高填方路基工后不均勻沉降分析及對策

陳世民，葉 楊，李 江

(1.上海建工集團(tuán)股份有限公司，上海 200080；2.上海建工一建集團(tuán)有限公司，上海 280080)

1 工程概括

環(huán)天府新區(qū)快速通道工程按一級公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，全長48.652 km，一標(biāo)段全線長8.32 km，路面寬度57m，為雙向6車道；部分為市政道路段，路面寬45 m，為雙向4車道，設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h。道路主要位于丘陵地帶，該地區(qū)溝壑縱橫、植被茂盛，路堤邊坡最大填高達(dá)25 m。一小部分道路位于居民、廠房密集區(qū)域。本標(biāo)段路基挖方約266萬m3(含挖淤泥、軟基換填、低填淺挖等)路基填方約127萬m3，路基填筑材料主要為Ⅲ類土和Ⅳ、Ⅴ類石的土石混填料。

2 不均勻沉降原因分析及對策

2.1 地基沉降

在工程地質(zhì)不良或軟弱地基處進(jìn)行高路堤填筑時(shí)，由于地表土壤密度小，含水量大，壓縮變形大，承載力低。當(dāng)路堤填料逐漸增加后會使原地基產(chǎn)生壓縮變形，從而導(dǎo)致路堤出現(xiàn)沉降，因此需對路基進(jìn)行處理并保證承載力滿足設(shè)計(jì)要求。環(huán)天府新區(qū)快速通道工程根據(jù)設(shè)計(jì)文件和地勘報(bào)告可知地基土表層為粉質(zhì)粘土，褐黃色，軟塑，表層包含植物根，厚6～8 m，屬軟弱地基，應(yīng)進(jìn)行地基處理，設(shè)計(jì)文件要求采用碎石樁方式進(jìn)行地基處理。碎石樁施工完成后需進(jìn)行復(fù)合地基承載力試驗(yàn)，復(fù)合地基承載力大于180 KPa。

2.2 路堤自身工后沉降

盡管高填方路基按照規(guī)定的填料和壓實(shí)度要求填筑，但由于路基填筑高度大，以及填料的不均勻性，扔存在一定的工后壓縮變形和不均勻變形，造成路面開裂、不平整等病害。因此在工程中需對高路堤進(jìn)行沖擊碾壓或普夯等方式增強(qiáng)補(bǔ)壓，并鋪設(shè)土工合成材料等措施減小工后沉降以及降低引起的病害。

(1)沖擊碾壓

沖擊碾壓是兼具強(qiáng)夯機(jī)和普通振動(dòng)壓路機(jī)優(yōu)點(diǎn)的一種壓實(shí)方式，作業(yè)方式是采用沖壓和轉(zhuǎn)動(dòng)重壓的一種復(fù)合方式。工作中壓實(shí)輪對路基產(chǎn)生大振幅沖擊剪切，相當(dāng)于地震波傳播的特性，以高振幅、低頻率的方法將產(chǎn)生的極高能量壓入到地面，對路基產(chǎn)生劇烈的沖擊作用，可有效增大壓實(shí)厚度和壓實(shí)體積，并減少壓實(shí)遍數(shù)，從而大大提高高填路基的壓實(shí)效率。因環(huán)天府新區(qū)快速通道工程回填材料主要為土石混合料，沖擊碾壓作用在土石混合料中，產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波向深層土石混合填料傳播，能量在土石混合料中傳遞時(shí)克服土石顆粒之間的吸附力、黏聚力，使疏松的土石顆粒咬合狀態(tài)變得更加緊密，土顆粒及細(xì)石顆粒逐漸填充到粗石顆?？紫吨?，使填料得到充足的壓實(shí)，從而達(dá)到快速高效的壓實(shí)土石混填料的目的，避免由于壓實(shí)度不夠、壓實(shí)不均勻等引起的路堤產(chǎn)生較大變形，從而導(dǎo)致路基產(chǎn)生不均勻沉降以及路面開裂這些影響交通安全因素的產(chǎn)生，提高路面的服務(wù)水平。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)可得出土石混合填料填筑路基時(shí)采用沖擊碾壓后壓實(shí)效果更為顯著。

圖1 沖擊壓路機(jī)工作原理

沖擊碾壓的速度一般控制在12～20 km/h，而一般壓路機(jī)行駛速度為4～6 km/h，相比較而言施工速度快，尤其對較長、較寬的路基段落，效率更高。且沖擊碾壓作用范圍大，沖擊碾壓的壓實(shí)影響深度一般在1～1.5 m，比傳統(tǒng)的振動(dòng)壓路機(jī)有更好的壓實(shí)功效，有效解決普通壓路機(jī)需要嚴(yán)格控制層厚的問題。對于普夯而言沖擊碾壓工費(fèi)較低，性價(jià)比較高。

沖擊碾壓全面施工以前應(yīng)進(jìn)行沖擊碾壓工藝試驗(yàn)，試驗(yàn)段長度選取200 m，試驗(yàn)段施工時(shí)，記錄原地面壓實(shí)至合格的遍數(shù)、填筑層的松鋪厚度、壓實(shí)厚度、壓縮比、平整度等參數(shù)。對試驗(yàn)段記錄的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)，用于指導(dǎo)全段路基高填方?jīng)_擊碾壓施工。自行式?jīng)_擊壓路機(jī)單塊最小沖壓施工面積不宜小于1 000 m2，牽引式?jīng)_擊壓路機(jī)單塊施工面積不宜小于1 500 m2。較窄的工作面但設(shè)置了轉(zhuǎn)彎道的最短直線距離不宜小于100 m，寬度不宜小于6 m。根據(jù)現(xiàn)場沖擊碾壓施工場地情況以及各種型號沖擊壓路機(jī)使用條件合理選擇施工機(jī)械。沖擊式壓路機(jī)工作前方如有結(jié)構(gòu)物應(yīng)及時(shí)調(diào)頭，安全距離不小于5 m?？拷Y(jié)構(gòu)物臺背處2.0 m及結(jié)構(gòu)物頂部的填土高度不大于2.0 m范圍內(nèi)，禁止沖擊碾壓。沖擊式壓路機(jī)工作時(shí)，壓實(shí)輪外緣應(yīng)與填層邊緣保持不小于1 m的安全間距，防止沖擊能量大，損壞填層邊部。為保證路基填筑部位碾壓充分以及防止虧坡導(dǎo)致路基寬度小于設(shè)計(jì)要求，路基每側(cè)填筑寬度應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求加寬50 cm。

(2)鋪設(shè)土工合成材料

土工合成材料是指應(yīng)用于巖土工程和土木工程中合成材料的總稱。主要材料為聚丙烯、聚乙烯和聚酯等。采用聚丙烯、聚乙烯材料制成的土工合成材料可用于酸堿環(huán)境中，但不宜長期直接暴露在陽光中。采用聚酯材料制成的土工合成材料則相反，不適用于酸堿環(huán)境中。土工合成材料有較高抗拉強(qiáng)度，埋于土石中可承受一部分拉應(yīng)力，增加土體穩(wěn)定性，所以高路堤上鋪設(shè)土工合成材料主要起到加筋的作用，同時(shí)土石作為散粒體通過土工合成材料這種連續(xù)介質(zhì)改善了其工程特征。對于高路堤的不均勻沉降起到了一定的減小和調(diào)節(jié)作用。加筋用產(chǎn)品形式包含土工織物、土工格柵、土工復(fù)合材料、土工格室等，本工程采用土工格柵(80 KN/m)。土工格柵具有較高強(qiáng)度，其開孔可容周圍土石等材料穿入，由于土石粒可以嵌入土工格柵的格柵孔口之內(nèi)，產(chǎn)生較大的摩擦力，對于路堤加筋效果更為顯著。土工格柵按受力性能一般分單向、雙向和三向格柵，本工程需要考慮多方向受力，采用雙向土工格柵。目前各類土工合成材料價(jià)格相差無幾，但在同等應(yīng)變下土工格柵強(qiáng)度最高，所以從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，采用土工格柵性價(jià)比最高。

土工合成材料的抗拉強(qiáng)度是路堤加筋的基本要求。土工合成材料易受尖硬突出物刺破、頂破，為免受施工損壞，保證強(qiáng)度的發(fā)揮，土工合成材料強(qiáng)度需滿足設(shè)計(jì)要求。填方的壓實(shí)是保證土工合成材料發(fā)揮加筋作用的關(guān)鍵，只有具有良好壓實(shí)的填方，才能保證土工合成材料和土石之間具有足夠的摩擦力。

3 高填路基預(yù)沉降

高填方路基一般在經(jīng)歷一個(gè)雨季后，很多病害都會暴露出來，因此在路基施工中合理安排高填方路基的施工，給高填方路基預(yù)留一個(gè)雨季的沉降期，便于進(jìn)行相關(guān)病害的處治，利于沉降穩(wěn)定。同時(shí)高填路基施工時(shí)填方高度要略高于設(shè)計(jì)標(biāo)高，預(yù)留一定的下沉量。通過招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司對四川成雅高速公路全線高填方路基，以及廣西南寧—桂林高速公路部分高填方路基不均勻沉降實(shí)測結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)為控制路基不均勻變形，高填方路基工后沉降控制指標(biāo)取40 mm較為合適。

4 結(jié) 語

高填方路基施工具有投資大、工程量大的特點(diǎn)，高路堤施工質(zhì)量是影響整個(gè)環(huán)天府新區(qū)快速通道工程完成質(zhì)量的關(guān)鍵部位。因此高填方路基施工時(shí)須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求施工，保證高路堤施工的每一道工序滿足質(zhì)量要求。通過對高填方路基施工質(zhì)量控制措施的總結(jié)分析，指導(dǎo)工程施工，控制施工質(zhì)量，優(yōu)化高填方路基施工工序，重點(diǎn)把控關(guān)鍵部位，最大程度上減小和控制本工程高填方路基的不均勻沉降。