徐禮偉
(安徽中橋建設(shè)集團(tuán)有限公司,安徽 合肥230051)
公路路基對(duì)公路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性具有較大影響,是公路工程施工的重要部分[1]。受到行車荷載作用與公路所處區(qū)域自然因素的影響,在長(zhǎng)期使用后,公路路基會(huì)出現(xiàn)不同程度的破損,降低了路基結(jié)構(gòu)的承載能力與強(qiáng)度[2]??茖W(xué)合理的路基填筑施工技術(shù)對(duì)于修復(fù)路基結(jié)構(gòu)至關(guān)重要?;诖?,以X 高速公路工程為例,針對(duì)其路基破損狀況與特征,開展了路基填筑施工技術(shù)方案的研究。
選取某地區(qū)X 高速公路工程作為研究對(duì)象,該公路工程路線全長(zhǎng)84.25 km,路堤高度約為22.5 m,整體工程劃分為兩個(gè)不同的合同段,屬于雙向四車道高速公路。公路組成結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。
圖1 X 公路組成結(jié)構(gòu)示意圖
圖1 中X 公路由硬路肩、土路肩、行車道等部分共同組成。公路路基填料土為一般物理特性,其中,路堤土的黏聚力為5.5 kPa,容重為18.85 kN/m3,地基土的黏聚力為13.28 kPa,容重為22.06 kN/m3。X 公路工程中,全線路基的最高填筑高度相對(duì)較低,約為6.25 m,路基與路床頂面的壓實(shí)度較差,降低了公路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
該公路工程于2018 年完工,為了保證公路的使用性能與使用安全,相關(guān)的質(zhì)量檢測(cè)人員定期會(huì)對(duì)公路中的部分線路進(jìn)行檢測(cè),判斷公路路基、路面、軟土地基等是否出現(xiàn)異常情況。在最近一次的公路檢測(cè)中,發(fā)現(xiàn)公路部分路基結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形情況,填筑材料使用質(zhì)量嚴(yán)重下降,路基壓實(shí)度較低,達(dá)不到90%,部分變形嚴(yán)重的路基結(jié)構(gòu)甚至出現(xiàn)了沉降現(xiàn)象,大幅度提高了公路運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)當(dāng)對(duì)路基進(jìn)行修復(fù)施工處理?;诖?,根據(jù)X 公路路基破損的情況,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的路基填筑施工技術(shù),對(duì)路基破損部位進(jìn)行修復(fù),施工技術(shù)方案設(shè)計(jì)步驟如下文所示。
在路基填筑施工前,首先,根據(jù)公路路基破損的實(shí)際情況與特征,選取匹配度與性價(jià)比均較高的路基填石料及施工機(jī)具,為后續(xù)的填筑施工提供基礎(chǔ)保障。
鑒于X 公路工程采用全寬填方路基,其基底大多數(shù)為巖質(zhì)基底,強(qiáng)度約為40~75 MPa。為了減少路基填筑施工對(duì)公路邊坡的擾動(dòng),本研究采用最大粒徑不超過35 cm、填料不均勻系數(shù)小于20 的路基填石料,承載力較高,與公路路基、路堤及路床的吻合度較高。將填石料與42.5 號(hào)普通硅酸鹽水泥進(jìn)行合理?yè)脚洌O(shè)置摻配的凝結(jié)時(shí)間,摻配結(jié)束后,對(duì)填石料的強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn),確保填石料的性能滿足公路填筑施工的指標(biāo)要求[3]。填筑施工所需的施工機(jī)具規(guī)格型號(hào)參數(shù),見表1。
表1 填筑施工機(jī)具型號(hào)參數(shù)說明
表1 為X 公路工程填筑施工所需的施工機(jī)具型號(hào)與數(shù)量說明,為了提升填筑施工的質(zhì)量與效率,嚴(yán)格按照表1 的參數(shù)說明選取機(jī)具。
在上述路基填石料與施工機(jī)具選取結(jié)束后,接下來,采用公路路基分部填筑法,對(duì)路基橫斷面進(jìn)行全方位的設(shè)計(jì)。首先,根據(jù)公路路基的實(shí)際破損狀況與特征,在原始路基外,設(shè)定施工距離,填筑新的路基[4]。填筑一段時(shí)間后,將原始路基與新路基之間的空隙填平,增設(shè)地基加固樁,提高路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,降低路基開裂的風(fēng)險(xiǎn),避免路基結(jié)果發(fā)生位移變形[5]。本研究設(shè)計(jì)的路基橫斷面分部填筑示意圖,見圖2。
圖2 路基橫斷面分部填筑示意圖
圖2 中,在路基中,設(shè)定臺(tái)階開挖線,使用挖掘機(jī)與推土機(jī),進(jìn)行公路路基臺(tái)階機(jī)械開挖。設(shè)置臺(tái)階的高度為0.75 m,寬度≥1 m,自上至下逐級(jí)均勻鋪設(shè)臺(tái)階。鋪設(shè)后,利用壓路機(jī)壓實(shí),并使用水準(zhǔn)儀找平,形成臺(tái)階層,合理連接原始路基與新路基,增加路基之間的抗剪能力,提高路基結(jié)構(gòu)結(jié)合的效果[6]。清理路基施工場(chǎng)地中的多余雜質(zhì),依據(jù)公路工程等級(jí),利用復(fù)合地基法,確定公路路基的施工范圍,設(shè)定路基樁體的布設(shè)方式與間距,拓寬路基[7]。根據(jù)公路路基的應(yīng)力狀態(tài)變化,在路基自重作用下,采用固結(jié)的方式,固結(jié)路基間隙軟土,減輕原始路基的壓力,提高路基間隙軟土的水平應(yīng)力[8]。
基于上述分部填筑設(shè)計(jì)路基橫斷面完畢后,合理填筑公路路基土工合成材料。首先,在原始路基與新路基搭接處,鋪設(shè)土工格柵,進(jìn)行路基的加筋處理,保證路基的抗拉強(qiáng)度。將鋼筋網(wǎng)埋入路基土體中,使路基與土工格柵結(jié)合,形成公路路基復(fù)合體,進(jìn)而增加公路土體之間的摩擦力。在填筑施工場(chǎng)地上用白灰畫出網(wǎng)格,基于網(wǎng)格大小,計(jì)算公路路基在松鋪厚度下所需填筑施工的填料量,并測(cè)量控制填筑施工的松鋪厚度。
使用碾壓機(jī),順沿公路地面,對(duì)土工材料實(shí)行連續(xù)沖擊碾壓作業(yè),增加公路路基土體的密實(shí)度。首先,清理公路路基表層的雜質(zhì),利用檢測(cè)儀器檢測(cè)路基土體的平整度與壓實(shí)度,判斷其是否符合相關(guān)填筑要求,若不符合要求,則不斷灑水與碾壓,直至符合填筑施工要求為止。利用碾壓機(jī)反復(fù)沖擊碾壓,測(cè)定并記錄碾壓后,路基土體的表面壓實(shí)度。針對(duì)公路過渡段,采用輕質(zhì)填料進(jìn)行過渡,根據(jù)路基的實(shí)際狀況,調(diào)整路堤樁的長(zhǎng)度,高速公路路基過渡段施工示意圖,見圖3。
圖3 高速公路路基過渡段施工結(jié)構(gòu)示意圖
圖3 為公路路基過渡段施工結(jié)構(gòu)示意圖,在過渡段填筑施工結(jié)束后。清除公路路基表面多余的土方,檢測(cè)路基結(jié)構(gòu)的標(biāo)高是否符合填筑施工標(biāo)準(zhǔn)。最后,使用壓路機(jī)對(duì)公路路基反復(fù)碾壓3 遍,驗(yàn)收路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與強(qiáng)度。
綜合上述內(nèi)容,本研究針對(duì)X 高速公路工程設(shè)計(jì)的路基填筑施工技術(shù)的整體流程。在此基礎(chǔ)上,為了進(jìn)一步對(duì)該填筑施工技術(shù)的可行性作出客觀分析,驗(yàn)證施工技術(shù)的應(yīng)用效果,進(jìn)行了如下的實(shí)證分析。
首先,對(duì)公路填筑施工填料的強(qiáng)度特性進(jìn)行驗(yàn)證分析,檢驗(yàn)填筑填料應(yīng)用的粘聚力,通過填料顆粒之間的摩阻力與咬合力,反映填料的具體強(qiáng)度。填筑填料強(qiáng)度計(jì)算公式為
式中,θ 為填筑填料顆粒在咬合力作用下產(chǎn)生的摩阻角,單位為°;為填料在咬合力作用下產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)力,單位為kPa;φn為公路路基圍壓,單位為kPa。在填筑填料強(qiáng)度計(jì)算結(jié)束后,引入直剪系統(tǒng),設(shè)定試驗(yàn)周期,對(duì)填料進(jìn)行剪切試驗(yàn),獲取填料巖性強(qiáng)度的變化規(guī)律,見圖4。
圖4 X 高速公路工程填料巖性強(qiáng)度變化
圖4 中,在使用與試驗(yàn)周期逐漸增加的趨勢(shì)下,填筑填料的巖性強(qiáng)度相對(duì)穩(wěn)定,均在填料原始巖性強(qiáng)度350 kPa 以上,且逐漸上升,填料結(jié)構(gòu)的承載能力較高,能夠保障公路路基的穩(wěn)定性與牢固性。
在此基礎(chǔ)上,對(duì)公路路基是否存在變形沉降現(xiàn)象進(jìn)行檢測(cè)。首先,在公路路基上,根據(jù)填筑高度與臺(tái)階長(zhǎng)度的不同,隨機(jī)設(shè)定6 組路基檢測(cè)斷面。對(duì)6 組路基檢測(cè)斷面進(jìn)行標(biāo)號(hào)處理,分別標(biāo)號(hào)為L(zhǎng)JDM01、LJDM02、LJDM03、LJDM04、LJDM05、LJDM06。在路基檢測(cè)斷面上,布設(shè)一定數(shù)量的沉降管、分層沉降管、沉降釘、剖面管與磁環(huán),作為沉降檢測(cè)設(shè)備。設(shè)定路基沉降檢測(cè)開始日期為2021.1.1,每隔3 個(gè)月,記錄一次沉降檢測(cè)結(jié)果,獲取路基填筑施工的質(zhì)量,路基沉降檢測(cè)結(jié)果,見表2。
表2 X 高速公路路基沉降檢測(cè)結(jié)果
根據(jù)表2 所示的公路路基沉降檢測(cè)結(jié)果可知,各個(gè)路基檢測(cè)斷面的沉降值較小,最大沉降值為-5.7 mm,不會(huì)對(duì)公路路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成不利影響,路基環(huán)境相對(duì)來說較理想。為了更加直觀地驗(yàn)證本研究設(shè)計(jì)的填筑施工技術(shù)的可行性,采用對(duì)比分析的方法,將本研究設(shè)計(jì)的填筑施工技術(shù),與傳統(tǒng)的填筑施工技術(shù)進(jìn)行對(duì)比。利用MATLAB 分析軟件,測(cè)定兩種填筑施工技術(shù)應(yīng)用后路基沉降速率變化趨勢(shì),其對(duì)比結(jié)果見圖5。
圖5 兩種填筑施工技術(shù)應(yīng)用后路基沉降速率對(duì)比
結(jié)合圖5 的對(duì)比結(jié)果所示,在兩種填筑施工技術(shù)中,本研究設(shè)計(jì)的技術(shù),在應(yīng)用周期不斷增加的情況下,公路路基沉降速率變化幅度較小,沉降速率不超過0.2 mm/d,與傳統(tǒng)施工技術(shù)相比,路基結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定可靠。
通過上述研究,獲取到以下幾個(gè)方面的結(jié)論:
(1) 通過圖4 的填料巖性強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果可知,在使用周期不斷增加的情況下,填筑填料巖性強(qiáng)度均在原始巖性強(qiáng)度350 kPa 以上,且存在一定的上升趨勢(shì);
(2) 根據(jù)表2 公路路基沉降量與圖5 的路基沉降速率對(duì)比結(jié)果可知,路基檢測(cè)斷面的最大沉降值為-5.7 mm,沉降速率不超過0.2 mm/d,路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與牢固性較高。