高速公路路基沉降及施工控制技术研究_徐壬.pdf

1高速公路路基沉降的特征及原理1.1特征高速公路路基沉降指路基表面沿着垂直方向产生大幅度沉落。高速公路路基沉降量随着时间的增加而呈线性增大，整体沉降速率随着时间的增加而逐渐减小，逐渐完成固结。在区域地质条件相差不大时，高速公路相邻断面沉降量相差不大。在长时间固结变形作用下，高速公路路基沉降逐步进入尾声。此时，若新加宽路基，则不同路基下地基将出现不均匀沉降，形成拉裂沉降带1。1.2原理路基填土所产生的静力、路面上机械荷载所产生动力、路基自身重力共同作用造成了高速公路路基沉降。施工机械扰动导致路基面弹性变形主要表现为：施工机械作业（或行车）时，机械向高速公路路基附加有频率与周期随机械作业速度、轴重而变化的周期性荷载（多次重复作用的荷载），这一周期性荷载将直接导致高速公路路基发生弹性沉降变形，即在每次荷载作用后路基回弹变形消失，在下次荷载作用时再次出现回弹变形2。长期自重荷载导致路基塑性变形主要表现为：路基土内在结构高度复杂，是固体颗粒-水-气体组成的三相体系，因其内部结构特殊，导致其在自身重力作用下出现非线性变形特征。此时，土作为具有流动性质的材料，也将在重力荷载下出现变形，最终表现为路基沉降。路基填土压缩变形主要表现为：填土过程中孔隙水、空气被排出，土体颗粒之间体积减小，土体密实度不断增强3。但是，因土体颗粒无法保持最佳含水率，填土期间对含水率变化不够敏感，随着土体回填，土粒相互移动需克服的粒间阻力增加，持续挤压土体，导致路基变形。2影响高速公路路基沉降的因素2.1路段土质路段土质对高速公路沉降具有直接的影响。在路段土质【作者简介】徐壬（1985），男，甘肃兰州人，工程师，从事公路工程研究。高速公路路基沉降及施工控制技术研究Research on Subbed Settlement and Construction Control Technology of Expressway徐壬（甘肃顺达路桥建设有限公司，兰州 730050）XU Ren(Gansu Shunda Road and Bridge Construction Co.Ltd.,Lanzhou 730050,China)【摘要】论述了影响高速公路路基沉降的因素，并对高速公路路基沉降的施工控制技术进行了研究。在高速公路工程实践中，技术人员应从施工设计阶段着手，进行高速公路路基施工方案的优化，完备前期作业方案，注重施工过程沉降量的观测与后期监督验收，确保高速公路路基沉降的施工控制效果。【Abstract】The article discusses the factors affecting expressway roadbed settlement,and the construction control technology ofexpressway subgrade settlement is studied.In the practice of expressway engineering,technicians should start from the stage of constructionand design,in order to ensure the construction control effect of the expressway subgrade settlement,the construction scheme is optimized,the pre-operation scheme is completed,and the settlement of the expressway subgrade is observed and checked and accepted.【关键词】高速公路；路基沉降；施工控制【Keywords】highway;roadbed settlement;construction control【中图分类号】U416.1【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2023）04-0187-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.04.057Construction Technology工程施工技术187Construction&DesignForProject工程建设与设计排水固结作用较为缓慢，或者存在土质含水量低、土质干密度较大等地质条件不稳定条件时，施工过程对原地层具有较大扰动，高速公路路基沉降量随着时间的延长而显著增加，沉降速率随着时间的延长缓慢减小，整个路基固结时间较长，对总体施工效率也造成了较大的负面影响4。2.2路基填土路基填土是影响高速公路路基沉降的主要因素，路基填土所产生的静力可直接导致路基沉降。在路基填筑达到一定高度时，一旦路基填土压力超出路基容许承载力范围，沉降随着路基填筑高度的增大而急剧增加。2.3机械设备施工机械是影响高速公路路基沉降的因素之一。在高速公路施工期间，施工机械持续扰动路基。比如，自卸车卸除大量土体，推土机堆填大量土体，导致高速公路路基被持续挤压而发生压缩变形；再如，压路机或车辆直接碾压路基，短时间内克服土体颗粒之间内摩擦力、黏聚力挤出空气，促使土体颗粒发生相互滑动、错位、充填或相对位移，引发路基沉降。3高速公路路基沉降的施工控制技术3.1施工设计的优化方案3.1.1控制填土高度路基填土是干扰高速公路路基沉降的主要因素，因此，在施工设计期间，技术人员应设置路基填土高度上限，尽可能减少路基自重，控制地基沉降。同时，技术人员应控制路基填土速率，保持填土路基稳定，避免路基土方填筑速度过快导致荷载过早作用于地基而增加初期沉降量5。3.1.2优化排水系统高速公路路基沉降问题的出现与现场水文地质条件具有密切关系，特别是路基含水量。因此，技术人员应注重优化路基施工排水方案。根据高速公路路基含水情况，合理设置盲沟、排水孔、渗沟等设施，降低地下水位，确保高速公路路基长时间处于干燥状态。3.2施工前的准备工作3.2.1路基勘测在高速公路施工前期，技术人员应注重地质勘查，详细了解高速公路施工现场地质条件、水文条件、环境条件。同时，勘测施工区域土质沉降稳定性，计算施工区域土质承载量，为地表水平方向上位移易出现隆起量预测提供依据。3.2.2技术准备在路基地质条件勘测后，技术人员可以组织各岗位分析路基沉降原因，论证专项施工工艺，并开展安全技术交底，为路基沉降施工控制提供技术支持6。在技术交底完成后，技术人员可以提前分析技术应用难点，如钻孔、压浆、封孔、路面铣刨等，推动质量管控作业前移，确保技术应用效果。3.2.3材料准备在施工前期，技术人员应借鉴工程路基施工经验，选择适宜的路基施工材料，如路基施工用土应为黏性土质，且粒径大于2 mm，而路基用水泥应为PO32.5R硅酸盐水泥。进而完成全部材料的性能检验，在确定原材料性能与施工要求相符后，开展水泥浆配合比试验，为注浆作业顺利开展提供充足支持。3.3施工中沉降量观测控制3.3.1沉降量观测在高速公路施工过程中，沉降量的观测至关重要，是路基沉降控制的依据。一般路基沉降量观测点应位于同一个横断面，沿线路方向，在地势较为平台、地基均匀且高度小于5 m的位置，路基面沉降观测断面之间距离可以达到100 m，而地形、地质条件剧烈变化地段的路基面沉降观测断面之间距离小于或等于50 m，满足测点集中观测、看护需要。在设定的观测位置准确、稳定埋设观测桩，或者将长450 mm宽450 mm厚10 mm沉降板对称布置在高速公路路基两侧路肩下方（褥垫层顶部嵌入10 cm），密实回填中粗砂出露25 cm5 cm，并采取套管等保护措施，套管高度稍微低于沉降板测杆，沉降板上口加盖密封，规避人为因素、施工机械等对观测桩造成破坏。在沉降量观测时期为路基填筑到基床顶面（或加载预压路基填筑至基础底表面），路基面沉降观测时间大于或等于6个月。根据国际一等精密水准测量方法，利用测量误差小于2 mm的精密水准仪统一观测频率，一个个沉降观测周期为10 d。在观测周期内，初始读数为沉降板测杆顶部标高，根据路基填筑施工高速变化进行沉降板测杆、保护套管接长处理，每次接长1 m，接长后标高+1 m。进行观测数据的记录、分析。根据路基面沉降观测结果，对地基最终沉降完成时间进行分析、评价。根据地基最终沉降完成时间，对施工控制措施进行调整，确保地基沉降量在预先控制限度内。3.3.2沉降量控制对于一般沉降与设计要求不符的土质路基，可以选择冲击压实手段。即在表面软土厚度小于1.5 m时，表面挖除换填188后强夯加固。即利用挖掘机向原路基边坡内开挖台阶，台阶高度为1.5 m，台阶宽度为1.0 m。挖除软土回填密实料后，整平路基，利用300 kN单击夯锤径互切的方式完成铺底。铺底后利用300 kN单击夯锤径互压1/4完成满夯。为避免过夯，技术人员可以设定夯击数为8次（最后一次夯沉量与路基分层碾压压缩量相当），满夯后利用推土机平整路面。在表面软土厚度超过1.5 m或地基承载力标准值小于120 kPa时，利用水泥粉煤灰碎石桩（Cement Fly-ash Gravel，CFG）处理方法。在CFG桩处理期间，技术人员应根据前期划定的路基加固位置，开挖基槽，基槽预留土层厚度为30 cm。进而平稳安放长螺旋钻机，边排土边钻设孔洞至设计深度，搅拌泵送水泥粉煤灰混合料，至设计深度后提拉钻机，成桩移位，大锤敲打、钎子剔平桩头多余物质后铺设垫层（粒径1.5 cm1.0 cm碎石铺设20 cm厚）。对于涵洞位置，为保证路基整体稳定，利用旋喷桩复合地基加固，局部利用注浆处理，避免涵洞塌陷。注浆操作时，技术人员需要面向路基断面，人工利用液压钻机（配60 mm外丝钻杆与硬质合金钻头）钻设直径10 cm、深至底板下3 m及以上的注浆孔，横向孔之间距离为2 m，纵向孔之间距离为2 m，孔呈梅花形分布。钻孔期间利用空压机排除孔洞内多余渣土，一次成孔。随后在0.5 MPa0.1 MPa的压力下注入前期配置的水泥浆，填充原土孔隙，增加土体内部摩擦角，缩短土体固结时间，抵抗地表水对土体侵蚀，解决路基填筑后沉降问题。3.4施工后的验收与全过程管理监督3.4.1施工后的验收在路基沉降施工控制进入尾声后，技术人员可以进行分部验收。一般平整夯实处理的路基应每间隔100 m等间距检查4个点，确定表面应无杂草、树根、腐殖土；在地面横坡陡于15时，技术人员应等间距检查9个点，利用水准仪测量或直尺测量方法，确定台阶宽度大于或等于1 m；换填后路基，技术人员应每换填10 000 m3进行2组检验，确定换填料种类、使用范围、质量均与设计要求相符。并利用直尺测量方法，对换填深度、范围进行检查，确定换填质量符合要求；在高压旋喷桩施工进入尾声后，技术人员应选择代表路段，开展2根及以上成桩（旋喷桩总数的3%）工艺性试验，确定旋喷桩布置直径、旋喷桩布置间距、旋喷桩垂直度等主要工艺参数与要求（直径不小于设计值，间距偏差小于100 mm，垂直度偏差小于1.5%）相符，且桩基无侧限抗压强度满足复合路基承载力标准；在水泥粉煤灰碎石桩施工进入尾声后，技术人员应利用圆锥动力触探方法，从桩顶以下2.0 m开始，检查2根及以上（总桩数2%）桩身密度，确定其与设计要求相符；在排水施工进入尾声后，技术人员应对总根数2%及以上的排水性能进行检测，确定排水板布置偏差小于100 mm。3.4.2全过程管理监督为避免人为因素导致的高速公路路基沉降，技术人员应根据工程质量标准，从施工前准备着手，全面监督管理公路路基施工过程，严格落实分阶段检查验收制度，在前一个阶段验收合格后方可开展下一个阶段的施工作业，确保高速公路路基施工质量。在施工前准备环节，监管人员应进行检查，确定放样定位准确度，并审核相关方上报的中线贯通测量、断面测量、高程测量资料7。进而现场确认设计施工成果，重点审核工艺方法与质量要求契合度。必要时进入现场，见证首次施工操作，并按照作业人员抽样数量10%进行平行检验。在现场监督管理的基础上，旁站注浆、制浆、钻孔等关键环节，确认作业人员提交的资料，验证施工效果。4