周 濤

中鐵十六局集團(tuán)第五工程有限公司 河北唐山 063000

1 工程概況

某高速公路建設(shè)項(xiàng)目內(nèi)的LK256+260～LK256+530段沿線設(shè)計(jì)在泥石流區(qū)域，該區(qū)域的地層結(jié)構(gòu)中含有大量的粉質(zhì)黏性土，土體的厚度保持在0.4～1.2m 之間，碎石層的厚度為15～20m。其中，LK256+260～LK256+365段屬于挖方路基，LK256+365～LK256+530 段屬于半填半挖路基，LK256+260～LK256+430 段采用單面樁板墻進(jìn)行支撐，其余路段挖方邊坡采用孔窗式護(hù)面墻防護(hù)，填方邊坡采用拱形骨架護(hù)面進(jìn)行防護(hù)。

2 填挖交界沉降分析

2.1 路基填土物理力學(xué)性質(zhì)與壓實(shí)度關(guān)系分析

該項(xiàng)目內(nèi)的回填土選擇使用液限比較低的黏性土，回填以后進(jìn)行壓實(shí)處理。檢測回填土的壓實(shí)度，見表1。

結(jié)合表1 信息可以發(fā)現(xiàn)，黏性回填土的內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角以及變形模量都比較大。這幾個(gè)檢測指標(biāo)的數(shù)值會隨著回填土厚度的增加而不斷增大，為調(diào)研出其中的變化規(guī)律，對實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并繪制出回填土壓實(shí)度、變形模量、內(nèi)聚力之間的關(guān)聯(lián)性圖，見圖1、圖2。

表1 不同壓實(shí)度下填土物理力學(xué)參數(shù)表

結(jié)合圖1、圖2 可以發(fā)現(xiàn)，回填土的內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力會隨著土體壓實(shí)度的增大而不斷提升，回填土的密度與土體的壓實(shí)度之間具備顯著的線性增長關(guān)聯(lián)性。

圖1 壓實(shí)度與變形模量、內(nèi)聚力關(guān)系曲線圖

圖2 壓實(shí)度與內(nèi)摩擦角、密度關(guān)系曲線圖

2.2 路基差異沉降與壓實(shí)度關(guān)系

2.2.1 制定標(biāo)準(zhǔn)

在分析路基沉降現(xiàn)象的過程中應(yīng)該嚴(yán)格按照以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行：細(xì)分路堤部分的回填土壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)：0～80cm 部分的路床壓實(shí)度以96%為標(biāo)準(zhǔn)；80～150cm 部分的上路堤以95%為標(biāo)準(zhǔn)；下路堤則以94%為標(biāo)準(zhǔn)。

借助有限元分析方法精準(zhǔn)計(jì)算出交界點(diǎn)的水平方向位移量與垂直方向位移量。地基無法被壓縮，且路基變形基本上體現(xiàn)在交界路基的回填方一側(cè)。為形象直觀地展現(xiàn)出路基頂部的沉降具體情況，繪制沉降曲線，見圖3。

圖3 地基土為不可壓縮地層的路基頂面沉降曲線

結(jié)合圖3 可以發(fā)現(xiàn)，交界路基的挖方一側(cè)沉降量非常小，且沉降比較平緩，實(shí)際沉降值未超出1mm，沉降值最小的節(jié)點(diǎn)位于路肩部位，該節(jié)點(diǎn)的沉降值僅有0.52mm；填方一側(cè)的沉降比較顯著，沉降值最大的節(jié)點(diǎn)位于交界路基的中心，沉降值達(dá)到7.09mm?？梢詳喽?，路基的差異性沉降主要是由于填方一側(cè)的回填土自身下沉促成的。

2.2.2 不同壓實(shí)度下路基沉降有限元分析

為保證回填土壓實(shí)度與差異沉降之間關(guān)聯(lián)性研究的科學(xué)性，假設(shè)填方路段的壓實(shí)度完全相同，按照多個(gè)壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)分別計(jì)算出相對應(yīng)的路基沉降量。通過進(jìn)一步計(jì)算得出：回填土的壓實(shí)度控制在88%時(shí)，路基沉降量最大可以達(dá)到13.4mm，填挖兩側(cè)的路基沉降差異值為12.7mm；回填土的壓實(shí)度控制在91%時(shí)，路基沉降量最大可以達(dá)到8.11mm，沉降差異值為5.48mm；回填土的壓實(shí)度控制在94%時(shí)，路基沉降量最大可以達(dá)到7.22mm，沉降差異值為6.1mm；回填土的壓實(shí)度控制在97%時(shí)，路基沉降量最大可以達(dá)到5.8mm，差異值為5.2mm。

交界路基的挖方一側(cè)沉降量非常小，且沉降比較平緩，實(shí)際沉降值未超出1mm，其中，沉降值最小的節(jié)點(diǎn)位于路肩部位，該節(jié)點(diǎn)的沉降值只有0.52mm；相對而言，填方一側(cè)的沉降比較顯著，沉降值最大的節(jié)點(diǎn)位于交界路基的中心部位，沉降值達(dá)到了7.09mm。由于該項(xiàng)目內(nèi)的地基土層屬于花崗巖，花崗巖無法被壓縮，所以這部分的沉降值完全可以不予計(jì)算，意味著填方一側(cè)的沉降值是路堤的沉降值，也直接說明了交界路基的差異性沉降主要由于填方一側(cè)的土體沉降導(dǎo)致。當(dāng)填方一側(cè)的壓實(shí)度越小時(shí)，土體的沉降量越大，二者之間呈現(xiàn)出反比關(guān)聯(lián)性。

究其原因，主要是當(dāng)填方路基的壓實(shí)度增大時(shí)，回填土的變形模量也會增大，但增長的速度比較慢，當(dāng)回填土的壓實(shí)度達(dá)到94%時(shí)，回填土的變形模量基本不再繼續(xù)向上增長。加之地基無法壓縮，促使路基沉降完全由填方段促成。所以，當(dāng)回填土的壓實(shí)度達(dá)到94%以后，交界路基的差異性沉降不會再發(fā)生顯著的變化。

提高路床部分的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)是因?yàn)槁坊枰休d由路面?zhèn)鬟f下來的荷載，所以路堤部分的回填土壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)進(jìn)行細(xì)分處理。下路堤的功能是降低路基在穩(wěn)定荷載作用下的變形量，從而間接性降低路面的沉降值。結(jié)合上文介紹的內(nèi)容來看，交界路基的差異性沉降是引起路面病患的主要影響因素。路基部分的壓實(shí)度并非越大越好，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況來確定回填土的壓實(shí)度。如果強(qiáng)行提升回填土的壓實(shí)度，不但會增大施工難度，且會在一定程度上增加工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)成本。

2.3 路基差異沉降與填土高度的關(guān)系

對回填土高度為4.5m、6.5m、8.0m、l0.5m 的填挖交界路基展開進(jìn)一步調(diào)研，不同回填土高度下的路基差異沉降情況見表2。可以發(fā)現(xiàn)，交界路基的差異性沉降數(shù)值會隨著回填土的厚度增大而逐漸增大，二者之間具備顯著的正比關(guān)聯(lián)性。

表2 各回填土高度下的差異沉降表

2.4 填挖交界路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)確定

路基是柔性路面的主要受力結(jié)構(gòu)層，路面行車過程中，行車荷載會由路面?zhèn)鬟f至路基，所以路基必須要具備一定的強(qiáng)度與水穩(wěn)定性，結(jié)合實(shí)踐結(jié)果來看，若采用比較高的標(biāo)準(zhǔn)對路基進(jìn)行碾壓，是一種比較經(jīng)濟(jì)的處理措施。通常情況下，當(dāng)回填土路基的密實(shí)度要求越高時(shí)，那么路基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性也會隨之增強(qiáng)，同時(shí)，道路結(jié)構(gòu)層的質(zhì)量也會提高。對于填挖交界這種比較特殊的路基而言，若路基的壓實(shí)度提高至93%以后，且地基屬于不可壓縮地層時(shí)，路基的沉降差異會大幅度降低，若路基屬于可壓縮地層時(shí)，則會小幅度增大。所以，采用較高的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)對填挖交界這種比較特殊的路基并無顯著的優(yōu)化效果，并且在實(shí)際施工時(shí)難以取得理想化的成效，且不具備經(jīng)濟(jì)性要求。以填挖交界路基而言，在提高其壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)該結(jié)合路面的行車量慎重考慮，降低高速公路的早期損壞程度非常重要。

針對填挖交界這種比較特殊的路基，施工完成以后可能會出現(xiàn)差異性的沉降，假若處理措施不得當(dāng)，會促使路面產(chǎn)生橫、縱向裂縫，在這種情況下，路面早期破壞比較嚴(yán)重，降低道路的正常壽命。在這種情況下，適當(dāng)提高壓實(shí)度非常有必要。以施工能力問題而言，目前施工基本上使用震動壓路機(jī)，且壓路機(jī)的規(guī)格不斷提高。震動壓路機(jī)占據(jù)市場中壓路機(jī)總產(chǎn)量的70%以上，其中10～14t 的壓路機(jī)產(chǎn)量占總產(chǎn)量的75%～80%。近年來，我國的高速公路建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對于路基回填料的碾壓工作有了更為深刻的認(rèn)知，相關(guān)碾壓工藝也在不斷的完善，所以適當(dāng)性的提高壓實(shí)度具備可行性。

3 施工處理措施

結(jié)合實(shí)際情況來看，提高回填路基的壓實(shí)度系數(shù)可以在一定程度上保證路基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性。通常情況下，路基回填土的密實(shí)度越大時(shí)，路基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性必然會越強(qiáng)，路面結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量也會隨之提升[1-2]。

針對填挖交界路基施工以后的差異性沉降，假若未采取有效的措施處理，則會導(dǎo)致路面出現(xiàn)裂縫病患，對路面結(jié)構(gòu)造成影響，同時(shí)在很大程度上降低道路的正常使用壽命[3]。因此，本文提出的將下路堤壓實(shí)度由原設(shè)計(jì)的93%提高至94%并對路堤進(jìn)行注漿加固，能夠有效降低路基工后沉降并減少對路面結(jié)構(gòu)的影響。

3.1 高速液壓夯補(bǔ)強(qiáng)

采用液壓夯補(bǔ)強(qiáng)，提高下路提路基壓實(shí)度。夯實(shí)機(jī)按照其設(shè)備自身的性能可以細(xì)分為強(qiáng)、中、弱三個(gè)運(yùn)行檔位，將夯實(shí)機(jī)調(diào)節(jié)至強(qiáng)擋位，夯實(shí)3 錘，測量夯實(shí)部位下沉的具體數(shù)值并做好完整的測量記錄。將強(qiáng)擋位3 錘作為一組，詳細(xì)記錄下夯錘以后的沉降值。多次重復(fù)以上操作，分別記錄下第3 錘、第6 錘、第9 錘、第12 錘的沉降量。其中第3 錘與第12 錘之間的沉降差值應(yīng)＜15mm，否則即視為不合格，需整改。整改完成后才能進(jìn)入下一個(gè)部位進(jìn)行夯點(diǎn)作業(yè)。夯點(diǎn)作業(yè)采用扇形施工方式，每次夯擊作業(yè)按照左側(cè)、中間、右側(cè)的順序展開作業(yè)。

3.2 注漿加固施工方法

采用花管注漿，減少填方路基工后沉降。路基每填筑4.2m 進(jìn)行花管注漿，注漿管為φ50mm PVC 花管，長度4m，梅花形布置，間距為1.5m，注漿管與孔壁間采用碎石填充，右側(cè)注漿管距離路基邊坡不小于2.5m，防止漏漿。使用純水泥漿加固處理路基填土部分，水灰比為1∶1。注漿壓力應(yīng)不小于0.3 ～0.5MPa，注漿終止壓力為0.5MPa，注漿吸漿率應(yīng)不大于5L/ min。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

結(jié)合高速公路建設(shè)工程項(xiàng)目的整體建設(shè)成本，路基部分的造價(jià)占項(xiàng)目總造價(jià)的比例不高，在一定程度上采用有效措施提升路基壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)及減少工后沉降，必然會小幅度提升整個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)成本，但是這部分增加的成本相對路面后期的維護(hù)成本微乎其微。站在長遠(yuǎn)發(fā)展的角度來看在經(jīng)濟(jì)性方面也具備可行性。

5 結(jié)語

綜上所述，使用有限元分析對填挖交界路基的差異沉降進(jìn)入深入調(diào)研。適當(dāng)提升回填土的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)可以降低路基不均勻沉降量，采用花管注漿能夠有效降低工后不均勻沉降風(fēng)險(xiǎn)，減少路面結(jié)構(gòu)的后期維護(hù)成本，具備可行性。