軟土地基上路基拓寬處理技術(shù)研究

近年來，道路拓寬工程較多，在道路拓寬改造工程完成后，軟土地基上路面常出現(xiàn)縱、橫向裂縫等病害，裂縫寬度視路堤高度、軟土厚度及其性質(zhì)等而不同。本課題主要研究新老路基結(jié)合部位處理方法、新老路基不均勻沉降及其所產(chǎn)生的危害以及新老路基的穩(wěn)定等，以尋求比較合理、科學(xué)的解決方法，為今后軟土地基道路拓寬改造工程的設(shè)計、施工提供科學(xué)依據(jù)，以確保道路拓寬改造工程的質(zhì)量。

 

１.１　試驗路段確定

根據(jù)２０４國道改建工程的設(shè)計資料和沿線的地質(zhì)情況，選擇填土高度≥２.５ｍ處的ｋ２７＋７００～ｋ２７＋８００高路堤段和填土高度＜２.５ｍ處的ｋ１０＋０００～ｋ１０＋１００低路堤段兩個典型試驗路段作為研究項目。通過這兩段試驗路來分析和研究新老路基拓寬處理及新老路基結(jié)合部位處理情況，以此驗證設(shè)計，指導(dǎo)施工，為今后的設(shè)計、施工積累經(jīng)驗。

 

１.２　新老路基拓寬處理后病害原因分析

（１）新老路基拓寬處理后結(jié)合部位路基材質(zhì)和路面結(jié)構(gòu)層厚度、強(qiáng)度不一，特別是一邊為新做路基，一邊為原有老路基，質(zhì)量也存在差異，在結(jié)合部位產(chǎn)生一個臨界面，為道路開裂留下隱患。

 

（２）新老路基拓寬處理后，在結(jié)合部位沉降量不一，產(chǎn)生一定的沉降差值，特別是新拓寬路基工后沉降較大，而老路基已經(jīng)完成了相當(dāng)?shù)墓ず蟪两盗浚�這樣不可避免地在結(jié)合部位產(chǎn)生一個沉降差值突變點，成為道路產(chǎn)生裂縫的主要原因。

 

（３）新老路基結(jié)合部位工藝較復(fù)雜，施工難度較大，往往在此產(chǎn)生人為的質(zhì)量因素，如密實度達(dá)不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)等，也是產(chǎn)生裂縫的原因之一。

 

１.３　新老路基拓寬處理技術(shù)的目的與要求

(１)減少新拓寬路基的沉降量和新老路基的沉降差。

 

(２)處理好新老路基結(jié)合部位的地基，必要時采取特殊的處理方法，以解決新老路基的沉降差所產(chǎn)生的反射裂縫。

 

(３)采取特殊措施，加強(qiáng)新老路基的結(jié)合強(qiáng)度，以此減輕新老路基因材質(zhì)、質(zhì)量及路面結(jié)構(gòu)層的差異等所產(chǎn)生的危害。

 

２.１　試驗路段情況

２.１.１　試驗路段原況

低路堤試驗段原有老路路基寬７.０ｍ，路面寬５.０ｍ，為泥結(jié)碎石上罩１ｃｍ瀝青表處簡易路面，左側(cè)為較大的取土坑連通的排水溝，右側(cè)為道路排水溝渠，為道路拓寬改造的典型地段。高路堤試驗段原有老路路基寬９.０ｍ，路面寬７.０ｍ，為瀝青表處路面，泥結(jié)碎石、石灰土結(jié)構(gòu)層。道路兩側(cè)均為新沂河大堤的老取土坑塘。

 

２.１.２　試驗路段地質(zhì)情況

根據(jù)地質(zhì)鉆探資料，試驗路段地質(zhì)構(gòu)造自上而下為：表層為人工回填土，其中低路堤厚１～２ｍ。高路堤厚２～４ｍ，其下為高液限粘土硬殼層，厚約２.０ｍ，含水量ω在３３％～４２％之間。再下為淤泥質(zhì)粘土，也稱淤泥層，其中低路堤厚約５.５ｍ，高路堤厚約９.６ｍ，含水量ω約在５４.４％～７０.３％之間，其孔隙比ｅ在１.２～２.０之間，壓縮系數(shù)α１－２在１.２～２.６ＭＰａ－１之間，地質(zhì)條件極差。再下為粘土、亞粘土層等，地質(zhì)條件較好。

 

２.２　試驗段路基拓寬處理內(nèi)容

２.２.１　軟土地基處理

根據(jù)計算結(jié)果決定，低路堤試驗段新拓寬路基部分軟土地基不作特殊處理，可按正常路基施工；高路堤試驗段新拓寬路基部分軟土地基采用粉體攪拌樁處理，粉噴樁樁徑為０.５ｍ，間距為１.４ｍ，正三角形布置，樁長為１２ｍ；每延米水泥噴入量為５０ｋｇ。選用粉體攪拌樁處理軟土地基，其主要目的是確保高路堤路基穩(wěn)定，最大限度地降低施工沉降和工后沉降，以減少新老路基的不均勻沉降；同時縮短工期，確保工程按質(zhì)按時完成。

 

２.２.２　新老路基與路面結(jié)合部位處理

對原有老路一側(cè)或雙側(cè)拓寬改造路基與路面時，在結(jié)合部位主要采取以下措施進(jìn)行處理：

(１)清除原路肩邊坡上草皮、樹根及腐植土等雜物，并挖臺階處理。臺階尺寸為高≤３０ｃｍ，寬≥４５ｃｍ，臺階挖好后與新路基一同進(jìn)行分層回填碾壓施工。

 

(２)原有路肩質(zhì)量較差，達(dá)不到設(shè)計要求時，將土路肩翻曬或摻灰重新碾壓，以達(dá)到質(zhì)量要求。

 

(３)在低路堤試驗段新老路基結(jié)合部位采用三層防土工布處理(沿線其它地段采用三至五層土工布處理)，土工布寬一般為４ｍ以上，水平鋪在新老路基結(jié)合部位上，每層相隔２０ｃｍ。

 

(４)由于高路堤不均勻沉降差大，影響范圍大，破壞力大，故在新老路基與路面結(jié)合部位采用高強(qiáng)度的土工格柵處理，以加強(qiáng)新老路基的結(jié)合強(qiáng)度，從而解決新老路基的不均勻沉降。土工格柵共布置六層，自下而上第一層布置在老路面上，第二層布置在路床向下４０ｃｍ處，第三層布置在路床向下２０ｃｍ處，第四層布置在路床上，第五層布置在二灰土底基層上，第六層布置在二灰碎石基層中間。

 

２.３　沉降標(biāo)設(shè)置與觀測

低路堤試驗段地表平整后或溝塘清淤晾曬后，路基材料回填前埋置沉降標(biāo)，即在Ｋ１０＋０２５和ｋ１０＋０７５兩斷面左、中、右共埋置六處沉降標(biāo)；高路堤試驗段在溝塘內(nèi)用石屑回填至水面以上再碾壓密實，其上再分層回填土。待粉噴樁施工完成后，在路基土分層回填前進(jìn)行反壓護(hù)道施工，同時在Ｋ２７＋７２５和Ｋ２７＋７７５兩斷面共埋置８處沉降標(biāo)。通過沉降觀測，可以及時掌握地基沉降變化，為路面施工提供科學(xué)依據(jù)。

３.１　新老路基沉降計算

３.１.１　主固結(jié)沉降與總沉降計算

用ｅ－ｐ曲線和分層總和法計算主固結(jié)沉降：每層沉降為Ｓｉ＝(ｅ１ｉ－ｅ２ｉ)×ｈｉ／(１＋ｅ１ｉ)，主固結(jié)沉降為Ｓｃ＝∑Ｓｉ。根據(jù)《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》(ＪＴＪ０１７－９６)（以下簡稱《軟規(guī)》）第４.３.４.１條經(jīng)驗公式Ｓ＝ｍ×Ｓｃ(ｍ為經(jīng)驗系數(shù)，范圍１.１～１.７)，低路堤Ｋ１０＋０２５處取１.２，Ｋ２７＋７７５高路堤處取１.６（其地基未處理），其路基斷面各點沉降值分別見圖３－１、圖３－２。

 

３.１.２　新老路基工后沉降差計算

（１）根據(jù)分層總和法計算出的新路基最終沉降量，再由固結(jié)系數(shù)推測出低路堤施工期沉降固結(jié)度ｕｔ＝４１.９％，同樣由豎向固結(jié)系數(shù)推測出高路堤Ｋ２７＋７７５路基施工期沉降固結(jié)度ｕｔ＝２６.３％。

 

（２）根據(jù)分層總和法計算出的老路基最終沉降量，再由Ｃｖ推測到本次施工前沉降固結(jié)度ｕｔ為９５％。

 

（３）拓寬路基后的工后沉降值為：

　�。庸ず螅剑ǎ有驴偅�９５％Ｓ老總）×（１－ｕｔ）。

 

　　低路堤Ｋ１０＋０２５及高路堤Ｋ２７＋７７５路基斷面工后各點沉降值分別見圖３－３、圖３－４。

 

３.２　路基工后沉降差處理

３.２.１　低路基工后不均勻沉降處理

從路基工后沉降值橫斷面圖看，低路堤新老路基工后不均勻沉降值是明顯的，其不均勻沉降差是均勻的。為減輕新老路基不均勻沉降差所造成的破壞，在低路堤試驗階段新老路基結(jié)合部采用挖臺階和土工布處理，以加強(qiáng)結(jié)合部位強(qiáng)度，解決不均勻沉降所帶來的危害。

 

３.２.２　高路堤路基工后不均勻沉降處理

（１）高路堤用粉噴樁處理工后總沉降

高路堤新老路基工后沉降較大，尤其新拓寬一側(cè)，不均勻沉降差值大，左右特別明顯，對路基破壞力太大，為此，軟土地基采用粉噴樁進(jìn)行處理，為此應(yīng)計算出路基用粉噴樁處理后Ｋ２７＋７７５斷面各點的總沉降值Ｓ粉。

 

（２）路基粉噴樁處理后工后沉降

根據(jù)《軟規(guī)》第５.９.１１條“加固土樁固結(jié)度不考慮加固土樁體的排水固結(jié)作用”。故粉噴樁處理范圍內(nèi)路基沉降固結(jié)度不變ｕｔ＝２６.３％。則Ｋ２７＋７７５整個路基工后沉降計算公式：

 

　　粉噴樁處理范圍以外Ｓ工后＝（Ｓ新總－９５％Ｓ老總）×（１－ｕｔ）。

 

　　粉噴樁處理范圍內(nèi)Ｓ工后＝（１－ｕｔ）Ｓ粉。樁號Ｋ２７＋７７５路基斷面各點工后沉降值見圖３－５。

 

（３）路基粉噴樁處理后不均勻沉降處理

從路基工后沉降圖可看出，路基粉噴樁處理后新老路基不均勻沉降減少很多，特別是新老路基左右工后沉降差顯著減少，但路基工后不均勻沉降差仍較大，特別在新老路基結(jié)合部位，最大理論突變差值為２０.２ｃｍ，工后不均勻沉降破壞力是相當(dāng)大的，為減輕不均勻沉降差造成的破壞。高路堤新老路基與路面結(jié)合部位采用挖臺階的方法，并鋪設(shè)６層土工格柵處理，以加強(qiáng)新老路基與路面結(jié)合部位強(qiáng)度，增強(qiáng)路基路面的整體抗變形能力，解決不均勻沉降所帶來的路面開裂、路基滑動等危害。

 

３.３　實測與計算比較

為了更好地反映軟基沉降規(guī)律，把沉降標(biāo)處的填土曲線、計算沉降曲線、實測沉降曲線作為時間的相關(guān)變量繪制于同一張圖中，以利比較與參考。

 

３.３.１　低路堤沉降曲線比較

低路堤Ｋ１０＋０２５和Ｋ１０＋１００斷面計算與實測沉降曲線，分別見圖３－６、圖３－７。根據(jù)計算與實際觀測曲線，實測值結(jié)果小于計算值，且實測沉降曲線未端斜率小于計算值，工后沉降也比計算小，這仍需進(jìn)一步觀測驗證。

 

３．３．２　高路堤沉降曲線比較

高路堤Ｋ２７＋７２５和Ｋ２７＋７７５兩斷面計算與實測沉降曲線，分別見圖３－８、圖３－９。根據(jù)計算與實際觀測結(jié)果可知，高路堤用粉噴樁處理后，沉降值大大減少，但實際觀測總沉降及每月沉降均大于計算值，工后沉降仍然較大。

 

３.４　新老路基拓寬處理技術(shù)分析

３.４.１　低路堤處理技術(shù)分析

（１）低路堤實測沉降小于理論計算沉降，主要原因為地表硬殼層使路基荷載應(yīng)力擴(kuò)散，即路基下土層實際附加應(yīng)力小于理論計算。從本研究看，《軟規(guī)》中經(jīng)驗公式Ｓ＝ｍ×Ｓｃ對于低路堤所取的經(jīng)驗系數(shù)ｍ應(yīng)小于１，�。�.６～０.９較符合實際情況。

 

（２）低路堤新拓寬路基部分軟土地基可以不處理，主要由于軟土地基沉降固結(jié)很慢，若采用預(yù)壓措施，效果也是不明顯的，若采用軟土地基處理，則造價太高。因此設(shè)計及施工中可盡量利用原狀土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，不擾動下臥軟土層，進(jìn)一步維持硬殼層的整體作用，同時在路基中鋪設(shè)土工布或土工格柵，以加強(qiáng)路基的整體強(qiáng)度及板體作用，防止路基因不均勻沉降而產(chǎn)生反射裂縫。

 

３.４.２　高路堤處理技術(shù)分析

（１）軟土地基未經(jīng)處理的高路堤老路基實際沉降大于理論計算沉降，原因可能是《軟規(guī)》經(jīng)驗公式Ｓ＝ｍ×Ｓｃ的經(jīng)驗系數(shù)ｍ取值范圍偏小，從觀測結(jié)果及老路基沉降情況來看，高路堤沉降系數(shù)ｍ大于規(guī)范上限１.７，軟土蠕變側(cè)移引起的沉降值較大。因軟土固結(jié)很慢，使得高路堤路基工后會持續(xù)不斷地下沉。為減少工后沉降量，對高路堤路基必須綜合處理。

 

（２）高路堤路基經(jīng)過粉噴樁特殊處理后，其沉降量無論是實際沉降值還是理論計算值均明顯降低，從觀測結(jié)果來看，新拓寬的高路堤采用粉噴樁處理軟基效果是非常顯著的。

 

（３）當(dāng)高路堤路基拓寬后，新老路基不均勻沉降仍然比較明顯，特別在拓寬一側(cè)，老路基邊坡范圍沉降差明顯，產(chǎn)生突變點，易在此產(chǎn)生不均勻沉降裂縫及滑動剪切面。若不采取特殊措施，結(jié)合處工后不均勻沉降破壞力仍然較大，此處仍需重點控制，本試驗段在新老路基與路面結(jié)合部位采用挖臺階、鋪設(shè)６層土工格柵處理等，目前從工后實測看，效果是顯著的�？梢约訌�(qiáng)新老路基結(jié)合部位強(qiáng)度，增強(qiáng)路基路面的整體抗變形能力，防止路面開裂。

 

（４）高路堤新拓寬部分軟土地基必須進(jìn)行特殊處理，主要由于軟土沉降固結(jié)很慢，路基工后沉降量大，經(jīng)常使新老路面產(chǎn)生明顯破壞，甚至影響工程使用。因此設(shè)計及施工中為了確保路基穩(wěn)定，減少路基工后沉降，對高路堤拓寬可采取打粉噴、砂樁、塑料排水體、碎石樁等軟基處理措施，并配合填筑輕型材料。同時在新老路基與路面結(jié)合部位采用挖臺階及鋪設(shè)土工布或土工格柵等。

 

軟土地基上道路拓寬處理是比較復(fù)雜的，且影響因素很多，通過高、低路堤道路拓寬處理的研究，得出以下結(jié)論。

 

(１)對低路堤道路拓寬結(jié)合部位采取挖臺階和加鋪土工布的處理方法是可行的。對高路堤道路拓寬結(jié)合部位主要采取粉體攪拌樁處理軟土地基，再采取用挖臺階和加鋪土工格柵來加強(qiáng)路基與路面結(jié)合部位質(zhì)量，效果明顯，不僅能節(jié)省工程造價，而且方便施工，縮短工期，具有較好的推廣價值。

 

(２)根據(jù)計算和觀測結(jié)果，軟土路基低路堤是穩(wěn)定的，一般不需采取其它特殊措施處理；軟土地基高路堤路基穩(wěn)定系數(shù)不足，通常應(yīng)采用軟土地基特殊處理和增加路基反壓護(hù)道等方法進(jìn)行綜合處理，同時還要控制路基填土速率，加強(qiáng)沉降觀測和分析。

 

〔１〕《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》ＪＴＪ(０１７－９６)

〔２〕《粉體噴攪法加固軟土層技術(shù)規(guī)范》（ＴＢ－１０１１３－９６）

〔３〕《軟土地基沉降計算》，折學(xué)森編著，１９９８年出版

〔４〕《土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)》，洪毓康主編，１９８７年出版