淺談填挖交界路基病害的產(chǎn)生機理及預防措施
2015-07-09
據(jù)交通運輸部的資料統(tǒng)計顯示，我國2012年末全國公路總里程達423.75萬公里，其中全國等級公路里程360.96萬公里，占公路總里程的85.2%。我國山區(qū)面積占全國總面積的三分之二以上，近年來國家大力發(fā)展林業(yè)，開發(fā)出觀光旅游區(qū)，加大了開發(fā)山區(qū)基礎設施建設力度，積極改善山區(qū)交通條件。山區(qū)地區(qū)的公路建設，因山巒連綿、溝壑縱橫、地形地貌復雜、水文地質(zhì)條件差，比平原地區(qū)存在更頻繁更復雜的填挖交界問題。在公路修建及運營過程中因填挖方路基的差異沉降造成的路面結(jié)構(gòu)的病害問題一直屢見不鮮。本文擬從一些經(jīng)常出現(xiàn)的基礎問題入手，對填挖交界病害產(chǎn)生的原因、處理方法展開研究。
1、填挖交界路基的特點
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)為不均勻沉降問題，一般沿路面橫向產(chǎn)生裂縫或錯臺；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)生裂縫或錯臺。填挖交界路基病害的主要難點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，這種附加應力和路面的荷載應力共同作用，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、錯臺、路面沉陷等等。填挖交界病害的影響因素開挖坡體（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)填土路堤的沉降機制不同。從縱斷面來說，是路堤的不均勻沉降；從橫斷面來說，會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)嚴重的病害。從總體上看，填挖交界路基具有如下共同特點：由于斷面（包括橫斷面或縱斷面）上幾何或材料的異型，將導致斷面上易產(chǎn)生差異變形（包括工后沉降和重復荷載作用下的永久變形），而差異變形將對上承結(jié)構(gòu)（路面、軌道、道面）產(chǎn)生附加力學響應，直接導致上承結(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）在公路建設過程中，因為填方地段與挖方地段發(fā)生錯臺，整個路段產(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“倒三角”的地形，這種地形填方時底部機械難以展開工作面，一般先采用傾填，到機械能及的位置后才進行碾壓，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)過處理，基底的承載能力不均勻也導致了變形過大；然而挖方地段的基礎處于天然密實狀態(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”，這句話在公路建設中同樣適用。由于水對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，地下水通過毛細作用上升，侵入路基內(nèi)部，造成路基軟化，內(nèi)摩擦角減小，土體抗剪強度迅速降低；②半填半挖路基、路堤與路塹過渡段都較靠近地面，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孔隙水壓力可以達到相當?shù)臄?shù)值，再加上水的軟化、潤滑效應，可以使土體產(chǎn)生沉降變形。
3）不良地質(zhì)泛指地球外動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，它們既影響場地穩(wěn)定性，也對地基基礎、邊坡工程、地下洞室等具體工程的安全、經(jīng)濟和正常使用不利。以平興高速公路（即起于粵東北山區(qū)的平遠止于興寧的公路項目）為例，平興項目路線經(jīng)過的區(qū)域?qū)偕綆X重丘區(qū)，地形條件和自然環(huán)境復雜，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，高填深挖路基眾多、填挖交界頻繁，橋隧路段多次跨越國、省交通干線和山澗深谷，地質(zhì)情況復雜，施工難度大。該項目存在軟土、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，導致項目處理困難，實施難度加大從而導致工期較長。
4）填方時，填挖銜接處沒有按要求挖臺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)于公路項目即將建成或項目交付使用不久出現(xiàn)。一旦出現(xiàn)病害，不僅僅會造成經(jīng)濟損失，更會產(chǎn)生不良的社會影響，“憂在未萌，欲防微杜漸，”針對不同裂縫形成原因我們可以從不同的方面采取相應的措施：
縱向裂縫
1）必須按規(guī)范砌臺階和由下而上分層填筑碾壓，路基起始填筑時確保寬度足夠，填至一定高度時要檢查確認填土夠?qū)捄椭芯€未發(fā)生偏位，確保工程竣工后不會鑲邊下沉；
2）清除植被層時或軟基清挖時，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)范砌臺階進行分層填筑壓實；
4）路基施工中，適當?shù)丶訉捥钔?，一般每邊加?0cm，同時壓實寬度也應加寬50cm，以確保路基邊樁部位的壓實度及填方邊坡的穩(wěn)定性；
橫向裂縫：
大多數(shù)的橫向裂縫常見于填挖交界的路堤一側(cè)，基底不平順或是臺階不平整也會填挖方過渡段形成橫向裂縫，針對橫向裂縫發(fā)生的原因，可以從以下這些方面加以預防控制：
1）不同種類的壓路機對不同土質(zhì)的壓實有不同效果。比如說碾壓質(zhì)量控制不但要求必須選取合適的壓路機噸位、型號，還對壓實遍數(shù)、壓實方法及壓實的均勻性等方面均提出了有一定程度的標準。能用重型壓路機的部位，則用重型壓路機壓實，同時，各施工單位必須配備小型振動壓路機與振動打夯機壓實那些重型壓路機因結(jié)構(gòu)物的安全問題而不能碾壓的地方及壓不到的地方。對于小型壓實機具仍無法壓到的微小局部，應采用人工用鐵錘夯實。道路采用重型擊實標準和要求較高的壓實度，這就要求大噸位的壓路機與之相配套。振動碾壓砂礫土能得到良好的壓實效果，而振動碾壓粘性土能的到最佳壓實效果。壓實方法對壓實效果也有影響，壓實均勻性要求控制被碾壓路段的壓實度一致，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均勻性的因素之一，因此，嚴格控制路基碾壓前的填土表面平整性也是很有必要的。
2）填挖方過渡段的回填材料，宜選擇那些穩(wěn)定性較好、易于壓實的礫石土、級配砂礫摻土、粉煤灰或水泥、石灰穩(wěn)定土材料。但無論選哪一種材料都必須夯實，或用機械壓實。
其他：
對于填挖路段，填挖方過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)實際情況選擇適合的處理方式，以達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)、機具和土工格柵的層數(shù)、在填挖交界處設置橫向滲溝，以阻隔地下水從路基滲入的可能性，減小地下水對路基穩(wěn)定性的危害。排除地下水，切斷地表水補給，是保證路基穩(wěn)定的必要措施。半填半挖路基施工前應首先完成臨時排水設施；在施工期間，應經(jīng)常維護臨時排水設施，保證水流暢通。在填挖交界處引出邊溝水時，應做好出水口的加固，才能有效地防止半填半挖路基不均勻沉降的產(chǎn)生。
