞的小導(dǎo)管,周圍有碎石包裹,在降雨后對(duì)小導(dǎo)管進(jìn)行監(jiān)測(cè),對(duì)有滲水情況的路基進(jìn)行處理,增設(shè)碎石盲溝,將水排出路基,有效控制造價(jià)同時(shí),確保了路基質(zhì)量。
結(jié)合本次工程實(shí)踐,分析了地基不均與沉降的機(jī)理,采取了一些創(chuàng)新防治措施,有效減小了路基沉降量,避免了高速跳車、路基裂縫、路面積水等現(xiàn)象的發(fā)生,增加了行車的舒適度,有效的降低了事故的發(fā)生。同時(shí)路面裂縫減少,也節(jié)約了后期運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)的成本,為公路建設(shè)質(zhì)量控制提供了一條新的方向。
總之,對(duì)于高填方路基不均勻沉降病害,要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn),加強(qiáng)科學(xué)研究,查明產(chǎn)生的具體原因。同時(shí)要嚴(yán)格按規(guī)范設(shè)計(jì)與施工,采取行之有效的預(yù)防和治理措施,從根本上降低高填方路基不均勻沉降的發(fā)生和發(fā)展,從而有效增強(qiáng)高速公路的使用功能,延長(zhǎng)其有效使用時(shí)間和提高其使用效率。