淺談填挖交界路基病害的產(chǎn)生機(jī)理及預(yù)防措施
2015-07-09
據(jù)交通運(yùn)輸部的資料統(tǒng)計(jì)顯示，我國(guó)2012年末全國(guó)公路總里程達(dá)423.75萬(wàn)公里，其中全國(guó)等級(jí)公路里程360.96萬(wàn)公里，占公路總里程的85.2%。我國(guó)山區(qū)面積占全國(guó)總面積的三分之二以上，近年來(lái)國(guó)家大力發(fā)展林業(yè)，開(kāi)發(fā)出觀光旅游區(qū)，加大了開(kāi)發(fā)山區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度，積極改善山區(qū)交通條件。山區(qū)地區(qū)的公路建設(shè)，因山巒連綿、溝壑縱橫、地形地貌復(fù)雜、水文地質(zhì)條件差，比平原地區(qū)存在更頻繁更復(fù)雜的填挖交界問(wèn)題。在公路修建及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中因填挖方路基的差異沉降造成的路面結(jié)構(gòu)的病害問(wèn)題一直屢見(jiàn)不鮮。本文擬從一些經(jīng)常出現(xiàn)的基礎(chǔ)問(wèn)題入手，對(duì)填挖交界病害產(chǎn)生的原因、處理方法展開(kāi)研究。
1、填挖交界路基的特點(diǎn)
填挖交界路基的病害路基填挖交界分為縱向填挖和橫向填挖，縱向路基的病害主要表現(xiàn)為不均勻沉降問(wèn)題，一般沿路面橫向產(chǎn)生裂縫或錯(cuò)臺(tái)；橫向填挖則是路基不均勻的差異沉降和填土路堤的整體穩(wěn)定性，容易在縱向產(chǎn)生裂縫或錯(cuò)臺(tái)。填挖交界路基病害的主要難點(diǎn)是路基不均勻的差異變形和路基的不均勻沉降，使路面結(jié)構(gòu)的半剛性基層、瀝青面層或水泥混凝土板產(chǎn)生一種彎拉效應(yīng)，這種附加應(yīng)力和路面的荷載應(yīng)力共同作用，將加劇路面結(jié)構(gòu)疲勞破壞，表現(xiàn)到路面上就是產(chǎn)生裂縫、錯(cuò)臺(tái)、路面沉陷等等。填挖交界病害的影響因素開(kāi)挖坡體（原地面）坡度由于坡度的存在，使得填方路堤土體在垂直高度上不同，這就與全斷面連續(xù)填土路堤的沉降機(jī)制不同。從縱斷面來(lái)說(shuō)，是路堤的不均勻沉降；從橫斷面來(lái)說(shuō)，會(huì)加劇路基中心線到路肩的差異沉降，而且隨坡度的增大而更趨明顯，甚至引發(fā)嚴(yán)重的病害。從總體上看，填挖交界路基具有如下共同特點(diǎn)：由于斷面（包括橫斷面或縱斷面）上幾何或材料的異型，將導(dǎo)致斷面上易產(chǎn)生差異變形（包括工后沉降和重復(fù)荷載作用下的永久變形），而差異變形將對(duì)上承結(jié)構(gòu)（路面、軌道、道面）產(chǎn)生附加力學(xué)響應(yīng)，直接導(dǎo)致上承結(jié)構(gòu)的使用壽命大大縮減。
2、填、挖交界處病害產(chǎn)生的原因
1）在公路建設(shè)過(guò)程中，因?yàn)樘罘降囟闻c挖方地段發(fā)生錯(cuò)臺(tái)，整個(gè)路段產(chǎn)生不均勻沉降，致使路面也隨之發(fā)生破壞的情況時(shí)有發(fā)生。尤其在山區(qū)公路施工中，路基填方與挖方結(jié)合處的填方一般處于一個(gè)“倒三角”的地形，這種地形填方時(shí)底部機(jī)械難以展開(kāi)工作面，一般先采用傾填，到機(jī)械能及的位置后才進(jìn)行碾壓，傾填的部位由于大石料集中、填料的空隙率大，極不穩(wěn)定。尤其是基底未經(jīng)過(guò)處理，基底的承載能力不均勻也導(dǎo)致了變形過(guò)大；然而挖方地段的基礎(chǔ)處于天然密實(shí)狀態(tài)，即使有沉降也是均勻的，填挖交界路基由于其斷面的差異性就很可能出現(xiàn)差異沉降從而導(dǎo)致填方路基裂縫和路面病害。
2）“水能載舟亦能覆舟”，這句話在公路建設(shè)中同樣適用。由于水對(duì)路基的不均勻沉降影響甚大，所以被稱為是“路基病害之源”。其危害具體表現(xiàn)為：①大氣降水從地表、邊坡表面滲入，地下水通過(guò)毛細(xì)作用上升，侵入路基內(nèi)部，造成路基軟化，內(nèi)摩擦角減小，土體抗剪強(qiáng)度迅速降低；②半填半挖路基、路堤與路塹過(guò)渡段都較靠近地面，易受水的侵害；③地下水交替作用下，路基土體內(nèi)含水量反復(fù)變化。土體重度在一定范圍內(nèi)變化；更甚者，由毛管張力引起的負(fù)孔隙水壓力可以達(dá)到相當(dāng)?shù)臄?shù)值，再加上水的軟化、潤(rùn)滑效應(yīng)，可以使土體產(chǎn)生沉降變形。
3）不良地質(zhì)泛指地球外動(dòng)力作用為主引起的各種地質(zhì)現(xiàn)象，如崩塌、滑坡、泥石流、巖溶、土洞、河流沖刷以及滲透變形等，它們既影響場(chǎng)地穩(wěn)定性，也對(duì)地基基礎(chǔ)、邊坡工程、地下洞室等具體工程的安全、經(jīng)濟(jì)和正常使用不利。以平興高速公路（即起于粵東北山區(qū)的平遠(yuǎn)止于興寧的公路項(xiàng)目）為例，平興項(xiàng)目路線經(jīng)過(guò)的區(qū)域?qū)偕綆X重丘區(qū)，地形條件和自然環(huán)境復(fù)雜，路基土石方工程量巨大，軟基、巖溶、采空區(qū)等不良地質(zhì)路段長(zhǎng)，高填深挖路基眾多、填挖交界頻繁，橋隧路段多次跨越國(guó)、省交通干線和山澗深谷，地質(zhì)情況復(fù)雜，施工難度大。該項(xiàng)目存在軟土、高液限土和煤系土等不良土質(zhì)，再加上部分路段存在可溶性炭質(zhì)灰?guī)r、溶洞，導(dǎo)致項(xiàng)目處理困難，實(shí)施難度加大從而導(dǎo)致工期較長(zhǎng)。
4）填方時(shí)，填挖銜接處沒(méi)有按要求挖臺(tái)階處理或者處理的寬度及高度不滿足質(zhì)量要求。
3、防止填挖交界病害的方法措施
填挖交界的病害多出現(xiàn)于公路項(xiàng)目即將建成或項(xiàng)目交付使用不久出現(xiàn)。一旦出現(xiàn)病害，不僅僅會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，更會(huì)產(chǎn)生不良的社會(huì)影響，“憂在未萌，欲防微杜漸，”針對(duì)不同裂縫形成原因我們可以從不同的方面采取相應(yīng)的措施：
縱向裂縫
1）必須按規(guī)范砌臺(tái)階和由下而上分層填筑碾壓，路基起始填筑時(shí)確保寬度足夠，填至一定高度時(shí)要檢查確認(rèn)填土夠?qū)捄椭芯€未發(fā)生偏位，確保工程竣工后不會(huì)鑲邊下沉；
2）清除植被層時(shí)或軟基清挖時(shí)，要確保道路兩邊在施工工作面以內(nèi)或不利不益施工的路基范圍內(nèi)都被清理干凈，堆放的淤泥完全運(yùn)出路外，保證清淤到位；
3）半填半挖路段的路基，在交界處按規(guī)范砌臺(tái)階進(jìn)行分層填筑壓實(shí)；
4）路基施工中，適當(dāng)?shù)丶訉捥钔粒话忝窟吋訉?0cm，同時(shí)壓實(shí)寬度也應(yīng)加寬50cm，以確保路基邊樁部位的壓實(shí)度及填方邊坡的穩(wěn)定性；
橫向裂縫：
大多數(shù)的橫向裂縫常見(jiàn)于填挖交界的路堤一側(cè)，基底不平順或是臺(tái)階不平整也會(huì)填挖方過(guò)渡段形成橫向裂縫，針對(duì)橫向裂縫發(fā)生的原因，可以從以下這些方面加以預(yù)防控制：
1）不同種類的壓路機(jī)對(duì)不同土質(zhì)的壓實(shí)有不同效果。比如說(shuō)碾壓質(zhì)量控制不但要求必須選取合適的壓路機(jī)噸位、型號(hào)，還對(duì)壓實(shí)遍數(shù)、壓實(shí)方法及壓實(shí)的均勻性等方面均提出了有一定程度的標(biāo)準(zhǔn)。能用重型壓路機(jī)的部位，則用重型壓路機(jī)壓實(shí)，同時(shí)，各施工單位必須配備小型振動(dòng)壓路機(jī)與振動(dòng)打夯機(jī)壓實(shí)那些重型壓路機(jī)因結(jié)構(gòu)物的安全問(wèn)題而不能碾壓的地方及壓不到的地方。對(duì)于小型壓實(shí)機(jī)具仍無(wú)法壓到的微小局部，應(yīng)采用人工用鐵錘夯實(shí)。道路采用重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)和要求較高的壓實(shí)度，這就要求大噸位的壓路機(jī)與之相配套。振動(dòng)碾壓砂礫土能得到良好的壓實(shí)效果，而振動(dòng)碾壓粘性土能的到最佳壓實(shí)效果。壓實(shí)方法對(duì)壓實(shí)效果也有影響，壓實(shí)均勻性要求控制被碾壓路段的壓實(shí)度一致，不致于出現(xiàn)一部分超密，而另一部分欠密的不均勻現(xiàn)象。填土表面平整性也是影響壓實(shí)均勻性的因素之一，因此，嚴(yán)格控制路基碾壓前的填土表面平整性也是很有必要的。
2）填挖方過(guò)渡段的回填材料，宜選擇那些穩(wěn)定性較好、易于壓實(shí)的礫石土、級(jí)配砂礫摻土、粉煤灰或水泥、石灰穩(wěn)定土材料。但無(wú)論選哪一種材料都必須夯實(shí)，或用機(jī)械壓實(shí)。
其他：
對(duì)于填挖路段，填挖方過(guò)渡段處理的好壞直接關(guān)系到路基整體的穩(wěn)定性，為降低填挖段落中間的的不均勻沉降的影響，可根據(jù)實(shí)際情況選擇適合的處理方式，以達(dá)到最有效可靠地效果：根據(jù)不同的填土高度采取碾壓次數(shù)、機(jī)具和土工格柵的層數(shù)、在填挖交界處設(shè)置橫向滲溝，以阻隔地下水從路基滲入的可能性，減小地下水對(duì)路基穩(wěn)定性的危害。排除地下水，切斷地表水補(bǔ)給，是保證路基穩(wěn)定的必要措施。半填半挖路基施工前應(yīng)首先完成臨時(shí)排水設(shè)施；在施工期間，應(yīng)經(jīng)常維護(hù)臨時(shí)排水設(shè)施，保證水流暢通。在填挖交界處引出邊溝水時(shí)，應(yīng)做好出水口的加固，才能有效地防止半填半挖路基不均勻沉降的產(chǎn)生。
