山岭重丘区高速公路改扩建路基拼宽段不均匀沉降防治分析

刘 峥,曾祥泽

(广西桂鹿高速公路有限公司,广西 南宁 530022)

0 引言

本文以G72泉州至南宁高速公路广西桂林至柳州段改扩建工程为研究背景,该项目全长100.809 km,桥隧比为11.98%,全线路基占比较高,沿线经过平原微丘区及山岭重丘区。该项目路基拼宽施工质量将直接影响建成后高速公路的耐久性,又因拼宽段路基与既有路基交界处会极易呈现不均匀沉降的现象,故对高速公路改扩建路基不均匀沉降问题展开全方位的分析,并总结出拼宽段路基施工的技术要求,具有重要的研究价值。

1 高速公路改扩建路基拼宽方式及不均匀沉降原因分析

1.1 高速公路改扩建路基拼宽方式

该项目主线按双向八车道高速公路标准进行改扩建,改扩建方式以两侧拼接为主,局部单侧拼接或分离为辅,老路利用率为91.3%;设计时速分别为100 km/h、120 km/h,路基宽度分别为41.0 m、42.0 m。分离式路基施工整体和新建高速公路施工一样,本文不再论述。本文主要针对拼宽路基施工问题进行相应分析,并提出质量控制措施。

1.2 路基拼宽中不均匀沉降原因分析

因为老路基遭受到了长时期的雨季作用,再加上长年的运营,使得路基出现了一定的沉降,整体结构表现出相当程度的不稳定性。而新拼宽路基处于后施工阶段,相对经历雨季时间较少,同时还存在软弱地基等问题,整体的施工质量控制对工后沉降呈现出不利状态。同时,由于新旧路基界面强度存在着部分缺陷等问题,在这种情况下,到了试运营期必然会出现一定程度的沉降变形;在运营荷载、工后沉降等综合作用之下,会使得新老路基出现不同程度的沉降,这对于新老路基结合部而言则必然会出现对应的开裂现象,在外界雨水的渗入侵蚀下,裂隙会逐渐扩张,轻则影响行车舒适性,重则引起结构性破坏,影响运营安全。所以,必须要防治好新老路基的不均匀沉降,此为核心要点所在。

2 高速公路改扩建路基拼宽段不均匀沉降防治措施

2.1 填方路基衔接控制

老路基填土边坡稳定一般较好,但边坡坡率紊乱,坡面不规整,且边坡灌木丛生,其根系发育,统一按坡率为1∶1.5进行削坡难以清除。因此,需先进行清表30 cm后以1∶1坡率削坡同时开挖台阶,第一级台阶采用150 cm(高)×150 cm(宽),以上各级台阶采用100 cm(高)×100 cm(宽)分台阶开挖。对于老路基两级、三级以上边坡时,在清表30 cm以后的平台外侧边缘,以第二级1∶1.5、第三级1∶1.75的坡率进行削坡,台阶高度均按100 cm控制[1]。对于老路基内部存在渗水情况,采用在老路坡脚设置纵向碎石盲沟,拼宽段位置每隔20 m设一道横向碎石盲沟引入拼宽段排水边沟。如下页图1所示。

2.2 挖方路基衔接控制

G72泉州至南宁高速公路广西桂林至柳州段改扩建工程大部分路段位于山岭重丘区,路基土石方开挖方量大。为做好边施工、边通车期间原有运营高速公路安全、畅通工作,也根据《广西壮族自治区高速公路管理办法》对现有公路两侧施工200 m范围内禁止爆破的规定,本项目整体拼宽段的土质、岩质边坡开挖采用机械开挖(或破碎锤+机械开挖)等手段进行。机械开挖边坡的施工过程中严格执行“清表一级、开挖一级、防护一级、绿化一级、稳固一级”的分级支护分级开挖的施工方式,直至挖至拼宽段的合理高程后,参照填方路段进行拼接施工。开挖设计和工艺流程分别如下页图2、图3所示。

边坡施工中对边坡的稳定性进行严密监测也是必不可少的,注重边坡开挖后的形变监测工作,根据现场实际情况,针对高边坡逐个制定监测方案,结合智能监测自动报警系统,在施工中随时调增监测断面。对形变特异的边坡立即停止开挖,调查并采取有效措施处治,确认技术措施和安全措施适合后方可继续施工。

图1 填方路基衔接设计图(cm)

图2 一般挖方段开挖设计图(cm)

图3 边坡机械开挖施工工艺流程图

2.3 减少新旧路基差异沉降措施

2.3.1 合理选择路基填料

选择路基填料时,按规定的频率和方法进行土的颗粒分析、液限、塑限、塑性指数、天然含水量、稠度和承载比(CBR)等基本试验,保障路基填料的稳定,并满足质量轻、强度高、透水性好的相关要求。原则上路基填料CBR值应高于规范值50%,在必要时,采用物理化学方法来解决填土的变形性质,改善路基土方强度。

2.3.2 严格控制层厚

拼宽段路基填筑时,严格执行分层填筑、压实,且采用方格网法和高程测量法,严格控制填料松铺厚度,松铺厚度按试验段确认,原则上≤30 cm。

2.3.3 严控路基压实度,达到最佳密实状态

为严控施工环节对路基的压实度,在确保松铺厚度的同时,要保证表面的平整度,通过推土机粗平后,采用光轮压路机先静压一遍,再采用平地机进行精平,再采用≥36 t的大吨位振动压路机进行碾压,碾压顺序:36 t光轮压路机碾压合格后再上羊足碾压不少于2遍,羊足碾压完成后采用平地机刮平,平地机刮平后再用钢轮压路机收光碾压2遍后再上上层填料。通以上压实措施以确保填土压实度达到最佳密实状态,而非仅满足相关规范要求。若压实度只是满足93区的要求,那就意味着此层还存在7%的空隙率,即还存在沉降7%的可能,每层叠加,会进一步增大不均匀沉降。

2.3.4 土工合成材料的应用

在高速公路改扩建路基拼宽施工中,土工材料应用广泛,尤其以土工格栅和土工格室这一类合成材料应用最多,其可增强土与格栅(格室)之间的摩擦力,在加宽位置垂直应力降低的基础上,提升整个土体承载力,从而减少甚至避免发生差异沉降。土工格栅可起到锁定土体的作用,帮助土体抗剪强度最大化地发挥出来,规避土体发生侧向的变形[2]。所以,为了能够保障高路堤的路基稳定性,以及降低不均匀沉降的出现,在距路床顶以下0.4 m、0.8 m处分别设2层土工格栅,以保障路面结构处于长时间的稳定状态。

2.3.5 强化路床质控水平

为减少不均匀沉降,在严格控制路床填料的同时,可考虑提高路床的厚度,增设40 cm未筛分碎石。对未筛分碎石以下的2～3层土(厚度40～75 cm),建议选择CBR较高的土进行填筑,有条件的建议按CBR≥20%控制,最低CBR值建议按12%控制,实际施工中CBR值按“就高不就低”原则把控。路床增设的40 cm未筛分碎石必须按两层施工。采用料场堆料洒水湿拌均匀闷料,再运输到现场摊铺,严禁干料在现场即拌即铺。堆渥闷料时间以集料湿润充分,无渗漏滴水为宜。现场采用摊铺机施工、钢轮压实与胶轮压路机(前后胶轮)揉搓密实的交叉碾压工艺,确保碎石最大限度地紧密。该层功能是差异沉降调节,可阻隔毛细水上升,提升道路承载力和耐久性,减少不均匀沉降。

2.3.6 强化路基防滑手段

在进行路基加宽作业时,若地貌环境复杂,所对应的加宽路基底部荷载要比地基设计承载力更大,就会导致地基土沉降,同时发生侧向位移问题,最终导致路堤路面破损问题的出现。而如果是一些非常规地形路段,路基出现侧向滑移,此时可借助侧向约束工程展开相应工作,能够取得一定效果。

3 结语

本文探讨一种合理有效的拼宽路基开挖方案:在薄弱位置进行机械压实控制,严控路基填料质量,夯实路基基础,达到最佳密实状态,再通过40 cm未筛分碎石进行调节,保证路基稳定性最终达到减少拼宽段不均匀沉降的目标。该方法可确保山岭重丘区高速公路路基扩建加宽段的施工质量,使新旧路基呈现良好的稳固性。