黄土地区“V”型冲沟高填路堤处理方法研究

朱世栋

【摘 要】本文结合西合二级公路改建工程（西部）施工中的建设实践，阐述了黄土地区"V"型冲沟高填路堤处理的特点以及相应的处理方法，供大家参考和借鉴。

【关键词】“V”型冲沟；高填路堤；处理方法

0 引言

甘肃陇东地区地处黄土高原中部，地貌类型主要为黄土塬、残垣沟壑、河谷阶地等，且该地区黄土多具有较强湿陷性。特别是黄土冲沟多呈“V”字型，切深100～280m，滑坡、崩塌及黄土陷穴等不良地质发育，水土流失现象严重。公路路线为跨越冲沟而设置的高填路堤病害严重，常表现为基底失稳、滑移，基底洞穴坍塌导致路基空洞，填挖结合部裂缝、错台，路堤工后沉降过大等，严重影响行车安全性、舒适性。由甘肃路桥建设集團承建的西合二级公路在施工过程中针对以上问题，在"V"型黄土冲沟高填路堤压实工艺及工后沉降控制方面进行了深入探索和研究，并提炼形成了陇东地区“V”型黄土冲沟高填路堤施工工法。截止目前，使用本工法进行填筑的“V”型黄土冲沟高填路堤均未发生较大的工后沉降，路基结构稳定，路面平整顺畅，取得了良好的社会效益。

1 问题及处理方法

甘肃陇东地区“V”型黄土冲沟高填路堤产生较大工后沉降及破坏的主要原因有多种，处理方法紧紧围绕高填路堤沉降机理，主要以以下四种沉降破坏原因为探索依据，总结形成的处理方法。

①是原地面在填土荷载作用下发生较大沉降。为提高“V”型黄土冲沟原地面承载稳定性，填土施工前要对洞穴分布情况进行详细调查，采用开挖回填、灌砂、灌浆等措施进行处理，对陷穴进口地表水进行引流，封堵陷穴进口等措施相结合的工艺，避免水长期侵蚀洞穴导致坍塌、空洞等；并采用强夯、冲击碾、过湿基底土体换填等措施解决基底失稳、滑移的问题。

②是路堤填土本身压实不够导致沉降较大。凸块式振动压路机特点是凸块端部压强大、压入深度较大并对土体产生揉搓作用，对土层下半部分的压实效果较好；依靠自重作用的三钢轮静碾压路机，其特点是利用滚筒在碾压层表面来回滚动作用使土体密实，对表面的10cm压实效果较好；羊角碾压过后表面的10cm由于侧压力挤压作用会产生翻松现象，三钢轮静碾压路机正好弥补了这个缺陷。另外每填高2m采用冲击碾进行补强，可以进一步增加压实层强度及整体性。三钢轮静碾压路机、凸块式振动压路机、冲击碾的合理机械组合，有效提高了湿陷性黄土的压实度，有效减小了填土的后期沉降。

③是填挖结合部处理不够重视，方法不得当，造成薄弱截面，从而产生横向裂缝等发生破坏。通过严格的台阶开挖、平行台阶碾压、铺设土工格栅等措施，了有效解决该问题的发生。

④是路面结构层施工前路堤沉降尚未基本稳定。黄土冲沟高填路堤填筑完成后，都有一个自重沉降的过程，且沉降量随时间推移由大变小直至收敛稳定。很多黄土高路堤发生工后沉降过大导致使用性能下降，是因为在沉降未基本稳定就进行了路面结构层的施工。本工法利用施工周期内黄土路堤沉降观测数值，用沉降量-时间曲线判别沉降是否基本稳定，并预估剩余沉降量，在结构层施工前进行调整，有效降低工后沉降并使纵断面高程符合设计。

2 处理方法的流程及操作要点

2.1 处理方法的流程

甘肃陇东地区黄土冲沟高填路堤施工的施工步骤主要包括施工准备、测量放样、修施工便道、陷穴调查、基底情况调查、陷穴处理、基底处理、台阶开挖、填料摊铺、压实、检测验收、坡面防护及排水工程施工、沉降观测等，其施工处理方法的流程如图1所示。

2.2 操作要点

2.2.1 施工准备

1）技术准备：收到施工设计图纸后，首先组织技术人员进行施工前的图纸会审工作，同时进行技术交底。

2）测量准备：根据业主的要求和工程施工的实际需要，完成导线、水准复测工作和原地面复测工作，并根据复测结果校核路基设计横断面图，有较大出入的要及时提交监理单位审核上报。

3）试验准备：根据技术规范要求的频率取土样，进行利用土方、原地面土方的天然含水率、最佳含水率、标准击实试验、路基材料CBR值检测、塑液限指标、土的颗粒分析试验、有机质含量、易溶盐含量以及黄土的湿陷性判定试验等。

2.2.2 测量放样

开工前按测量规程和设计图纸要求进行现场放样，定出路基中心线、坡脚线、零填线等。放样桩距按20m控制，地形突变处单独设桩。在施工过程中每填筑三层，按设计及规范要求测量放样一次，恢复路基中线、边线。测量放样所用的木桩应带有明显标志。

2.2.3 修筑施工便道

陇东地区黄土冲沟多呈“V”字型，地势陡峭，修筑施工便道至沟底通常难度很大。要充分调查施工点附近的地形条件，结合地形图，根据设备配置情况，本着安全、环保、满足施工需要的原则修筑。便道临边距离不得小于3m，并应做好临边防护。施工便道设简易的排水设施，避免雨水冲毁。

2.2.4 洞穴调查

路堤填筑施工前应对填筑范围以内的洞穴（人工开挖的窑洞、果窖、墓穴以及天然形成的陷穴等）进行详细调查。对于自然形成的陷穴，须通过开挖、放烟、灌水等方法摸清洞穴的类型（单进单出、单进多出、多进单出、多进多出等）、走向（水平、竖直、斜向）、大小等要素。路堤填筑范围以外（一般为路堤坡脚以外20m范围内），对路基稳定性有影响的陷穴洞口也要进行调查。

2.2.5 基底情况调查

路堤填筑施工前应对填筑范围以内的植被情况、原地面横坡、纵坡、冲沟两侧山体稳定性等进行调查。特别是对基底黄土的湿陷性、表层及深层土的含水率、承载稳定性等进行详细调查，为确定施工措施提供依据。

2.2.6 洞穴处理

1）路基范围以内人工开挖的窑洞、果窖、墓穴等洞穴应按要求放坡开挖后逐层碾压回填，压实标准与路基相同。具体处理方法详见图2。endprint

2）对陷穴的进口应截排周围地表水汇入路基排水系统。路基范围以内的陷穴，竖直且深度较大的采用灌砂、灌浆等措施处理，竖直且深度较小、水平或斜向的采用开挖回填进行处理。

3）陷穴进口宜进行开挖回填，开挖深度不小于1.5m，坡比不小于1：1，留台阶并30cm布设一层土工格栅，于最上层用防水土工布、30cm灰土进行防渗处理。路基范围以外，对路基稳定性有影响的陷穴进口也要进行封填并做防渗处理。

2.2.7 基底处理

1）黄土冲沟高填路堤在条件允许的情况下宜采用强夯、冲击碾压等方法对原地表进行处治，以减小原地面的压缩沉降量。强夯或冲击碾压后应对原地面进行整平碾压。填筑范围内的原地面表层腐殖土、表土、草皮、垃圾、有机物残渣、植物根系等均应进行清除，清表深度不小于30cm。原地面坑槽应在清除杂物后，用合格填料按路基填筑要求分层回填分层压实。

2）含水量大于塑限的软弱地基要采取换填法进行处理，换填的填料与路基同填料，切忌选用砂砾等透水性材料。

2.2.8 台阶开挖

基底处理后，根据实际地形情况，从坡脚位置向上分层开挖台阶，一般台阶宽度应不小于2m，并设置向内2%--4%的横坡。施工时应注意：台阶必须挖在稳定的土层上，坡积、残积土要清理干净，根据地形条件，台阶方向宜尽量垂直于路线方向设置。考虑到压实机械作业不留死角，台阶竖直面坡比宜为1：0.3左右，而不应竖直。黄土冲沟地形陡峭，开挖台阶可根据填高逐步开挖。路堤上部10m范围内台阶宽度应加宽至4m，保证填挖结合部的稳定性。

2.2.9 取土场调查选定及填料运输

路基施工前要对取土场的土質进行详细的调查、取样、试验。取土场的原地面表层腐殖土、表土、草皮、垃圾、有机物残渣、植物根系等均要清除干净。对于含水量达不到最佳含水量要求的取土场，根据施工需求提前进行规划，采取闷土等措施提高含水量。要有规划，自上而下分层取土，严禁挖神仙土或爆破取土。运输车辆的配备应与现场施工机械相匹配，保证施工的连续性。

2.2.10 填料摊铺

黄土路基填筑要特别重视填料的松铺厚度，压实后的厚度不大于30cm，松铺系数根据不同摊铺机械情况在现场通过试验确定。填料摊铺时，使用装载机或推土机粗平，平地机精平。对于特殊情况下压路机不能振动只能静碾时，适当减小摊铺厚度至小于20cm且大于10cm的范围内。为保证路基边缘压实度也符合规范要求，摊铺时每侧宽填50cm。每填高2到3m进行刷坡，将刷坡的土在本层利用。

2.2.11 压实

1）碾压前检测填料含水率范围是否符合ωopt+0%≤ω≤ωopt+2%的范围，对于含水量较小的应洒水补充，含水量较大的做适度晾晒。还应对填料中的树根等其它有机物进行清理。

2）含水量检测合格后，三钢轮静碾压路机稳压1遍。

3）凸块式振动压路机进行依次振动碾压（低频高幅），轮迹每次重叠9/10，路基两侧边缘地带应全轮补压4～6遍，行进速度不超过3Km/h。

4）三钢轮静碾压路机随后进行依次碾压，轮迹每次重叠9/10，路基两侧边缘地带应全轮补压4～6遍，行进速度不超过5Km/h。

5）为进一步提高黄土冲沟高路堤的密实度和承载力，减少工后沉降，每填高2m用冲击碾进行10～20遍冲击增强补压，冲击碾行进速度不得低于12Km/h。

6）填挖结合部是黄土冲沟高填路堤施工质量的薄弱环节，施工过程中要特别重视结合部的处置。填土高度1/2以上部分要按台阶情况增设土工格栅，格栅长度为台阶宽度的2倍以上。压实作业结合部除按正常的压实工艺碾压外，还应将压路机掉头，平行于台阶的方向碾压4至6遍，保证衔接部位的密实性。

2.2.12 检测验收

及时做好路基平面位置、宽度、高程以及压实度等检测工作，并做好相关记录，检测合格后方可进行下层的填筑工作。

2.2.13 路堤整修

整修时严格控制路基高程、平整度、宽度、横坡，横坡按单幅多点控制，保证同一坡度，达到路基表面平整、边线直顺、曲线圆滑、外形整齐、美观的效果。整修后应做好临时排水，防止雨水对路基的侵蚀。

2.2.14 路堤沉降观测

1）路堤整修完成后进行沉降观测，测量的范围为两个填挖交界处向路堑方向30m的两个点之间的部分。从填土高度最大处向两侧布设观测桩，每30m设一个断面，每断面分别于坡脚及路肩顶埋设4个观测桩。每10天观测一次，根据每个时间段的沉降量绘制4个点的沉降量-时间曲线，以填高最大断面处处路肩的沉降量-时间曲线为主，当曲线斜率在某一点处小于等于0.2时，方可进行路面结构层的施工。其它断面的沉降曲线用以辅助分析。沉降观测桩布置示意图及沉降量--时间曲线图见图3、图4。

2）在路面结构层施工前根据曲线合理估算预留沉降量，对路基纵断面高程进行调整。预留沉降量在填方范围内按二次抛物线布置。

3 材料与设备

3.1 工程材料

1）防水土工布：防水土工布要求厚度大于2.4mm，断裂强度≥9.5KN/m，撕破强力≥0.24KN。

2）土工格栅：土工格栅的纵向拉伸强度≥80KN/m，横向拉伸强度≥50KN/m，延伸率≤10%，幅宽不小于4m。

3）消石灰：三级以上，且石灰中不得含有未消解颗粒及粒径大于10mm灰块。

3.2 机具设备

采用本施工方法进行黄土冲沟高路堤填筑，按每个工作面每日填筑4000m计，主要机械设备配置见表1。

4 质量控制

4.1 质量控制标准

本工法严格遵照施工技术规范和行业施工技术规程等进行施工和质量控制，主要规范规程如下：endprint

（1）《公路工程质量检验评定标准 第一分册 土建工程》（JTG F80/1-2004）。

（2）《公路路基施工技术规范》（JTG F10--2006）。

（3）《公路工程技术标准》（JTG B01--2003）。

（4）《公路工程施工监理规范》（JTG G10--2006）。

（5）《公路工程施工安全技术规程》（JTJ 076--1995）。

（6）《公路路基设计规范》（JTG D30--2004）。

4.2 质量保证措施

（1）加强施工工序的控制与技术管理。严格进行工序间的交接检查，对易产生问题或出现质量通病的部位要技术投入和管理力度，严格遵守操作规程及施工流程。

（2）施工过程中，台阶的开挖作为填筑的前提条件，且台阶必须挖到老黄土上，严禁用虚土培出台阶。台阶的坡度必须向内倾斜，台阶宽度大于2m，提高交界面的结合性能。

（3）在陷穴处理前一定要调查清楚陷穴的分布情况，重点对进口水源进行处理，陷穴处理以密实无空洞为标准，有条件时尽量采取开挖回填的方式，竖直且较深的陷穴可采取别的方式，但顶部封堵要彻底。

（4）土工格栅严格按照设计分层铺设，并在挖方侧采用钢筋锚钉进行有效锚固。铺设应平顺，无扭曲、鼓包、断裂、褶皱等现象，并与下层密贴。

（5）在施工过程中为防止和减少水分蒸发，必须确保施工各环节衔接紧凑，每层填筑施工在尽可能最短的时间内完成，填料要及时摊铺碾压。

（6）要特別注重边角地带的压实，并进行重点检测。

（7）结构层施工前应仔细观察纵断面较高一侧填挖结合部是否有横向裂缝产生，如果有应以裂缝为中心线两侧进行开挖并留台阶（台阶数量不少于2个，宽度大于2m），用5%以上灰土进行回填压实，压实度按规范要求检测，处理深度大于2m。

（8）施工时应做好临时排水，并与永久性排水系统相结合，避免积水及冲刷边坡。

5 安全措施

（1）贯彻落实"安全第一，预防为主，综合治理"的方针。

（2）严格执行逐级安全技术交底制度，开工前技术负责人将工程概况、施工方法、安全技术措施等情况向各分项施工负责人详细交底，各分项施工负责人向各作业人员进行书面安全技术交底，各级书面交底有交接人签字，并存档备查。

（3）加强日常安全生产检查，发现隐患立即下达隐患通知书，限期整改，如有危及人生安全的紧急险情和重大隐患应立即停止其作业。

（4）按要求设置临边防护措施，并设立醒目的标志标牌，施工区域严禁闲杂人员进入。

（5）设置山体稳定性观测设施，并设专人进行观测，发现有滑坡、垮塌等前兆应现象，应立即停止施工并对不稳定土体进行清除。

（6）严格执行安全操作规程，按照作业要求发放劳保用品，进入施工现场必须戴好安全帽，严禁违章指挥、冒险违章作业。

（7）工地安全员、机械操作人员应持证上岗。

（8）机械作业时，安全距离内严禁站人；夜间施工，施工现场应设置足够的照明装置；整个作业应有专人指挥。

（9）操作人员按照机械说明规定，严格执行工作前的检查制度和工作中注意观察、工作后的检查保养制度。

（10）雨季或者暴雨发生前，将机械撤离陡坎下方或临边区域，以防不测。

6 环保措施

（1）严格遵守国家有关环境保护方面的法律法规。

（2）组织职工学习环保知识，加强环境意识，使大家认识到环境保护的重要性和必要性。

（3）强化环保管理，定期进行环境检查，及时处理违章事宜，做到文明施工。

（4）在机械施工过程中，要尽量减少噪声、废气、废水等的污染，机械运转过程中要进行洒水降尘。

（5）取土场应有规划，自上而下分层取土，取土后的黄土坡面应平整、美观，坡度设置不陡于1：0.5，至少8m高留一个台阶，台阶宽度大于2m并设平台排水沟、急流槽等排水设施，防止边坡失稳、水土流失。

（6）清表的腐殖土应妥善存放，待施工结束后将表土用以复垦或恢复植被，以保护环境。

7 资源节约

经过反复的现场试验，采用光轮振动压路机压实黄土的传统工艺，往往压实效果不佳，不容易达到规范规定的压实度或达到压实度要求所需要的碾压遍数和碾压时间要求较高，整套设备运转不连续，很难形成流水作业，生产效率低。西合二级公路改建工程项目部经过试验得出，甘肃陇东地区黄土在其它条件不变的情况下采用传统的光轮振动压路机和本处理方法所用的机械组合进行相同功率的碾压作业后，压实度可提高4%--5%，技术效益明显。有效提高了生产效率，降低了设备使用量及能耗，资源节约效应明显。并显著增强了甘肃陇东地区黄土冲沟高填路堤的施工质量，减小高路堤工后沉降造成的各种病害，极大地节约了后期维修的人力和物力投入。

8 结束语

虽然黄土地区冲沟高填路堤处理的方法有多种，具体选用哪种方法最为合适，要结合工程所处环境具体分析，一旦处理不当，就会给工程建设带来重大危害。本处理方法可有效减小高路堤工后沉降，防止黄土高路堤失稳变形、路面断裂、错台等病害，极大地提高了行车舒适度和安全性，社会效益显著。

[责任编辑：张涛]endprint