市政路橋工程中路基加固處理技術(shù)研究

朱立地

(安徽省公路工程建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230051)

引言

經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步促使城市建設(shè)腳步加快，公共項(xiàng)目與建設(shè)工程的規(guī)模越來越大，以市政路橋工程為例，此類工程項(xiàng)目是支撐城市發(fā)展、保障居民日常出行與生活的基礎(chǔ)工程，隨著工程規(guī)模的提升，路橋設(shè)計(jì)工作難度也逐漸提升。很多城市將市政道路橋梁工程建設(shè)的質(zhì)量作為評(píng)價(jià)城市形象、市民生活品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)。在此類工程施工中，遇到軟弱地基是一種較為普遍現(xiàn)象，此種地質(zhì)基礎(chǔ)會(huì)影響整個(gè)工程建設(shè)。因此，必須加強(qiáng)對(duì)軟基處理技術(shù)的研究與應(yīng)用，以確保市政工程建設(shè)的質(zhì)量、改善城市道路運(yùn)輸、保障居民的出行安全性與平穩(wěn)性。

1 市政路橋項(xiàng)目實(shí)例

工程施工區(qū)域?yàn)?S133 國道 KT161+870 m～KT164+125 m，在對(duì)此項(xiàng)目施工所在地的現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，路橋工程所在路基已經(jīng)出現(xiàn)大面積塌陷、裂縫現(xiàn)象，部分路基已經(jīng)出現(xiàn)了顯著滑動(dòng)。

北部路基的平均沉降深度為5 cm，最深處為12 cm；路基南段的沉降平均為4 cm，最深處為15 cm。路基的平均滑動(dòng)裂縫寬度高達(dá)3.8 cm。同時(shí)，路基擋墻自身已發(fā)生變形、整體結(jié)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)失穩(wěn)，護(hù)坡整體質(zhì)量較差。

據(jù)了解，該工程早年曾出現(xiàn)過攔墻垮塌事故，后經(jīng)過修筑，現(xiàn)如今已發(fā)生嚴(yán)重傾斜，有隨時(shí)坍塌的危險(xiǎn)。此種現(xiàn)象不僅對(duì)汽車和行人的安全造成了威脅，而且對(duì)汽車在道路上行駛自身的損傷產(chǎn)生影響，現(xiàn)階段已經(jīng)影響到了該工程的有效使用壽命。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，該路段為軟土地基段，最大填土深度為6 m，平均4 m，因此有必要在施工中采取措施進(jìn)行路基的加固處理。

2 市政路橋工程中路基加固處理技術(shù)

2.1 土工格室施工及加固處理

土工格室是一種由多層聚合物格板拼接而成的具有蜂窩或網(wǎng)格狀的立體結(jié)構(gòu)，其主要作用是通過限制作用提高其強(qiáng)度和模量[1]。圖1 為土工格室基本結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 土工格室基本結(jié)構(gòu)示意圖

圖1（a）為網(wǎng)格狀立體土工格室結(jié)構(gòu)；圖1（b）為蜂窩狀立體土工格室結(jié)構(gòu)。在沒有黏性的土中，例如沙土、沙礫土，當(dāng)圍壓較小時(shí)，其剪切和彈性模量一般都比較低，而當(dāng)土工格柵結(jié)構(gòu)具有一定的附加約束時(shí)，則可以通過土工格柵的附加約束來增加其剪切和彈性模量[2]。與其它土工合成材料相比，土工格室具有更好的束縛作用，因此其應(yīng)用非常廣泛[3]。在鐵路建設(shè)中，土工格室的應(yīng)用范圍包括地基加固、地基處理、邊坡綠化等。為實(shí)現(xiàn)對(duì)市政路橋工程中路基的加固，引入土工格室施工及加固方案，將提升路基整體穩(wěn)定性作為目標(biāo)，按照“施工準(zhǔn)備→土工格室布設(shè)→材料填充→平整碾壓”的施工流程進(jìn)行加固[4]。在鋪好土工格室前，應(yīng)先做好施工準(zhǔn)備、中線放樣、清理和清理下承層，并參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確地計(jì)算出鋪好的土工格室后的路面平整程度[5]。土工格室生產(chǎn)出來后，會(huì)被壓得很緊，首先張拉格室，讓其處于緊繃狀態(tài)，主要是在格室的橫梁兩端，用一根鋼筋樁將其固定在格室的下部，然后將格室吊在上面，根據(jù)設(shè)計(jì)的長度比例來決定其寬度，而不同的格室則要通過格子的連接件進(jìn)行連接[6]。當(dāng)土工格室布置好后，再將級(jí)配碎石等材料放入土工房，填埋工作將在48 h 內(nèi)完成。物料的填充高度通常要比土工房高10 cm 以上，超出的部分可以作為防護(hù)層。在完成上述施工后，在該結(jié)構(gòu)上增加側(cè)向限制加固機(jī)制，其限制作用原理見圖2。

圖2 土工格室側(cè)向限制作用原理示意圖

除此之外，上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的荷載能夠使土工格室產(chǎn)生一個(gè)豎直向下的變形彎曲，進(jìn)而產(chǎn)生拉力，見圖3。

圖3 土工格室加固膜效應(yīng)示意圖

豎向張力的分力有利于減輕路面的荷載，減少路面的垂直沉降，增加路基的承載力。通過上述兩方面的加固作用，促進(jìn)路基承載力提升，減少路基沉降，并能夠在一定程度上縮短市政路橋工程施工的時(shí)間。

2.2 增加混凝土楔形體結(jié)構(gòu)

在上述土工格室施工基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)路基的加固，增加混凝土楔形體結(jié)構(gòu)。根據(jù)市政路橋設(shè)計(jì)規(guī)范，在路橋路基表層下方設(shè)置一定長度的混凝土楔形體，以此達(dá)到提升路基剛度的作用[7]。結(jié)合圖4 所示的市政路橋過渡段縱斷面示意圖，確定混凝土楔形體結(jié)構(gòu)參數(shù)。

圖4 市政路橋過渡段縱斷面示意圖

在上述市政路橋過渡段縱斷面結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，確定過渡段的具體長度，其公式為

式中：L 為市政路橋過渡段長度；a 為過渡段頂部沿著市政道路方向的長度；H 為路堤高度；h 為路基基床表層厚度；n 為常數(shù)系數(shù)。在確定混凝土楔形體結(jié)構(gòu)時(shí)，可通過建模與模擬施加荷載的方式確定不同混凝土楔形體結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)應(yīng)的路基結(jié)構(gòu)在豎直方向上的沉降變量。選擇將沉降量最小時(shí)對(duì)應(yīng)的參數(shù)作為混凝土楔形體結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)，嚴(yán)格按照參數(shù)完成對(duì)這一結(jié)構(gòu)的設(shè)置。在混凝土楔形體結(jié)構(gòu)的加固作用下，路基的剛度能夠得到有效提升，在市政路橋上行車荷載的作用下，沉降能夠得到顯著降低，并且呈現(xiàn)出更加平滑的過渡狀態(tài)。

2.3 市政路橋?yàn)r青混凝土墊層加固施工

鋪筑瀝青墊層的目的在于改善地基的荷載分配，降低地基的壓力，具有防水功能，對(duì)土體質(zhì)量不佳的地基具有良好的承載力。穩(wěn)定的瀝青地基可以提高運(yùn)營效率，降低維修費(fèi)用，對(duì)鐵路及軌道運(yùn)輸企業(yè)具有長遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益[8]?；诖?，在完成對(duì)混凝土楔形體結(jié)構(gòu)的設(shè)置后，進(jìn)行路橋?yàn)r青混凝土墊層加固施工。要求瀝青混凝土墊層材料的密度應(yīng)為240 kg/m3；彈性模型應(yīng)為120 MPa；泊松比應(yīng)為0.25。圖5 為瀝青混凝土墊層加固位置示意圖。

圖5 瀝青混凝土墊層加固位置示意圖

在市政路橋路基基床表層設(shè)置厚度為0.3 m，長度為20 m 的瀝青混凝土地層。通過對(duì)施加行駛車輛荷載進(jìn)行計(jì)算后，得到路基豎直方向上沉降位移變化數(shù)值，并根據(jù)具體數(shù)值確定墊層結(jié)構(gòu)參數(shù)。在經(jīng)過瀝青混凝土墊層的加固后，市政路橋路基的沉降得到有效控制。

3 實(shí)證分析

以上述項(xiàng)目為例，結(jié)合工程項(xiàng)目所在地的基本情況，設(shè)計(jì)以下加固方案：

使用套管灌漿法，在路基上按照一定的角度，在土層上打出一定的孔洞，填入套管，安裝外筒，使其在土體內(nèi)永久保持。灌漿外管以外留出漿孔，并在出漿口增設(shè)截流閥，灌漿時(shí)，將帶有封堵機(jī)構(gòu)的灌漿內(nèi)管置于灌漿外管中，對(duì)需要灌漿的部位進(jìn)行灌漿。從而在軟土層裂縫中便可以形成具有較高剪切強(qiáng)度的網(wǎng)狀漿脈復(fù)合物，起到加固基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的綜合作用。

為了使加固施工達(dá)到預(yù)期的工程效果，做好在施工前的準(zhǔn)備工作，根據(jù)純水泥漿在不同配比下的基本性能，進(jìn)行施工材料的配制。基本性能見表1。

表1 純水泥漿在不同水灰比配合比下的基礎(chǔ)性能

根據(jù)上述結(jié)果，在施工中結(jié)合工程需求與實(shí)際情況，選擇對(duì)應(yīng)的水灰比配置路基加固施工材料。

按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行布線，孔位，并嚴(yán)格按照?qǐng)D紙進(jìn)行施工；根據(jù)放線孔的位置，將鉆機(jī)安裝到指定的位置，測(cè)量垂直度和傾斜角度后，進(jìn)行鉆進(jìn)施工。在作業(yè)中，應(yīng)做好工程數(shù)據(jù)的詳細(xì)記錄，包括鉆進(jìn)方向等，及時(shí)掌握異常情況，采取有效的處理措施，并由現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員確認(rèn)后，才能進(jìn)行下一步驟的作業(yè)。設(shè)計(jì)孔位誤差不能超過10 cm；根據(jù)設(shè)計(jì)的配比或者泥漿的比例來制備泥漿。攢拌漿料不能少于3 min，準(zhǔn)備好的料漿不能存放2 h 以上。根據(jù)工程需求，設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 施工設(shè)備、技術(shù)與參數(shù)

采用采巧貝克曼梁法，在加固處理前后，測(cè)試路基回彈彎沉，為評(píng)價(jià)加固技術(shù)在路基路面結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用提供依據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 路基加固處理前后回彈彎沉

4 結(jié)論

根據(jù)上述研究，得到以下幾個(gè)方面的結(jié)論：

（1） 根據(jù)表3 路基加固處理前后回彈彎沉結(jié)果，路基加固處理后回彈彎沉值＜路基加固處理前回彈彎沉，證明設(shè)計(jì)方法可以起到控制路基回彈彎沉的效果，即加固工作的實(shí)施可以在應(yīng)用中起到一定穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的作用。

（2） 本次研究受多方因素的影響，未能從多角度進(jìn)行方法的校驗(yàn)，下一步驟的工作中，將結(jié)合理論推導(dǎo)與實(shí)踐檢驗(yàn)的方式，對(duì)施工中不同變量之間的關(guān)系進(jìn)行深入論證，以設(shè)計(jì)施工材料最優(yōu)配合比，為該方法的設(shè)計(jì)與研究成果給予全面修正。