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公路拓寬工程中差異沉降的控制措施探討

2009-08-31 02:58陳瑞進
中國高新技術企業(yè) 2009年13期

陳瑞進

摘要:文章主要對公路拓寬工程中差異沉降的控制措施問題進行了探討。首先概述了路面差異沉降引起的破壞現(xiàn)象,然后分析了路基差異沉降的原因,最后探討了公路拓寬工程中差異沉降的控制措施。

關鍵詞:公路拓寬工程;差異沉降;路面破壞;路基破壞

中圖分類號:TU434文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2009)13-0159-02

一、路面差異沉降引起的破壞現(xiàn)象

(一)路面破壞

公路拓寬后,由于新老路基的固結沉降時間不同,也有可能由于施工壓實度不同、新老路基土質不同等原因,致使新老路基發(fā)生不均勻工后沉降,這種不均勻沉降就會在路面結構中產(chǎn)生附加應力。一旦這種附加應力與車輛荷載產(chǎn)生的應力之和超過路面材料本身的容許強度,路面就會產(chǎn)生結構性破壞,引起路面的不均勻沉降、開裂,特別在新老路面連接處,產(chǎn)生的附加應力較大,極易產(chǎn)生路面縱向裂縫。另外,由于新路基附加應力作用,對于老路基不同位置產(chǎn)生附加沉降不同,從而引起老路橫坡比的改變,影響路面服務性能,嚴重時使老路路拱變形,結構層開裂,板底脫空,并造成路面錯臺、坑洞、裂縫、斷裂等病害,經(jīng)過地表水或雨水通過裂縫不斷下滲,在交通荷載反復作用下,會使路基翻漿,導致路面承載力下降,加速路面破損,致使路面平整度差,極大地縮短了維修周期。

(二)路基破壞

路堤整體性滑動破壞主要表現(xiàn)為拓寬路基沿新老路基結合面發(fā)生滑移,嚴重時甚至發(fā)生整體坍塌,主要原因是新老路基接觸不緊密,導致路基整體性差,容易發(fā)生剪切變形破壞;還有軟土地基上新建路堤工后沉降遠大于老路堤,引起新老路堤變形不一致,這種病害在軟弱地基、高填方路堤、山區(qū)陡坡地形等拓寬路段較容易發(fā)生。當拓寬路基沿結合面滑移量較小時,新老路基結合面會產(chǎn)生錯臺,導致新老路基結合部位的路面開裂,雨水由裂縫進入,結合面急劇降低,給路基穩(wěn)定性留下更大的隱患;當滑移量較大甚至整體坍塌時,造成拓寬路面整體破壞,甚至使原有路基相繼出現(xiàn)失穩(wěn),致使原有路面也發(fā)生結構損壞。路基底面沿橫向產(chǎn)生盆形沉降曲線,在新路基部分將產(chǎn)生凹形的沉降盆,使橫坡坡度變緩或形成反坡,造成路面形成積水區(qū),影響排水。另外,對于橋涵臺背回填銜接處易產(chǎn)生雙向沉降差,這使得路面更為不平整,車輛高速通過橋堤過渡段時更為顛簸,產(chǎn)生的跳躍和沖擊極易使橋面造成破碎,在路面平整度進一步降低時甚至會使車輛撞向橋兩側的欄桿,使得橋兩側欄桿被撞毀,并造成嚴重的交通事故。

二、路基差異沉降的原因分析

路基拓寬后的不均勻沉降,主要是由于拓寬工程的特點決定的,路基差異沉降的主要原因有:

(一)地基條件的差異

老路基下的地基因在改造時已基本或完全固結沉降到位,地基的物理力學性質有極大改變,特別是軟土地基,強度明顯提高,即使是還未完全固結穩(wěn)定,地基土的性質也有較大的改善。在同等荷載的作用下,加上荷載相對位置的影響,相對于拓寬地基,將發(fā)生一定的沉降增量,所以新建部分地基工后沉降遠大于老路基地基沉降,引起路基不協(xié)調變形。

(二)新老路堤修建歷史、填料和壓實度的差異

新建路堤在自身荷載作用下會發(fā)生壓縮變形,老路基已經(jīng)通車運行一段時間,其壓縮變形已經(jīng)完成,而新填筑路堤在施工結束后仍發(fā)生部分壓縮變形。特別是拓寬路基填料較差,抗風化性能、抗淘蝕性能不足,施工過程中路基填料多半就近從挖方斷面上直接獲取,對材料粒徑、級配及材料的物理力學品質等方面控制不嚴,填料中含有有機物根莖以及腐蝕性的耕植土的現(xiàn)象較為普遍。相關試驗表明,路基壓實度從100%下降到85%,其回彈模量(抗變形能力)下降34%,因此壓實不夠的新路基在工程荷載的作用下極易產(chǎn)生較大的變形。

(三)新老路基結合部位強度不足

新老路基結合部位由于施工工藝較復雜,施工難度大,往往產(chǎn)生人為的質量不合格的因素,如密實度達不到設計標準,開挖臺階沒有達到設計要求,老路邊坡沒有處理完全等,由于各種施工原因造成了結合部的強度不足,新老路堤結合部位出現(xiàn)較大沉降。

(四)排水設施不完善

排水設施不完善,設施布置不合理,導致地表水下滲,形成滯水、積水和滲水,路基土受水浸泡而濕軟,強度急劇下降。另外,若道路邊溝養(yǎng)護不及時而淤塞,可導致路基上側雨水漫過路面,從路面滲入路基,若路面已經(jīng)開裂,雨水自裂縫進入路基,加劇裂縫擴張并導致強度下降。

三、公路拓寬工程中差異沉降的控制措施

由于公路拓寬時新路堤的建設會導致老路堤產(chǎn)生新的沉降變形,并且在新、老路堤之間產(chǎn)生差異沉降,導致路堤拉裂、路面破壞等病害。根據(jù)國內路基拼接工程實踐經(jīng)驗,減少工后差異沉降的主要措施有以下幾點:

(一)采用輕質路基填料

一般路堤填料主要是填土,容重一般為19kN/m,路堤輕質填料主要有粉煤灰、EPS、SLM等。

1粉煤灰輕質路堤:粉煤灰是電廠燃燒煤所排出的灰色粉末灰渣,其壓實干重度為10.7~11.0kN/m,比土輕1/3~1/5,屬輕質材料。用粉煤灰代替土填筑路堤,可減輕路堤自重,在減小沉降量的同時可滿足路堤穩(wěn)定性的要求,國內外軟基路堤的工程實踐證明粉煤灰是一種可行的減輕路堤自重的填料。

2EPS輕質泡沫塑料:EPS是一種新的超輕質填料一聚苯乙烯泡沫,EPs材料具有超輕性,其密度常為20kg/m3,僅為普通填料的1/50~1/100,抗壓強度可達100kPa,以及較強的化學穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性、良好的力學性能目施工方便簡單等優(yōu)點。理論分析和工程驗證均表明,采用EPS填筑拓寬部分路堤,對下臥土體的影響深度要明顯淺于常規(guī)填土路堤,可顯著減小拓寬路堤下臥地基土層的側向位移,大幅度降低新路基的總沉降量,從而大大減小新老路基不協(xié)調變形,有效地解決了軟基過渡段的沉降和不均勻沉降、路堤與橋臺相接處的差異沉降等問題。

3氣泡混合輕質土:氣泡混合輕質土是由一定比例在原料土中,添加固化劑、水和氣泡,經(jīng)過充分混合、攪拌后形成的輕型填土材料,具有容重(通常容重5~12kN/m,)小,流動性好,固化后的自立性等特性。這種材料運用在高速公路道路加寬時,主要有以下一些優(yōu)點:可垂直填土,節(jié)省用地、減少拆遷,節(jié)省投資,在舊路基礎上加寬幾乎不需要重新征地,以5m高的填土路堤為例,假設路堤坡度1:1.7,那么單側可以加寬8.5m。即使不征地,單幅可增加兩個車道;在軟基路段進行擴幅填土時,可大幅度降低填土荷重減少差異沉降;施工時不需要震搗和碾壓,避免對老路基的破壞。

(二)提高路基的強度和整體性

1提高新填土壓實度標準。提高新填土的壓實度標準,與有些工程中采用碎石土、砂礫土的作用機理基本一樣,都是通過提高路基的強度和整體性,增強其抗壓變形的能力,減小由

地基傳遞到路基頂部的沉降值和沉降差異。另外,壓實標準的提高,還可以減小路基本身的工后壓縮變形。因此要清除原路基邊坡上草皮、樹根及腐植土等雜物,原有路肩質量較差,將土路肩翻曬重新碾壓,使達到質量要求。必要時可采用沖擊碾壓或強夯等進行增強補壓以消除新老路基拼接拓寬的差異沉降,沖擊碾壓一般根據(jù)實驗段,沖擊碾壓20后的平均沉降若小于30mm,則不需要進行沖擊增強補壓。

2在老路基邊坡上開挖臺階,老路基邊坡上開挖臺階有如下作用:開挖臺階前挖除邊坡上一定深度內的表層土和壓實不足的填土,清坡后填土壓實;新老路基結合部始終是一個薄弱環(huán)節(jié),臺階的開挖使得結合部有較多的接觸面積,抗剪能力增強;橫向臺階面可為鋪設土工格柵加筋提供—個錨固位置或平臺。

3鋪設土工格柵加筋,公路拓寬改造工程中新舊路面接合處的不均勻沉降問題可以通過加鋪土工格柵的方法解決,《路基設計規(guī)范》中規(guī)定:“除符合本規(guī)范6,3,4規(guī)定外,當路堤填土高度超過3m,可在新老路基間橫向鋪設土工格柵,以提高路基的整體性”,通過對土工格柵在新舊土體結合處的聯(lián)結作用,增大了土體內摩擦角,使新舊土體和土工格柵形成一個承重板體,提高了路面的整體強度和平整度,防止了反射裂縫的出現(xiàn)。

(三)其他控制措施

1設置分隔墻,設置分隔墻對新老路豎向沉降改善作用明顯,設置隔離墻,可使路中心線至離路中心線15m范圍內地表附加沉降減少50%左右;使加寬部分地表附加沉降減少20%左右。未設置隔離墻時,加寬部分填筑將會以前老路中心部分地基發(fā)生上抬,隔離墻的設置可以減緩老路中心的上抬。設置隔離墻后可以減少加寬工程對老路橫坡比改變,未設置隔離墻時,加寬使得老路橫坡比變化1.0%左右,設置隔離墻后僅為0.40%。因此《公路路基設計規(guī)范》規(guī)定“新老路基分離設置,且距離較近(小于20m)時,可采用設置隔離措施或對新建路基地基予以處理,減小新建路基對原有路基的沉降影響。”

2設置排水系統(tǒng),拼接路基在老路基滲水和地下水作用下極易受到損害而產(chǎn)生變形,設置地下排水溝管、底面排水溝渠及泄水構造物等排水措施,可有效地減少路基濕化、滲透及干濕裂縫的產(chǎn)生。

3提高地基的承載力,根據(jù)前面土基壓縮模量對差異沉降影響的分析,可知要提高軟基的承載力,就必須進行地基處理。根據(jù)軟土層的厚度、填筑高度、路段位置、結構物類型、新老路基的差異沉降控制標準等因素,選取不同的方法,常用的有以下幾種:換填法、堆載預壓法、排水固結法、粉濕噴樁、預應力管樁、強夯法等。

參考文獻

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