湿陷性黄土高填方路基质量控制

许亮

摘要: 结合实际工程案例,阐述了湿陷性黄土地区高速公路填方路基的沉陷原因，指出了沉陷病害的易发部位和防治办法,旨在提高湿陷性黄土地区高速公路路基的使用耐久性,确保工程质量和行车安全,同时为后续同类工程施工提供参考。

关键词: 湿陷性黄土；路基沉陷；边坡；加固

中图分类号：U213.1 文献标识码： A

1 湿陷性黄土的形成及特征

湿陷性黄土是在干旱的气候条件下形成的，湿陷性黄土是一种特殊性质的土,在形成初期,季节性的少量雨水把松散的粉粒粘聚起来,而长期干旱使水分不断蒸发,形成以粗颗粒为主体骨架的多孔结构。在上覆土层自重应力作用下,或者在自重应力和附加应力共同作用下,下沉稳定后,受水浸湿,土体结构迅速破坏,并产生显著附加变形或下沉,严重影响路基质量。高填方路基施工完工后,随着时间的延长、气候的变化和汽车重复荷载的作用,常出现路基的整体下沉与局部下沉、路基纵横向开裂、路基滑动或者边坡滑坍等病害。

2 填方路基易发生沉陷病害的部位

2.1路基填挖结合部

半填半挖路基及路基填挖結合部,最容易出现路基不均匀沉降导致路面开裂,其主要成因有不良地基、填土材料、结合部处理不当、压实工艺及交通因素等方面的影响。它们又可以归纳为两大类:路基稳定性不足,病害现象为路基滑动；填挖结合部路基的不均匀沉降,表现为路面长大裂缝、断板等路面损害的发生。

2.2冲沟填方段落

首先冲沟填方段落一般都具有填方较高但是纵向长度较短并且是在暗涵顶填筑的特征,因此在施工时应当足够重视,严格控制每层填筑的层厚、压实度及填料的各项指标等要求,防止自然沉降引发的路基沉降。其次填筑最好整幅施工,这样可以防止路基的纵向裂缝。最后关于排水,不论是施工期间的临时排水还是路基形成后的最终排水系统,都应做到完善畅通,对于挖方段落汇流过来的水,疏导至路基范围外,防止对填方路基边坡产生冲刷。

3 路基处理

3.1换填土层法

换填土层法是指因填筑土质不符合要求,路基出现下沉但面积不大且深度不深,可以选择采用换填土层法。即将原路基出现沉陷的填土挖除,更换新的、符合要求的土质。一般采用级配较好的砂砾土、塑性指数满足规范要求的亚黏土为宜。采用此法施工时,回填土的挖补面积要扩大,且逐层挖成台阶状(纵向或横向应预留台阶,台阶应铺设土工格栅),由下往上,逐层填筑,碾压密实,压实度要求高出原路基压实度1%~2%为宜。重新填筑前应对路基顶面进行强夯处理,对于台背填筑沉陷段落,如填筑的是透水性材料应进行注浆处理,其特点是将整个下陷区进行开挖,重新进行路基路面施工,优点是有效可靠,缺点是路面及路基在施工开挖后,直接影响车辆运行。

3.2筋土加固

土工格栅为柔性纤维,它只承受拉应力,受拉力时产生较大的伸长和蠕变,但不能承受压应力。将其分布在土体中的拉伸变形区,土中的拉应力传递给格栅,使筋材作为抗拉构件。当加筋土受荷载作用时,土工格栅与土体间咬合镶嵌的摩擦阻力制约了土体中的侧向变形。土工格栅具有高度的粘结固结作用,与土相互嵌固的效应显示出更好的抗拉性能,高抗拉性使筋土强度远远大与无筋土,极大提高了土承受应力的能力,从而消除了不均匀沉降。土工格室是由土工合成材料组装成的具有蜂窝状结构的三维材料制品,它具有材质轻、耐磨、强度高等特性,其加固基床主要是利用格室的侧向限制作用与填料形成一个整体,并能有效地改善动应力的分布,使得动应力的横向分布较换填法更趋于均匀,避免了换填法的应力集中和出现不均匀沉降,从而提高提土体强度与刚度。

3.3路基边坡处理

三维土工网垫是以热塑树脂为原料制成的两层或多层表面呈凹凸不平网包的层状结构孔网,具有一定的弹性和强度:(1)网孔具有较大的容土空间,可将土颗粒、草籽等填充物有

效地握裹在一起,防止土粒、草籽和幼苗冲刷流失。(2)土工网垫的凹凸不平可使风和水流在网垫表面产生小涡流,能起缓冲消能作用。(3)土工网垫网孔状结构提高了土体的渗透性,有利于表层雨水下渗和植物生根发芽,促进生长并扎根于土体中,有效降低坡面水流量,加强保护层。4)植物根系与土工网垫交织在一起,形成浅层致密的坡面加筋复合保护层,具有一定的整体性和极强的抗冲蚀能力。

3.4 成桩加固法

成桩加固法主要有粉喷桩法、灰土挤密桩法、生石灰桩及灰土、碎石和干拌水泥碎石桩挤密法等,对于处理10m以内路基下沉病害,采用灰土挤密桩加固技术是较为理想的方法之一。灰土挤密桩是利用打桩机或振动器将钢套管打入地基土层并随之拔出,在土中形成桩孔,然后在桩孔中分层填入石灰土夯实而成灰土桩。与夯实、碾压等竖向加密方法不同,灰土挤密桩是对土体进行横向加密。施工中当套管打入地层时,管周地基土受到了较大的水平方向挤压作用,使管周一定范围内的土体工程物理性质得到改善。成桩后石灰土与桩间土发生离子交换、凝硬反应等一系列物理化学反应,放出热量,体积膨胀,其密实度增加,压缩性降低,湿陷性全部或部分消除。该方法处理地基较深(最深可达15m),回填材料价格低廉,施工机械简单,施工工艺简便,是经济与技术效果都较好的一种地基处理方法。

3.5 压力注浆法

灌浆法是利用液压、气压或电化学原理,通过注浆管将浆液均匀地注入地层中,浆液以充填、渗透和挤密等方式占据土粒间或岩石裂缝中的空间,经人工控制一定时间后,浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个结构新、强度大的整体。注浆的机理主要有渗入性注浆、劈裂注浆和压密注浆三种。灌浆施工主要包括灌浆压力、浆液浓度、灌浆量、灌浆次序等内容,如何选择和控制灌浆压力和浆液浓度等因素,是灌浆施工中首要解决的问题。灌浆压力是保证灌浆质量重要因素之一。如果压力过小,浆液射流达不到预计范围,扩散半径小,易形成空白区；如果压力过大,则会破坏路基原结构,抬升路面或冲垮边坡,还会使浆液沿路基薄弱部位冲出路基,达不到灌注目的。因此,在大范围灌注前应先做试验,根据注浆段的路基类型,结合单孔注浆量选择合适注浆压力。

4 结束语

湿陷性黄土路基及边坡施工的关键,在于对不良地基的处理,薄弱区的填筑加固采用土工合成材料综合治理,保证了行车安全,通过施工实践,实现了应用新技术、新材料整治基床及边坡病害,达到了根治的目的。对消除湿陷变形,提高路基承载力,控制路基不均匀沉降,消除道路跳车病害,保护自然环境,起着积极的作用。