高填方路堤沉降控制技術(shù)方法研究

李迎春

摘 要：作為一種高效、快捷的運(yùn)輸通道，公路建設(shè)在國民經(jīng)濟(jì)增長中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在公路修建過程中往往會遇到高填方路堤，路堤沉降變形及穩(wěn)定性對工程建設(shè)質(zhì)量影響巨大，為此，該文以某高填方路堤工程為研究對象，在全面了解高填方路堤沉降機(jī)理的基礎(chǔ)上，通過強(qiáng)夯法對高填方路堤沉降進(jìn)行有效控制，經(jīng)研究表明該施工法施工效果良好，具有可行性。

關(guān)鍵詞：高填方路堤；沉降控制；強(qiáng)夯法

中圖分類號：U416 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的不斷進(jìn)步，交通運(yùn)輸事業(yè)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，公路建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大。當(dāng)前我國對交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)高度重視，持續(xù)加大資金投入，通過大量修建公路工程有效改善各個地區(qū)的經(jīng)濟(jì)狀況，努力提升人們的生活水平，實(shí)現(xiàn)國內(nèi)交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)目標(biāo)。在施工過程中，往往會遇到高填方路堤，此類路堤極易出現(xiàn)沉降變形問題，為了有效提高路堤的穩(wěn)定性，必須高度重視路堤施工工作，針對存在的問題采用先進(jìn)的工藝、技術(shù)、材料和機(jī)械設(shè)備進(jìn)行有效解決，并注重全面分析與綜合考慮施工工作重點(diǎn)，進(jìn)一步提高施工效率，保證工程建設(shè)質(zhì)量。

1 高填方路堤沉降機(jī)理

整體來講，高填方路堤沉降主要包括2點(diǎn)內(nèi)容，其一，路堤自身的固結(jié)沉降；其二，路堤產(chǎn)生的附加應(yīng)力所帶來的地基沉降，如圖1所示。其根本原因在于因土層固結(jié)壓縮，將孔隙內(nèi)的水、空氣排出，從而降低土體體積。

由圖1可見，坡腳位置具有最小沉降量，按照沉降量由小到大的位置情況為坡腳處-路肩-路堤中心。路堤橫斷面下方的地基沉降曲線基本等同于圓弧底狀，位于坡腳下方的地基土并未及時(shí)解決沉降，因?yàn)楹奢d應(yīng)力并未徹底消失，因此其沉降量仍在繼續(xù)，但呈現(xiàn)出減小的狀態(tài)。

1.1 地基沉降機(jī)理

相對于一般路堤沉降發(fā)展規(guī)律，高填方路堤有自身特性。在施工各個階段，高填方路堤都會受到上部路堤附加荷載的影響，將增加地基土內(nèi)的附加應(yīng)力。而于地基來講，將會有一個非常大的荷載施加到地基上部，因應(yīng)力狀態(tài)改變，將出現(xiàn)地基變形情況。根據(jù)地基沉降變形特點(diǎn)，可將其沉降量劃分為瞬時(shí)沉降等3部分。公式如下：

Sf=Sm+Sc+Ss

其中，地基最終沉降可由Sf表示；

瞬時(shí)沉降可由Sm表示；

固結(jié)沉降可由Sc表示；

次固結(jié)沉降可由Ss表示。

1.2 路堤沉降機(jī)理分析

相對于其他路堤，高填方路堤具有較高的填筑高度，對于路堤自身土層來講，上下填土不僅是荷載施加土層，也是荷載承擔(dān)土層，在自重影響下，路堤極易產(chǎn)生豎向變形現(xiàn)象。高填方路堤沉降可分為3個階段，即初始階段、發(fā)展階段及穩(wěn)定階段。

1.2.1 初始階段

該階段主要在施工前產(chǎn)生，初期土體填筑時(shí)，屬于彈性狀態(tài)，因無法及時(shí)排除土體水，土體極易產(chǎn)生側(cè)向變形情況，進(jìn)而出現(xiàn)剪切形變的情況，此時(shí)具有較大的沉降速率。

1.2.2 發(fā)展階段

在施工中，因不斷增加荷載，將逐步排除土內(nèi)孔隙水，從而降低超孔隙水壓力，此時(shí)土體將呈現(xiàn)為彈塑性狀態(tài)。逐步擴(kuò)大填土塑性區(qū)，慢慢壓實(shí)土體，此時(shí)仍為產(chǎn)生壓縮變形情況，但沉降速率將逐步減小。

1.2.3 穩(wěn)定階段

待完成填筑施工后，不再增加荷載，此時(shí)土內(nèi)超孔隙水壓還沒有徹底消除，仍在固結(jié)。隨著時(shí)間的不斷增加，將大大降低土體沉降速率，且逐步排除土內(nèi)孔隙水，此時(shí)土體壓實(shí)效果良好，沉降速率基本等同于0。

2 工程概況

某公路工程總長度為7.207 km，起止里程樁號為K21+500～K28+707.203。設(shè)計(jì)填方量為132.31萬方，12.3 m為最大邊坡高度。通過綜合考慮所有施工因素，決定選用強(qiáng)夯法處理高填方路堤段，以此達(dá)到控制路堤沉降的目的。強(qiáng)夯處理段樁號為K25+850～K25+980，3 120㎡為處理面積。該工程為半填半挖路堤斷面，在向下路床頂面鋪土碾壓時(shí)，即可強(qiáng)夯處理整個路堤，從而避免不均勻沉降問題出現(xiàn)于填方區(qū)和挖方區(qū)，并達(dá)到路堤整體強(qiáng)度提高的目的。

3 強(qiáng)夯施工要點(diǎn)

3.1 施工機(jī)械

根據(jù)施工要求，可選用表1所示的強(qiáng)夯機(jī)具。

3.2 強(qiáng)夯參數(shù)

施工前，可通過試夯的方式獲取具體參數(shù)，主要包括夯擊能、夯擊遍數(shù)、滿夯方式等。

3.2.1 夯擊能

針對施工時(shí)的夯擊能，當(dāng)前方法還不成熟，只能在綜合考慮各項(xiàng)施工要素的前提下，通過以往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷。針對該工程，決定選取履帶式吊機(jī)進(jìn)行4個。在8 m～25 m范圍內(nèi)控制強(qiáng)夯起落間距，并根據(jù)路堤加固深度確定重錘噸位。如果路堤加固深度在10 m以內(nèi)，則重錘可選用10 t～20 t；路堤加固深度在10 m以上，則重錘必須選擇20 t以上設(shè)備。

按照設(shè)計(jì)要求，選用強(qiáng)風(fēng)化花崗巖作為路堤填料，6 m為路堤加固深度，確定每米單點(diǎn)夯擊能為2 000 kN，每米滿夯夯擊能為1 000 kN。

為此，該工程可選用14.5 t重夯錘。當(dāng)2 000 kN·m為夯擊能時(shí)，可通過下式確定夯錘落距。

錘重×落距=單擊夯擊能

由此可得，13.8 m為夯錘落距；當(dāng)1 000 kN·m為夯擊能時(shí)，則7m為夯錘落距。

3.2.2 夯擊遍數(shù)、兩遍夯擊間隔與滿夯方式

根據(jù)要求，可按2遍完成強(qiáng)夯施工，分別為點(diǎn)夯、滿夯。1 000 kN·m為滿夯單擊夯擊能，其主要目的是為了表層土加固，每點(diǎn)一擊，夯印與底面積1/4接觸。

由于該施工路段具有不錯的地質(zhì)條件，且土石路堤滲透性良好，可以不考慮超孔隙水壓力情況。為此，無須預(yù)留超靜孔隙水壓力消散時(shí)間，要求在完成前一遍夯擊作業(yè)后，場地即可整平，隨后再進(jìn)行夯擊，不得間隔應(yīng)具有連續(xù)性。

3.2.3 夯點(diǎn)布置與間距

以正方形布設(shè)點(diǎn)夯夯點(diǎn)，4 m為2個相近夯坑的中心間距。滿夯時(shí)為每點(diǎn)一擊，夯印應(yīng)與底面積1/4接觸。

3.3 施工工藝

（1）施工前，應(yīng)將施工場地表面的雜物，如雜草、垃圾等清理干凈，并整平施工場地。同時(shí)，還應(yīng)對施工場地高程進(jìn)行準(zhǔn)確測量，且將第一遍夯點(diǎn)位置標(biāo)出。

（2）機(jī)械就位，強(qiáng)夯前，測量錘頂部高程。起吊夯錘向預(yù)定高度提升，夯錘可脫鉤，自由落下夯錘，下放吊鉤，再次對錘頂高程進(jìn)行測量，如因夯錘位置不垂直出現(xiàn)坑底傾斜現(xiàn)象，需及時(shí)進(jìn)行整平。

（3）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，夯擊所有夯點(diǎn)，且對上述流程進(jìn)行重復(fù)，隨后強(qiáng)夯每個夯點(diǎn)。

（4）利用推土機(jī)將夯坑填平，并再次對場地高程進(jìn)行重新測量，隨后準(zhǔn)確計(jì)算該次強(qiáng)夯后場地夯沉量。

（5）完成上述作業(yè)后，需完成所有點(diǎn)夯擊，并做低能量級滿夯，其主要目的是為了對場地內(nèi)表層松土進(jìn)行有效夯實(shí)，并測量夯后場地高程。

4 施工質(zhì)量控制措施

4.1 施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

每次夯擊前，必須復(fù)核夯點(diǎn)夯點(diǎn)放線的準(zhǔn)確性，在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)合理控制誤差。強(qiáng)夯施工中，需在150 mm以內(nèi)控制夯錘點(diǎn)中心偏差，如果出現(xiàn)偏錘問題，需再次對點(diǎn)重新施工。同時(shí)，應(yīng)避免夯坑附近土體出現(xiàn)較大隆起的情況。當(dāng)夯坑底部斜率在1.73以上，需再次強(qiáng)夯回填夯坑。要求在100 mm以內(nèi)控制單擊夯擊能力，最后兩擊平均夯沉量則需控制在50 mm以內(nèi)。

4.2 強(qiáng)夯數(shù)據(jù)分析

通過試驗(yàn)可獲取強(qiáng)夯夯擊沉降差，表2為測得的夯點(diǎn)累計(jì)沉降量數(shù)據(jù)。

由此可見，在不斷增加夯擊次數(shù)時(shí)，累積夯沉量也會隨之增加；同時(shí)隨著夯擊次數(shù)的增加，每擊夯沉量則會減小。單點(diǎn)夯擊7次左右，夯沉量將逐步呈現(xiàn)出穩(wěn)定狀態(tài)，且在2 cm以下。如以第8次夯擊后作為總夯沉量標(biāo)準(zhǔn)，則夯擊次數(shù)為6～7次時(shí)，相比總夯沉量，通過計(jì)算可得，累積夯沉量為其95 %左右，為此，最佳單點(diǎn)夯擊數(shù)為6～7次。經(jīng)強(qiáng)夯施工后，地基斷面系數(shù)K30遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)要求的150 MPa/m，則表明在提高路堤承載力方面，強(qiáng)夯施工法作用良好，可有效控制路堤沉降。

5 結(jié)語

綜上所述，在經(jīng)濟(jì)社會繁榮發(fā)展的今天，我國公路交通運(yùn)輸工程規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。在公路修筑過程中，由于受施工條件、土石方運(yùn)輸?shù)纫蛩氐闹萍s，將大大增加高填方路堤施工的壓實(shí)難度，進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重的高填方路堤沉降變形問題。為減小高填方路堤沉降，提高路堤穩(wěn)定性，必須重視沉降控制技術(shù)方法的合理選擇。

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