抗拉强度和抗剪强度(高填方路基施工关键技术研究)

Posted 2023-05-27

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抗拉强度和抗剪强度(高填方路基施工关键技术研究)

周涌泉

贵州省交通建设咨询监理有限公司

摘要：为了研究高填方路基施工关键技术,以某高速公路NG-3-2合同路段为研究对象。首先分析了高填方路基特性与常见病害及病害原因。并从高填方路基施工工艺中施工组织计划编制、基底处理、路基填料确定、摊铺与压实、压实度与沉降量检测等6个环节依次展开探讨,从各个环节均严格把控,提升高填方路基施工质量,保证高速公路施工质量。

关键词：高填方路基;压实度;沉降量;摊铺与压实;

高速公路的日渐发展,对其质量提出较高要求。路基作为路面的基础,路基质量影响着整个路面的质量。在我国地形复杂的疆域内,建设高速公路时高填方路基比较常见。高填方路基施工比一般填方路基填筑高度大,累积沉降量大,所以其施工质量与控制应更为严格。

本文以某高速公路NG-3-2合同路段建设中高填方路基施工为研究对象,分析高填方路基特性与常见病害及病害原因。从高填方路基施工工艺中施工组织计划编制、基底处理、路基填料确定、摊铺与压实、压实度与沉降量检测等6个环节依次展开探讨,力求各个环节把控,提升高填方路基施工质量,保证高速公路施工质量。

1 项目介绍

某高速公路NG-3-2合同路段地处景区周围,和Y高速公路利用丰城枢纽互通相衔接在一起。P匝道作为丰城枢纽互通的关键组成结构。整个合同路段中PK34+430-PK34+578区段属于高填方路基施工。

2 高填方路基介绍

(1)特征分析

高填方路基属于路基中常见方式,其主要特征可归纳如下3个方面:①高填方路基工程量较大,施工周期长,施工质量难以把控,尤其要关注填筑施工。②由于高填方路基填筑高度较大,必须保证边坡高稳定性与整体结构的高抗压性能才能保证施工安全与质量。③因为路基自身沉降量大,加之多结构积累,所以路基施工质量要求更高。通过上述特性分析,在路基填筑施工结束后,即使地基所承担的填筑土方自身压力波动较小,但后期影响因素众多,例如行车负荷变化、外界气温、雨水等变化一系列不可预知因素。一般情况在填筑完成后10个月左右的时间后路基波动较小,真正趋于稳定状态。

(2)高填方路基施工后病害介绍

结合国内外研究及多年实际工程经验,高填方路基施工后多发病害有如下3个。①路基下沉。路基下沉属于高填方路基的频发病害,其主要原因是外界力作用或自身重力作用时,填方土体与基础会出现沉降的现象。②路基裂缝。经验表明,填筑施工完毕后,路基均会或多或少的发生下沉状况,一旦路基下沉过大,对司机驾驶车辆的舒适度造成很大干扰。②路基裂缝。高填方路基施工完毕后,因填方土体沉降量不一致,内部产生应力造成路基出现裂缝,严重破坏路面结构。不仅如此,降水等可渗入裂缝进入路基,缩短高速公路的使用寿命。③路基滑动或边坡坍塌。在路基填筑之前,表面残留杂物或者没有挖台阶,路基表面滞留积水等现象,均会导致路基滑动,严重甚至边坡坍塌。路基下沉量不一致是高填方路基出现多类病害的关键因素。相关研究最终得到结论,多方因素综合效果引发路基沉降量不一致,常见因素涉及到路基填方未压实或者压实不一致、地基内含有软弱夹层、岩溶、路基填料密度存在很大差异、不同填料填筑分层混乱、地基土层内含有水夹层、地下水影响较大。以上所说因素单一或多个均可以引发路基沉降量的不同。

3 施工工艺应用研究

以某高速公路NG-3-2合同路段PK34+430-PK34+578区段的高填方路基施工工程为研究载体,分析其施工工艺与具体施工方法、过程,重点把控其施工质量。

(1)施工组织计划编制

施工组织计划是否合理、是否切实可行严重影响着施工进度与施工质量。在项目前期,施工方必须组织专业人员实地认真调研高填方路基施工区域的地质、施工场地大小、地质情况与图纸,了解清楚后结合工程要求方可研究给定合理实用的组织方案与施工方案。注意调节好施工先后次序,合理制定施工进度,配置施工人员数量、施工设备与施工原材料等为宜,确保高填方路基施工顺利按期开展并如期竣工。

(2)基底处理

高填方路基底处理应严把质量关,绝不松懈,使其基底承载力必须达到设计数值。尤其特殊路段、关键路段,基底承载力必须在达标后才能进行下一步施工。由于该工程内PK34+480-PK34+515高填方路基段基底有软弱地基,所以必须认真处理基底。PK34+515-PK34+578区段基底选择换填与强夯结合方式进行处理。

①清表、换填基底、强夯

第一要将路基用地区域内的杂草彻底清除,并利用机械清理原地表土与淤泥。清除工作完毕后,将达标的弃方渣料填筑后完成平整与压实工作。对于边坡面坡角很大处应在清表后反向开挖宽度范围2.0-4.0m的台阶,台阶向内倾斜角为3.8%。区段PK34+515-PK34+578选择强夯方式处理基底。强夯主要利用起重设备提升夯锤至指定高度后将其释放,利用自身重力及惯性反复夯击路基基底直至达到要求的压实度。强夯法具有设施简单、压实速率快、效果好、施工成本小等优点。因此广泛应用于道路施工等土木工程领域。该区段所用夯锤质量为15t,夯锤半径1.0m,夯击位置构成等边三角形形状,每两个夯击点间距2.0m,强夯结束时相邻两次夯击后下沉量均值必须低于6.0cm。

为了更好的把控高填方路基的变形量,可选择强夯法对高填方路基填筑期间进行补强作业。工程要求每隔5.5-7.5m必须利用强夯法补强一次,缩小土体压缩程度,增大土层密度一致性与土体强度,这样可显著削弱路基本身下沉量,避免路面开裂。

②长螺旋钻孔灌注桩

PK34+480-PK34+495区段利用长螺旋钻孔灌注桩进行设计,桩半径0.25m,两桩之间距离为1.5m,每3个桩形成等边三角形形状。桩体配置钢筋笼,桩体由C30混凝凝土浇筑,桩体插入硬壳层必须大于0.50m。地基处理完成后利用仪器测量后地基承载力达到相关规定。

③CFG桩处理

PK34+495-PK34+515区段利用CFG桩进行设计。桩半径0.20m,桩之间距离为1.8m,每3个桩形成等边三角形形状,桩长平均值16.0m,桩体抗压强度均大于15.0MPa。

④碎石垫层与土工格栅铺筑

基底施工完成后,在路基底部依次铺筑0.50m耐风化的碎石垫层与4层土工格栅。碎石垫层主要功能为隔离排水,同时承重补强效果。土工格栅主要功能为降低路基沉降量不一致性,尽量避免路床土体形变影响路基功能。

(3)路基填料确定

路基填料是否合理影响着路基质量,所用的路基填料必须剔除杂质、植被等一系列有机质土,其强度与黏结性必须实测达到相关规范规定数值。

该区段路基填料选择中风化灰岩与粉砂质泥岩开挖构成的土方石。土石混合料的级配不间断且良好,颗粒大小一致,液塑限联合测定法获知其塑性指数大小是9.0,液限值是26.9%,土样是粉质黏土。土石混合料的含石比例和无侧限抗压强度、加州承载比(CBR)两者均呈线性相关。土石混合料含石比例范围保持在45%-75%之间。土石混合料的无侧限抗压强度值范围值27.4-57.2MPa。加州承载比(CBR)值范围为48.0%-70.0%.泡水膨胀系数范围为0.2-0.25%。

(4)路基摊铺与压实施工

①分层填筑

根据工程情况,确定适宜的施工设备,借助填筑试验获知填筑厚度与碾压速度等关键参数,避免路基不稳定的现象发生。

本工程中高填方路基施工以路基断面全宽、纵向水平分层填筑压实的方式,由下到上依次填筑压实,中间着重把控填料松铺厚度。只有在本层填方达标后,才能开始上一层路基的填筑施工。对填筑压实度定期检测,以验证路基的压实度与稳定性是否达标。

路基填筑施工时,先规划好方格。方格大小要结合自卸汽车载量与松铺厚度最高值进行规划,卸料时应放置在方格内。遵循有低至高的规则,分段卸料,选择推土机推平填料。当填料厚度大于2/3的石块,应将其破碎后,人工方式整平填料,保证所用填料一致性。对于机械施工遗漏的位置应选择人工整修。整体整平后,应对松铺厚度进行检测,达标后才能进行下一步施工。路基两侧应超出路基设计宽度0.3-0.5m左右以避免路基填筑宽度不达标的现象。

②路基压实环节

碾压前应保证填料含水比例达标,在工程实践中最优含水比例上下浮动2%即可。当含水比例远大于最优含水比例,可对其翻晒至最优含水比例,若含水比例远低于最优含水比例时可对其增加洒水至最优含水比例。

路基填筑压实利用自重25t的振动压路机完成。第一次碾压可选择轻型压路机,第二次、第三次碾压选择25t振动压路机,遵循自低至高、先慢后快的原则,并保证相邻轮迹重叠部分超过1/3。碾压过程,沿路基纵向碾压,静压3次,碾压速率范围为1.5-1.8km/h,第二次碾压时速率范围为1.9-2.4km/h。压路机碾压时避免调头与急刹车等操作以免路基质量降低。路基压实相邻两次的沉降量小于2.0mm时,方可停止碾压,表明已达标。为了路基排水顺畅,填方施工时路基横坡可比通常路基横坡设计值2.0%增加3.5%。

③土工格栅设置

土工格栅在公路工程施工中广泛应用,其主要是具备强度高、无变形、耐酸碱、耐腐蚀、重量小、良好的力学性、操作简单等优点。高填方路基施工时利用土工格栅把路基形成一个整体,均匀分散土体内的应力,提升土体抗拉强度与抗剪强度,避免土体部分弯沉出现,并可有效降低毛细发生的概率。土体空隙水压顺利得到疏散后,增加路基整体强度与稳定性。

土工格栅选择GSL6/HDPE型号且双向,纵横向抗拉强度高于60kN/m,纵横向延伸比例小于0.1,幅宽大于4m。在上下路床底部与填方平台面设置土工格栅,平台格栅层间竖直方向间隔1.2m,转折端部与填方坡面相距1.2m,反折长度2.5m。利用封接缝法或搭接法相连,搭接时衔接部分重合宽度大于0.25m,同时选择U型钉等进行固定。土工格栅铺设重要的是保证其平整顺直,达到最佳效果。

(5)路基压实度实测检验

路基压实度是高填方施工质量的关键性评价指标,在压实度未达标时,通常附加应力造成土体内有效应力出现变化,诱发路基沉降不一与形变,严重时破坏路基路面结构层。

路基压实度是施工现场的实际干密度与最优含水比例时的最大干密度的比值。依次获得上述两个干密度即可计算压实度。工程压实度到达施工规范标准值后可有效防止路基施工缺陷,并降低后期养护费用,公路使用时长增加。

路基压实度检测方法有环刀法、灌砂法、核子密度仪。在高填方路基填筑前,应参考相应规范试验获得填料的最优含税比例与最大干密度,松铺厚度、压实次数等参数,以保证路基压实与施工质量,路基压实度必须保证单层与整体均合格,对于不合格时找到原因再次碾压,合格后方可进行下一步施工。选取PK34+430-PK34+578区段为例,得出填方压实度和填筑厚度变化趋势线。

(6)路基沉降量检测

沉降量是评价土木工程质量的重要指标。在高填方路基填筑施工中,检测路基沉降量可有效把控施工质量。获得路基自然沉降具体程度,可作为施工质量控制的基础理论根据,以保证路基在使用中质量稳定和可靠。

高填方路基沉降量检测涉及到3部分:高填方路基自身沉降量、路基填方自身重力及受到外力等引起的沉降量、高填方路基水平方向移动距离。

路基填方沉降量检测可选择几何水准检测,并依照5等水准检测技术完成。路基填筑施工时每隔一周进行一次检测沉降量,并记录检测数据。以PK34+430-PK34+578区段为例,得到表1。

表1 PK34+430-PK34+578区段路基下沉量检测数据

节点	2016.4	2016.5	2016.6	2016.7	2016.8	2016.9	2016.10	2016.11
小于5.0mm的百分比例变化%	61	66	71	79	86	94	99	100
小于2.0mm的百分比例变化%	44	51	59	64	74	84	94	100

4 结论

本文以某高速公路NG-3-2合同路段建设中高填方路基施工为研究对象,分析高填方路基特性与常见病害及病害原因。分别从施工组织计划编制、基底处理、路基填料确定、摊铺与压实、压实度与沉降量检测等6个环节依次展开探讨高填方路基填筑施工的施工工艺,力求各个环节把控,提升高填方路基施工质量,保证高速公路施工质量。该合同段自2017年9月竣工以来,实时监测并投入运营,各指标良好,且车流运行平稳正常,表明该路基施工质量达标,高填方路基施工工艺值得学习。

参考文献

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