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摘要公路填挖交界不均匀沉降问题是公路建设中常见的难题之一。结合公路填挖交界路基工程实际,在总结工程实践经验的基础上,分析填挖交界路基病害的主要原因,对填挖交界路基的设计和工程处理中的几个问题进行分析探讨,并对三门峡某路基工程项目中的填挖交界工程处理提出相应的建议。
关键词公路路基;填挖交界;土工格栅;不均匀沉降
中图分类号U4文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)072-0071-01
1填挖交界路基的病害
公路中填挖交界路基的病害问题是公路建设中常见的难题之一。按照填挖交界延伸的方向分为纵向填挖交界和横向填挖交界。当填挖方向与公路纵向一致时,即称为纵向填挖交界问题。由于路线纵向方向和路基横向方向的填土所受的约束条件不一样,因此,这两者的病害特点也不相同。对于纵向填挖,其病害主要表现为不均匀沉降问题,常常沿路面横向产生裂缝或错台;而对于横向填挖,一是路基不均匀的差异沉降,二是填土路堤的整体稳定性,这两种问题都可能遇到,常常沿纵向产生裂缝或错台。填挖交界路基病害问题的主要难点是路基不均匀的差异变形和路基的不均匀沉降,使上覆路面中的半刚性基层、沥青面层或水泥混凝土板产生一种弯拉效应(即它们受到附加弯拉应力的作用),而这种附加应力和路面的荷载应力共同作用,将加剧路面结构疲劳破坏,宏观表现即为路面产生裂缝、错台,路面沉陷等等。
2填挖交界病害成因
工程经验及研究成果表明,填挖交界病害的成因是多方面的,包括地形地貌条件、地基条件、地下水、外部荷载、填筑材料、施工工期、施工工艺等等,但其中较为突出的是:①开挖坡体(原地面)坡度的影响。由于开挖坡体(原地面)坡度的存在,使得在同一剖面上填方路堤土体在垂直深度上存在着差异,这与完全填土路堤的沉降机制是不同的。因此从纵向立面来说,是路堤的沉降不均匀;从横向立面来说,可能加剧沿路基中心线到路肩的差异沉降。这些变化会随着开挖后坡体(原地面)坡度的增大而更趋明显,甚至引发严重的病害。②填挖高度的影响。由于填土路堤高度的不同,使路堤的施工工期也不同,从而在后续路面工程开展前所保证的稳定沉降也相应的存在着差异。对于低高度的填方路堤,其固结沉降完成得较彻底,工后沉降较小,整体稳定性较高;而对于高填方路堤,不仅工后沉降较大,而且路堤整体稳定性也尚需验算。③地基的影响。一般体现在公路所跨的区域性地形地貌上。当填方路堤下伏有软土地基,而原坡体的地基承载力较高,于是地基的差异会致使路面产生裂缝。
3填挖交界路基的设计
在填挖交界的填方一侧,在设计中往往容易忽视特殊地形、地质等情况,若采用通常的标准设计,则可能出现病害。为了避免或少病害,在设计上应采取较为合理而有效的措施。
1)填挖交界路基的方案比选。地表坡度较大的填挖交界路基,不仅施工难度较大而且病害较多,因而在设计阶段应重视与其他方案的比选。可供比选的方案有:采用桥梁通过,采用半路半桥的方式通过,采用高程不同的分离式路基,采用路肩墙或其他形式的挡土墙,采用土钉墙加筋土路基等。方案比选时不仅要看经济指标,同时应重视施工因素及使用效果。
2)填挖交界路基的稳定。在填挖交界路基处,当地表斜坡陡于1:2.5时,应对填挖交界路基进行稳定性验算,包括挖方侧的上边坡及填方侧下边坡两个部分的验算。进行稳定计算时需根据土性及地形地质,分别采用直线滑动面法、折线滑动面法和圆弧滑动面法进行验算。
直线滑动面法的计算公式为:
式中:E——下滑力;
W——填方土体重及车辆荷载;
C、φ——土体黏聚力及内摩擦角;
a——地面倾角;
L——滑动面长;
K——稳定系数,规范要求稳定系数不小于1.25。
3)填挖交界路基的沉降。在某些国家,不允许将路基的填挖交界点放在行车道的位置,但要完全按照这个原则设计,难度太大。在实际工程中除了在填料、压实度和施工质量上下功夫外,常采用的措施是在路基顶部增加土工格栅。土工格栅设在填挖交界处,并保证有一定的锚固长度,通常为5～6m。土工格栅虽不能减少路基的沉降,但可有效避免裂缝集中出现。
4)填挖交界路基的排水。搞好填挖交界路基的排水,是保证施工质量及路基稳定的重要方面,虽然排水设计的优劣较难反映在计算上,但会较大程度地影响实际受力情况。排水设计包括地表排水和地下排水。对于地表水应重视填挖交界处因路面可能开裂后的下渗情况,最好能在填挖交界处设置纵向盲沟。
5)填挖交界路基的路面结构。对于山区公路,由于填挖交界的情况较多,且填方的高度通常较大,路基不均匀沉降现象也比较突出。从这个方面来看,采用柔性路面结构优于刚性路面,因为柔性路面对沉降不均匀的适应性要好,并且养护维修方面也要容易。对于施工周期较短的公路,可以考虑采用过渡性沥青混凝土路面的设计方案,待通车1～2年后,沉降基本完成时再进行二次罩面。在工程中,也常在交接面的路面面层中加设玻璃纤维格栅,以分散变形,避免或减小裂缝。
4填挖交界处理措施
在公路填挖交界路基工程处治上,应针对不同的原坡体、填筑体和地基的情况采取不同的综合处治措施方案,重点部位处治要求如下:
对于软弱地基,应进行固结处理。固结处理后地基土体的固结度应达到95%～98%以上。若达不到此要求,则需对地基进行加固处理,处理后的地基承载能力应达到150～200kPa以上,为使软基固结后期排水顺畅,应在软基表面铺设砂垫层排水,并在砂垫层上表面铺设土工格栅,防止地基失稳以及过大的不均匀沉降。然后,再施工填筑体。
对于原坡体,当原坡体土体的密实度不能满足国家规范规定的“上路床密实度95%”的要求,则需对原坡体“零”填挖高程以下2m深度以内的土体进行密实度处理。处理方法可选用夯实法、冲击压实法、灌浆法等,处理后土体的CBR应达到5%～8%以上。
5工程实例及建议
三门峡黄河二桥南岸项目所在地属于重丘陵地区,沿线地质以黄土为主,无软弱地基,虽填挖交界之处填挖高度不大于6m,但由于地形地貌特殊,压实机具无法正常运作,致使强夯处理无法进行。经过综合考虑,对该项目填挖交界路基的处理建议采取如下措施:1)在填挖交界路基地面纵坡陡于1:2.5之处,对填挖路基进行稳定性分析,其最小稳定安全系数不得小于1.25;2)由于黄土土质的湿陷特性,特别要搞好填挖交界路基的排水,排水设计包括地表排水和地下排水。对于地表水应重视填挖交界处因路面可能开裂后的下渗情况,建议在纵向填挖交界处设置80cm×80cm的横向盲沟,在横向填挖交界处设置80cm×80cm的纵向盲沟;3)应清除交界面原坡体表层的杂土和植被土,对1.5～2m深度范围内的土体应进行密实度处理,在路床上下各铺设一层土工格栅,以对称铺设;在填挖交界面开挖台阶,台阶宽度不小于2m,并向内倾斜3%;在每台阶处设置土工格栅,并保证有一定的锚固长度,通常为5～6m,并在填挖交界处不对称布置。
参考文献
[1]李建仙.浅议公路路基的防护措施.太原城市职业技术学院学报,2010,05:172-173.
[2]徐敏.粉喷桩在高速公路软基处理中的应用.辽宁省交通高等专科学校学报,2010,02:20-22.
作者简介
刘新延(1978—),男,河南郑州人。主要从事桥梁施工、监理工作。
关键词公路路基;填挖交界;土工格栅;不均匀沉降
中图分类号U4文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)072-0071-01
1填挖交界路基的病害
公路中填挖交界路基的病害问题是公路建设中常见的难题之一。按照填挖交界延伸的方向分为纵向填挖交界和横向填挖交界。当填挖方向与公路纵向一致时,即称为纵向填挖交界问题。由于路线纵向方向和路基横向方向的填土所受的约束条件不一样,因此,这两者的病害特点也不相同。对于纵向填挖,其病害主要表现为不均匀沉降问题,常常沿路面横向产生裂缝或错台;而对于横向填挖,一是路基不均匀的差异沉降,二是填土路堤的整体稳定性,这两种问题都可能遇到,常常沿纵向产生裂缝或错台。填挖交界路基病害问题的主要难点是路基不均匀的差异变形和路基的不均匀沉降,使上覆路面中的半刚性基层、沥青面层或水泥混凝土板产生一种弯拉效应(即它们受到附加弯拉应力的作用),而这种附加应力和路面的荷载应力共同作用,将加剧路面结构疲劳破坏,宏观表现即为路面产生裂缝、错台,路面沉陷等等。
2填挖交界病害成因
工程经验及研究成果表明,填挖交界病害的成因是多方面的,包括地形地貌条件、地基条件、地下水、外部荷载、填筑材料、施工工期、施工工艺等等,但其中较为突出的是:①开挖坡体(原地面)坡度的影响。由于开挖坡体(原地面)坡度的存在,使得在同一剖面上填方路堤土体在垂直深度上存在着差异,这与完全填土路堤的沉降机制是不同的。因此从纵向立面来说,是路堤的沉降不均匀;从横向立面来说,可能加剧沿路基中心线到路肩的差异沉降。这些变化会随着开挖后坡体(原地面)坡度的增大而更趋明显,甚至引发严重的病害。②填挖高度的影响。由于填土路堤高度的不同,使路堤的施工工期也不同,从而在后续路面工程开展前所保证的稳定沉降也相应的存在着差异。对于低高度的填方路堤,其固结沉降完成得较彻底,工后沉降较小,整体稳定性较高;而对于高填方路堤,不仅工后沉降较大,而且路堤整体稳定性也尚需验算。③地基的影响。一般体现在公路所跨的区域性地形地貌上。当填方路堤下伏有软土地基,而原坡体的地基承载力较高,于是地基的差异会致使路面产生裂缝。
3填挖交界路基的设计
在填挖交界的填方一侧,在设计中往往容易忽视特殊地形、地质等情况,若采用通常的标准设计,则可能出现病害。为了避免或少病害,在设计上应采取较为合理而有效的措施。
1)填挖交界路基的方案比选。地表坡度较大的填挖交界路基,不仅施工难度较大而且病害较多,因而在设计阶段应重视与其他方案的比选。可供比选的方案有:采用桥梁通过,采用半路半桥的方式通过,采用高程不同的分离式路基,采用路肩墙或其他形式的挡土墙,采用土钉墙加筋土路基等。方案比选时不仅要看经济指标,同时应重视施工因素及使用效果。
2)填挖交界路基的稳定。在填挖交界路基处,当地表斜坡陡于1:2.5时,应对填挖交界路基进行稳定性验算,包括挖方侧的上边坡及填方侧下边坡两个部分的验算。进行稳定计算时需根据土性及地形地质,分别采用直线滑动面法、折线滑动面法和圆弧滑动面法进行验算。
直线滑动面法的计算公式为:
式中:E——下滑力;
W——填方土体重及车辆荷载;
C、φ——土体黏聚力及内摩擦角;
a——地面倾角;
L——滑动面长;
K——稳定系数,规范要求稳定系数不小于1.25。
3)填挖交界路基的沉降。在某些国家,不允许将路基的填挖交界点放在行车道的位置,但要完全按照这个原则设计,难度太大。在实际工程中除了在填料、压实度和施工质量上下功夫外,常采用的措施是在路基顶部增加土工格栅。土工格栅设在填挖交界处,并保证有一定的锚固长度,通常为5～6m。土工格栅虽不能减少路基的沉降,但可有效避免裂缝集中出现。
4)填挖交界路基的排水。搞好填挖交界路基的排水,是保证施工质量及路基稳定的重要方面,虽然排水设计的优劣较难反映在计算上,但会较大程度地影响实际受力情况。排水设计包括地表排水和地下排水。对于地表水应重视填挖交界处因路面可能开裂后的下渗情况,最好能在填挖交界处设置纵向盲沟。
5)填挖交界路基的路面结构。对于山区公路,由于填挖交界的情况较多,且填方的高度通常较大,路基不均匀沉降现象也比较突出。从这个方面来看,采用柔性路面结构优于刚性路面,因为柔性路面对沉降不均匀的适应性要好,并且养护维修方面也要容易。对于施工周期较短的公路,可以考虑采用过渡性沥青混凝土路面的设计方案,待通车1～2年后,沉降基本完成时再进行二次罩面。在工程中,也常在交接面的路面面层中加设玻璃纤维格栅,以分散变形,避免或减小裂缝。
4填挖交界处理措施
在公路填挖交界路基工程处治上,应针对不同的原坡体、填筑体和地基的情况采取不同的综合处治措施方案,重点部位处治要求如下:
对于软弱地基,应进行固结处理。固结处理后地基土体的固结度应达到95%～98%以上。若达不到此要求,则需对地基进行加固处理,处理后的地基承载能力应达到150～200kPa以上,为使软基固结后期排水顺畅,应在软基表面铺设砂垫层排水,并在砂垫层上表面铺设土工格栅,防止地基失稳以及过大的不均匀沉降。然后,再施工填筑体。
对于原坡体,当原坡体土体的密实度不能满足国家规范规定的“上路床密实度95%”的要求,则需对原坡体“零”填挖高程以下2m深度以内的土体进行密实度处理。处理方法可选用夯实法、冲击压实法、灌浆法等,处理后土体的CBR应达到5%～8%以上。
5工程实例及建议
三门峡黄河二桥南岸项目所在地属于重丘陵地区,沿线地质以黄土为主,无软弱地基,虽填挖交界之处填挖高度不大于6m,但由于地形地貌特殊,压实机具无法正常运作,致使强夯处理无法进行。经过综合考虑,对该项目填挖交界路基的处理建议采取如下措施:1)在填挖交界路基地面纵坡陡于1:2.5之处,对填挖路基进行稳定性分析,其最小稳定安全系数不得小于1.25;2)由于黄土土质的湿陷特性,特别要搞好填挖交界路基的排水,排水设计包括地表排水和地下排水。对于地表水应重视填挖交界处因路面可能开裂后的下渗情况,建议在纵向填挖交界处设置80cm×80cm的横向盲沟,在横向填挖交界处设置80cm×80cm的纵向盲沟;3)应清除交界面原坡体表层的杂土和植被土,对1.5～2m深度范围内的土体应进行密实度处理,在路床上下各铺设一层土工格栅,以对称铺设;在填挖交界面开挖台阶,台阶宽度不小于2m,并向内倾斜3%;在每台阶处设置土工格栅,并保证有一定的锚固长度,通常为5～6m,并在填挖交界处不对称布置。
参考文献
[1]李建仙.浅议公路路基的防护措施.太原城市职业技术学院学报,2010,05:172-173.
[2]徐敏.粉喷桩在高速公路软基处理中的应用.辽宁省交通高等专科学校学报,2010,02:20-22.
作者简介
刘新延(1978—),男,河南郑州人。主要从事桥梁施工、监理工作。