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一.路基不均匀沉降的类型
1) 纵向不均匀沉降
路基纵向不均匀沉降主要表现为桥头跳车和纵向填挖交界处不均匀沉降,致使路、桥过渡段出现不同程度的台阶,且路面平整性受损,严重影响了公路的使用功能。
2) 横向不均匀沉降
由于车载、地下水及自重等作用,路基横向不均匀沉降引起的公路工程病害已成为公路工程质量通病之一。
二.路基横向不均匀沉降的原因分析
路基横向不均匀沉降的发生是多方面因素综合作用的结果。其中,内因在于地基及路基本身;外因是车载、地下水及自重等作用。
1.地基对路基横向不均匀沉降的影响
(1)路堤地基处理不当
①伐树除根及表土处理不彻底或是路基基底的压实度不够,致使路堤形成后,一旦杂质腐烂变质,地基将会发生松软和不均匀沉降。
②地面横坡大于1:5的路段,路堤填筑前地基未按规定要求挖成台阶,填料与地基结合不良,在荷载作用下填料极易失稳而沿坡面发生滑移,从而产生横向不均匀沉降。
(2)特殊地基地段
①软土地基对路基横向不均匀沉降的影响
②岩溶地基对路基横向不均匀沉降的影响
2.路基本身引起的路基横向不均匀沉降
(1)路堤填料不均匀
在公路施工过程中,对填料、级配很难得到有效的控制。若填料中混入种植土、腐殖土或泥沼等劣质土,或土中含有未经打碎的大块土或冻土等,或在填石路堤中石料规格不一,性质不匀,乱石中空隙很大,在一定期限(例如雨季)可能产生局部明显横向下沉。
(2)路基填土压实不足
由于压实度不足往往导致填方路基的横向不均匀沉降变形,路基两侧出现纵向裂缝。路基土体压实度不足的主要原因有以下几点。
①路基施工受实际条件的限制时,如局部路堤填料含水量低,路基压实度不均匀;暗埋式构造物因其长度限制使路基边缘不能超宽碾压,致使路基边缘压实度不够。
②在填方路堤施工中,当路堤施工到一定高度以后,路堤边缘土体往往存在压实度不足问题。填方土体压实度不足,其结果是土体前期固结压力小于自重应力和各种附加应力之和,在自重作用下就會发生沉降变形。
③由于填方土体的最佳含水量控制不力,压实效果达不到要求。
(3)半填半挖部位产生的不均匀沉降
由于填方的沉降系数与挖方的沉降系数不同,在行车荷载的作用下,随着时间的推移,填方与挖方的沉降差值越来越大,易在交界处出现土基不均匀沉降,路基产生纵向裂纹。
3.水文气候引起的路基横向不均匀沉降
(1)气候也是引起路基的横向不均匀沉降的一个重要因素。降雨量过大、洪水、冰冻、积雪或温差过大,都可能使高路堤产生横向不均匀下沉。
(2)地下水对路基横向不均匀沉降的影响:在地下水的交替作用下,路基土体内水含量反复变化。路基或地基中地下水的动态性对路基不均匀沉降有很大影响。
4.施工方面的原因
填筑顺序不当,未在全宽范围内分层填筑,填筑厚度不符合规定,填料质量不符合要求,填料水稳性差,不同性质的填料混填,因不同土类的可压缩性和抗水性差异,形成不均匀沉降。路基填料含水量控制不严,又无大型整平和碾压设备,使压实达不到要求。
三.路基横向不均匀沉降防治措施
1.设计方面
(1)做好地质勘探调查:对路线经过的地形、地貌、水文地质条件进行详细勘察,对特殊路基段应提供详细的设计资料。
(2)确保路基最小填筑高度:按照路基设计规范要求,根据土基干湿类型及毛细水位高度确保路基最小填筑高度。土质挖方路基,需换填不少于60cm砂砾;石质挖方路基,需设置30cm砂砾垫层,横向排水不畅路段要加设盲沟。
(3)明确路基填料质量标准要求:必须明确不同填高内路基填料的CBR值(最小强度)及最大粒径要求。种植土、腐殖土、淤泥冻土及强膨胀土等劣质土,严禁直接用于填筑路基。
(4)完善路基综合排水设计:路基纵、横向排水,避免造成两侧长期积水浸泡路基,使路基承载力下降而发生沉降变形。挖方段应根据上边坡的汇水面积设计截水沟,设置挡土墙防止坍方,路基较低路段可以加设砂砾层及渗水盲沟,并加大、加深边沟等排水措施。
(5)确保路基边坡稳定性:高填、深挖路基的边坡应根据填料种类、边坡高度和工程地质条件等确定,填方边坡过高时,可考虑在边坡中部加置边坡平台。
2.施工方面
(1)做好施工组织设计:合理安排施工段的先后顺序,以施工组织设计为依据,结合施工现场的实际情况,合理调配人员、设备。
(2)做好施工前的准备工作:开工前要认真审阅设计文件,详细了解各段的填、挖情况,地质情况,填、挖土质和调配情况。
(3)认真清除地表土:不良土质、地表植被、树根、垃圾、不良土质(盐渍土,膨胀土等)必须予以清除,然后换填透水性材料。
(4)严格控制填土含水量:施工时含水量要高于最佳含水量的1%~2%压实为宜,避免出现小于最佳含水量的压实情况。填筑路基前,疏通路基两侧纵横向排水系统,避免路基受水浸泡。
(5)严格选取路基填料用土:路基填料确定前,需进行土质分析,做CBR值、标准击实等试验,对于种植土、腐殖土、淤泥、强膨胀土等劣质土的CBR值、最大粒径不能满足规范要求的材料,不能用于路基填筑。
(6)做好监测工作:路基填筑前,要根据设计进行施工放样,建立半永久性的临时水准点和坐标点,并作好相应记录。
(7)做好路基填筑碾压工作:路基施工必须分层填筑,分层碾压,一般路段压实厚度不得大于30cm。不同性质的土不能混填,同一种土填筑厚度不能小于50cm(两层)。路基填筑须全幅填筑,一次到位,严禁帮宽。压实度达到规范要求后,方可进行后续施工。根据不同填土类型和压实厚度,选择好压实设备。
(8)做好路基施工中的排水工作:做好排水工程以及施工场地附近的临时排水设施,以保持路基能经常处于干燥、坚固和稳定状态。路基顶面做成2%~4%横坡,便于表面水及时排出。为了保持路基能经常处于干燥、坚固和稳定状态,必须将影响路基稳定的地面水予以拦截,并排除到路基范围之外,防止浸沉、聚积和下渗。
(9)对半填半挖部位产生的不均匀沉降的控制:将结合处挖方段下挖150cm,并依次做台阶,台阶宽1m,高为一个土方填筑层厚。每个台阶与填方整体填筑混压,150cm层面按94%控制压实度,150cm以上按96%控制压实度。
四 纵向填挖交界处不均匀沉降处理措施
如果纵向填挖交界处的沉降已经发生,我们必须采取一定的措施进行处理,以便使损失降到最低。目前,我们所采取的措施大致如下:
(1)分析产生的原因,观察沉降发展的情况,设计处理措施方案。
(2)错台差异不大的地方,对开裂的路面使用沥青砂或者水泥浆进行灌缝处理,避免路面水浸入而影响路面基层强度或路基的整体强度。
(3)如果沉降已经稳定,视差异高度加铺一层路面结构或重新填筑。
小结
路基的不均匀沉降引起的公路工程危害是公路质量通病之一。经过对质量通病产生的原因进行认真的研究与分析,对设计,施工,监理单位有针对性的提出治理工作要点,质量标准以及相应的对策与措施。这对实行全过程的质量管理具有极其很总要的现实意义。公路工程建设汇总应以实现质量目标为目的,以提高质量意识和强化质量措施为重点,以严格管理手段,以强化责任制为关键,以综合治理质量通病为突破口,确保工程质量。
1) 纵向不均匀沉降
路基纵向不均匀沉降主要表现为桥头跳车和纵向填挖交界处不均匀沉降,致使路、桥过渡段出现不同程度的台阶,且路面平整性受损,严重影响了公路的使用功能。
2) 横向不均匀沉降
由于车载、地下水及自重等作用,路基横向不均匀沉降引起的公路工程病害已成为公路工程质量通病之一。
二.路基横向不均匀沉降的原因分析
路基横向不均匀沉降的发生是多方面因素综合作用的结果。其中,内因在于地基及路基本身;外因是车载、地下水及自重等作用。
1.地基对路基横向不均匀沉降的影响
(1)路堤地基处理不当
①伐树除根及表土处理不彻底或是路基基底的压实度不够,致使路堤形成后,一旦杂质腐烂变质,地基将会发生松软和不均匀沉降。
②地面横坡大于1:5的路段,路堤填筑前地基未按规定要求挖成台阶,填料与地基结合不良,在荷载作用下填料极易失稳而沿坡面发生滑移,从而产生横向不均匀沉降。
(2)特殊地基地段
①软土地基对路基横向不均匀沉降的影响
②岩溶地基对路基横向不均匀沉降的影响
2.路基本身引起的路基横向不均匀沉降
(1)路堤填料不均匀
在公路施工过程中,对填料、级配很难得到有效的控制。若填料中混入种植土、腐殖土或泥沼等劣质土,或土中含有未经打碎的大块土或冻土等,或在填石路堤中石料规格不一,性质不匀,乱石中空隙很大,在一定期限(例如雨季)可能产生局部明显横向下沉。
(2)路基填土压实不足
由于压实度不足往往导致填方路基的横向不均匀沉降变形,路基两侧出现纵向裂缝。路基土体压实度不足的主要原因有以下几点。
①路基施工受实际条件的限制时,如局部路堤填料含水量低,路基压实度不均匀;暗埋式构造物因其长度限制使路基边缘不能超宽碾压,致使路基边缘压实度不够。
②在填方路堤施工中,当路堤施工到一定高度以后,路堤边缘土体往往存在压实度不足问题。填方土体压实度不足,其结果是土体前期固结压力小于自重应力和各种附加应力之和,在自重作用下就會发生沉降变形。
③由于填方土体的最佳含水量控制不力,压实效果达不到要求。
(3)半填半挖部位产生的不均匀沉降
由于填方的沉降系数与挖方的沉降系数不同,在行车荷载的作用下,随着时间的推移,填方与挖方的沉降差值越来越大,易在交界处出现土基不均匀沉降,路基产生纵向裂纹。
3.水文气候引起的路基横向不均匀沉降
(1)气候也是引起路基的横向不均匀沉降的一个重要因素。降雨量过大、洪水、冰冻、积雪或温差过大,都可能使高路堤产生横向不均匀下沉。
(2)地下水对路基横向不均匀沉降的影响:在地下水的交替作用下,路基土体内水含量反复变化。路基或地基中地下水的动态性对路基不均匀沉降有很大影响。
4.施工方面的原因
填筑顺序不当,未在全宽范围内分层填筑,填筑厚度不符合规定,填料质量不符合要求,填料水稳性差,不同性质的填料混填,因不同土类的可压缩性和抗水性差异,形成不均匀沉降。路基填料含水量控制不严,又无大型整平和碾压设备,使压实达不到要求。
三.路基横向不均匀沉降防治措施
1.设计方面
(1)做好地质勘探调查:对路线经过的地形、地貌、水文地质条件进行详细勘察,对特殊路基段应提供详细的设计资料。
(2)确保路基最小填筑高度:按照路基设计规范要求,根据土基干湿类型及毛细水位高度确保路基最小填筑高度。土质挖方路基,需换填不少于60cm砂砾;石质挖方路基,需设置30cm砂砾垫层,横向排水不畅路段要加设盲沟。
(3)明确路基填料质量标准要求:必须明确不同填高内路基填料的CBR值(最小强度)及最大粒径要求。种植土、腐殖土、淤泥冻土及强膨胀土等劣质土,严禁直接用于填筑路基。
(4)完善路基综合排水设计:路基纵、横向排水,避免造成两侧长期积水浸泡路基,使路基承载力下降而发生沉降变形。挖方段应根据上边坡的汇水面积设计截水沟,设置挡土墙防止坍方,路基较低路段可以加设砂砾层及渗水盲沟,并加大、加深边沟等排水措施。
(5)确保路基边坡稳定性:高填、深挖路基的边坡应根据填料种类、边坡高度和工程地质条件等确定,填方边坡过高时,可考虑在边坡中部加置边坡平台。
2.施工方面
(1)做好施工组织设计:合理安排施工段的先后顺序,以施工组织设计为依据,结合施工现场的实际情况,合理调配人员、设备。
(2)做好施工前的准备工作:开工前要认真审阅设计文件,详细了解各段的填、挖情况,地质情况,填、挖土质和调配情况。
(3)认真清除地表土:不良土质、地表植被、树根、垃圾、不良土质(盐渍土,膨胀土等)必须予以清除,然后换填透水性材料。
(4)严格控制填土含水量:施工时含水量要高于最佳含水量的1%~2%压实为宜,避免出现小于最佳含水量的压实情况。填筑路基前,疏通路基两侧纵横向排水系统,避免路基受水浸泡。
(5)严格选取路基填料用土:路基填料确定前,需进行土质分析,做CBR值、标准击实等试验,对于种植土、腐殖土、淤泥、强膨胀土等劣质土的CBR值、最大粒径不能满足规范要求的材料,不能用于路基填筑。
(6)做好监测工作:路基填筑前,要根据设计进行施工放样,建立半永久性的临时水准点和坐标点,并作好相应记录。
(7)做好路基填筑碾压工作:路基施工必须分层填筑,分层碾压,一般路段压实厚度不得大于30cm。不同性质的土不能混填,同一种土填筑厚度不能小于50cm(两层)。路基填筑须全幅填筑,一次到位,严禁帮宽。压实度达到规范要求后,方可进行后续施工。根据不同填土类型和压实厚度,选择好压实设备。
(8)做好路基施工中的排水工作:做好排水工程以及施工场地附近的临时排水设施,以保持路基能经常处于干燥、坚固和稳定状态。路基顶面做成2%~4%横坡,便于表面水及时排出。为了保持路基能经常处于干燥、坚固和稳定状态,必须将影响路基稳定的地面水予以拦截,并排除到路基范围之外,防止浸沉、聚积和下渗。
(9)对半填半挖部位产生的不均匀沉降的控制:将结合处挖方段下挖150cm,并依次做台阶,台阶宽1m,高为一个土方填筑层厚。每个台阶与填方整体填筑混压,150cm层面按94%控制压实度,150cm以上按96%控制压实度。
四 纵向填挖交界处不均匀沉降处理措施
如果纵向填挖交界处的沉降已经发生,我们必须采取一定的措施进行处理,以便使损失降到最低。目前,我们所采取的措施大致如下:
(1)分析产生的原因,观察沉降发展的情况,设计处理措施方案。
(2)错台差异不大的地方,对开裂的路面使用沥青砂或者水泥浆进行灌缝处理,避免路面水浸入而影响路面基层强度或路基的整体强度。
(3)如果沉降已经稳定,视差异高度加铺一层路面结构或重新填筑。
小结
路基的不均匀沉降引起的公路工程危害是公路质量通病之一。经过对质量通病产生的原因进行认真的研究与分析,对设计,施工,监理单位有针对性的提出治理工作要点,质量标准以及相应的对策与措施。这对实行全过程的质量管理具有极其很总要的现实意义。公路工程建设汇总应以实现质量目标为目的,以提高质量意识和强化质量措施为重点,以严格管理手段,以强化责任制为关键,以综合治理质量通病为突破口,确保工程质量。