填石路堤產(chǎn)生差異沉降的原因

 填石路堤產(chǎn)生差異沉降的原因

　　關(guān)鍵詞：填石路堤,壓實(shí),強(qiáng)度,攤鋪,沉降

　　一、填石路堤差異沉降的原因分析

　　調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國(guó)境內(nèi)已建成的高速公路填石路堤段均存在路面縱向裂縫，重者發(fā)生路面錯(cuò)臺(tái)，輕的沿路線方向分布連續(xù)裂紋、裂縫，需要重新修復(fù)或處理。綜合分析填石路堤差異沉降變形的原因如下：

　�。ㄒ唬�壓路機(jī)振動(dòng)壓實(shí)效果不佳

　　現(xiàn)行規(guī)范要求填石路堤使用的壓路機(jī)噸位較低，振動(dòng)壓實(shí)未能使石塊之間嵌鎖密實(shí)，路堤并未處于彈性狀態(tài)，在填石路堤自重與外荷載作用下，還會(huì)產(chǎn)生殘余變形。通過(guò)室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)路堤沉降量試驗(yàn)檢測(cè)，壓實(shí)路基在達(dá)到規(guī)范要求的壓實(shí)度時(shí)，其完工后沉降率為0.4%左右。當(dāng)填方路堤大于6m以上，壓實(shí)不足或均勻性不好，碾壓層厚度與填料不均勻，受填石自重壓密變形時(shí)，形成拉伸與壓縮應(yīng)變區(qū)，均存在差異沉降，若兩點(diǎn)的沉降量梯度大于０．6%以上時(shí)，有可能發(fā)生裂縫。

　�。ǘ�）規(guī)范壓實(shí)度與實(shí)際情況存在差異

　　現(xiàn)行規(guī)范要求路基頂面150cm以下的壓實(shí)度為90%，大于6m以上的高路堤均會(huì)產(chǎn)生較大自重荷載，使填筑路堤壓密沉降。如果將壓實(shí)度由90%提高到93%，路堤在施工結(jié)束時(shí)，已經(jīng)完成3.23%的完工后沉降率，則6m路堤在施工后已經(jīng)完成工后沉降量19.4cm，發(fā)生路堤差異沉降的變形可能性減小。

　�。ㄈ�）特殊地形的客觀沉降

　　斜坡地形與半填半挖路基，在縱向與橫向斷面上即客觀存在沉降的差異變形。同時(shí)溝谷或斜坡的底層基底難以壓實(shí)，為形成壓實(shí)層的工作面，經(jīng)常增加底層的松鋪厚度，使同一斷面上密實(shí)度不均勻，造成差異變形沉降。

　　二、填料和壓實(shí)機(jī)具的要求

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　　石料是屬于透水性好的筑路材料，因此在正常施工條件下，不做最佳含水量的限制，一般天然含水量即可，施工時(shí)主要以石料的最大粒徑及強(qiáng)度加以控制。

　　1、最大粒徑的限制

　　國(guó)外填筑石料的粒徑不作限制，關(guān)健要選擇與施工層厚度相適合的大型壓實(shí)機(jī)械。但從施工性能方面考慮，日本的最大粒徑以1m以下為宜，但從考慮薄層施工以提高填方穩(wěn)定性出發(fā)，應(yīng)盡可能使用粒徑小的石料。我國(guó)的路基設(shè)計(jì)及施工規(guī)范，對(duì)填石路堤的石料粒徑未做明細(xì)規(guī)定，但要求其最大粒徑不宜超過(guò)層厚的2/3，在路床范圍內(nèi)填筑石料最大粒徑不超過(guò)10cm。

　　當(dāng)利用開(kāi)山石料和隧道爆破的廢碴為填料時(shí)，施工人員在進(jìn)行開(kāi)山和隧道爆破施工過(guò)程中就應(yīng)當(dāng)考慮到填方路堤對(duì)石料的粒徑要求，進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋�破試�?yàn)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，使爆破后的石料滿足填方要求。對(duì)超粒徑的石料應(yīng)集中起來(lái)，進(jìn)行二次爆破或人工砸碎，嚴(yán)禁超粒徑材料上路。

　　2、強(qiáng)度的限制

　　石料的強(qiáng)度是指飽水試件的極限抗壓強(qiáng)度。我國(guó)公路路基施工技術(shù)規(guī)范明確規(guī)定填石路堤的石料強(qiáng)度不應(yīng)小于15MPa(用于護(hù)坡的不應(yīng)小于20MPa)。路塹挖出和隧道爆破產(chǎn)生的石料，要注意其強(qiáng)度和風(fēng)化程度是否符合要求。

　�。ǘ�）壓實(shí)機(jī)具的選擇

　　由于石塊粒徑較大，質(zhì)量較大，必須用自重較大的重型振動(dòng)機(jī)碾壓或重錘夯擊或25t以上(對(duì)高速公路和一級(jí)公路應(yīng)采用35～50t)輪胎壓路機(jī)碾壓才能壓實(shí)到理想的緊密狀態(tài)。用振動(dòng)壓路機(jī)或夯錘壓實(shí)能在壓實(shí)時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)力或沖擊力，使石塊產(chǎn)生瞬時(shí)振動(dòng)而向緊密咬合狀態(tài)移位，靜載光輪壓路機(jī)很難產(chǎn)生這種功效。

　　重型振動(dòng)壓路機(jī)噸位的選擇與最大層厚及最大粒徑有關(guān)，當(dāng)缺少上述壓實(shí)機(jī)具時(shí)，可采用重載光輪壓路機(jī)壓實(shí)，但應(yīng)減少每層填筑厚度和石料粒徑，最厚不得超過(guò)50cm。而采用重型振動(dòng)壓路機(jī)或夯錘壓實(shí)時(shí)，可加厚至1.0cm。不管使用哪種機(jī)具，在正式壓實(shí)施工前，必須先做試驗(yàn)路段，確定適宜的虛鋪厚度、碾壓遍數(shù)及機(jī)械組合方式，以指導(dǎo)施工。

　　三、填石路堤壓實(shí)技術(shù)的具體應(yīng)用

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　　某試驗(yàn)路段為整體式路基，路基寬為2415cm。根據(jù)工程實(shí)際情況，該試驗(yàn)段除去兩端橋涵填土，實(shí)際填筑長(zhǎng)度為150m。試驗(yàn)段采用40、60、80cm松鋪厚度試鋪。其填料來(lái)源為路基挖方爆破石方與章家槽隧道渣土。兩者均含有大量超粒徑顆粒，超粒徑顆粒采用空壓機(jī)擊碎、人工搬去或敲碎的辦法進(jìn)行處理。經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè),石料強(qiáng)度達(dá)到15MPa以上，篩分檢定，其巨粒料含量超過(guò)70%，滿足石方路堤的填筑要求。

　�。ǘ�）鋪筑

　　1、鋪料

　　在壓實(shí)整平的路基上進(jìn)行攤鋪，為避免石方過(guò)分集中，卸料時(shí)由專人指揮，內(nèi)外分開(kāi)，力求均勻，以保持?jǐn)備伜筝^為平整。個(gè)別不平處由人工用石塊、石屑找平，由自卸汽車?yán)�運(yùn)石渣，推土機(jī)整平，粒徑大于鋪料厚度2/3的石塊予以解小。

　　2、攤鋪厚度的控制

　　試驗(yàn)路段路基填筑采取50cm的松鋪厚度，采用以鋼筋作為標(biāo)桿的方法控制松鋪厚度，標(biāo)桿在路基中線和邊線處每隔10m設(shè)置1根，每層填石料前在標(biāo)桿上作松鋪厚度的標(biāo)記，并且按桿記掛線，然后按照標(biāo)桿刻度進(jìn)行松鋪厚度的控制，確保填石均勻。

　�。ǘ�）壓實(shí)施工技術(shù)要點(diǎn)

　　1、灌水法測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)干密度

　　首先測(cè)出填石料室內(nèi)的最大標(biāo)準(zhǔn)干密度。對(duì)于填石料，根據(jù)室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)確定最大干密度，將現(xiàn)場(chǎng)填料進(jìn)行篩分試驗(yàn)，取40mm粒徑以下的填料進(jìn)行重型擊實(shí)試驗(yàn)，然后根據(jù)40mm粒徑以上的百分含量推出現(xiàn)場(chǎng)填石料的最大干密度。填石路堤實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)干密度采用灌水法測(cè)定，試坑尺寸為填石料最大粒徑的2～3倍，由挖出來(lái)粗粒料的質(zhì)量與試坑體積之比算出現(xiàn)場(chǎng)密度，最后得到攤鋪碾壓層的壓實(shí)度。

　　2、固體體積率

　　固體體積率為固體體積與所測(cè)試坑體積比值的百分率。由于碾壓是將石料間的空隙進(jìn)行壓縮，固體顆粒的開(kāi)口孔隙與閉口孔隙受碾壓的影響較小，因而，所謂的固體體積應(yīng)該包括顆粒本身的開(kāi)口孔隙和閉口孔隙。試坑的體積在現(xiàn)場(chǎng)用灌水法測(cè)定，固體體積為從試坑中挖出各粒徑的干質(zhì)量除以各自的毛體積密度得到的體積之和。

　　由于隧道渣土與挖方爆破土粗粒徑顆粒比較多，在這種填石路堤中，有些部分已形成骨架空隙結(jié)構(gòu)，在這里采用固體體積率來(lái)評(píng)價(jià)填石路堤的壓實(shí)效果較合適。

　　3、壓實(shí)工藝

　�。�1）填石路堤壓實(shí)前應(yīng)使石料攤鋪表面的平整度達(dá)到要求，否則對(duì)壓實(shí)效果影響很大。未達(dá)到平整度要求填石路堤，應(yīng)在表面局部填充細(xì)料并加強(qiáng)人工整平，使石塊之間無(wú)明顯高差臺(tái)階，壓路機(jī)碾壓時(shí)機(jī)輪無(wú)明顯架空、扭曲現(xiàn)象，否則應(yīng)繼續(xù)整平直到達(dá)到平整度要求后，方可進(jìn)行下一步工序施工。

　�。�2）壓路機(jī)的碾壓行駛速度開(kāi)始時(shí)宜用慢速，最大速度不宜超過(guò)4km/h，采用振動(dòng)壓路機(jī)時(shí)，第一遍應(yīng)不振動(dòng)靜壓，然后先慢后快，由弱振至強(qiáng)振。

　�。�3）壓實(shí)時(shí)應(yīng)先壓兩側(cè)(即先靠路肩部分)后壓中間，小半徑曲線段由內(nèi)側(cè)向外側(cè)，縱向互相平行，反復(fù)碾壓。對(duì)夯錘應(yīng)成弧形，首遍各夯位宜緊靠，如有間隙，不得大于15cm，次遍夯應(yīng)壓在首遍夯位的縫隙上，如此連續(xù)夯實(shí)直至密度達(dá)到要求后，再向后移動(dòng)一夯錘位置。行與行之間應(yīng)重疊40～50cm，前后相鄰區(qū)段應(yīng)重疊100～150cm。碾壓遍數(shù)不得少于試驗(yàn)路段確定的遍數(shù)，一般不少于十遍。

　　（4）當(dāng)路堤高度低于4m時(shí)，壓路機(jī)應(yīng)碾壓到路基邊緣0.5m的位置，當(dāng)路堤高度大于4m時(shí)，壓路機(jī)應(yīng)碾壓到路基邊緣1m的位置。壓路機(jī)在路基緣2m范圍內(nèi)壓實(shí)時(shí)，可適當(dāng)減低振幅或用弱振檔進(jìn)行壓實(shí)。

　�。�5）壓實(shí)時(shí)要繼續(xù)不斷地用小石塊或石屑填隙，直到石料空隙被小料填滿、密實(shí)，石料穩(wěn)定、無(wú)下沉、無(wú)水平移動(dòng)、表面平整為止。

　　（6）填石路堤頂面至路床頂面下30～50cm(高速公路及一級(jí)公路為50cm，其他公路30cm)范圍內(nèi)的壓實(shí)應(yīng)遵照填土路堤的有關(guān)規(guī)定予以壓實(shí)。

　�。ㄈ�）沉降量檢測(cè)

　　壓實(shí)的最終目的是使被壓實(shí)體有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，只要被壓實(shí)體強(qiáng)度達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，它在承受某一標(biāo)準(zhǔn)荷重時(shí)的變形量和殘余變形量將小于某一值，沉降差檢測(cè)正是基于這樣的理論。

　　本次試驗(yàn)沉降量的控制為表面沉降控制，采用水準(zhǔn)測(cè)量的方法，它簡(jiǎn)單易行，精確度較高，是填石路堤質(zhì)量控制中較好的方法。測(cè)量時(shí)采用梅花樁形式布點(diǎn)，點(diǎn)位縱向間距為10m左右，橫向間距視現(xiàn)場(chǎng)情況而定，布點(diǎn)避免位于突出大粒徑石料上。檢測(cè)頻度每2000m2檢測(cè)至少12點(diǎn)，在壓實(shí)面積不足200m2時(shí)，至少應(yīng)檢測(cè)4點(diǎn)。

　　在碾壓過(guò)程中隨著碾壓遍數(shù)的增加沉降差逐漸減小，碾壓8遍以后，沉降差一般小于2mm，標(biāo)準(zhǔn)差小于1mm，且無(wú)明顯的碾壓輪跡。如下圖。

　　碾壓遍數(shù)與沉降差的關(guān)系

　　但是，當(dāng)壓實(shí)層厚度為80cm和40cm，只要碾壓遍數(shù)到了一定程度，在固定壓實(shí)機(jī)具作用下，兩者沉降差都能小于某一要求值。因此，沉降差不能作為惟一的標(biāo)準(zhǔn)，必須和施工工藝管理結(jié)合起來(lái)，才能進(jìn)行有效的質(zhì)量控制。

　　結(jié)語(yǔ)

　　綜上，填石路堤一般穩(wěn)定性較好，但若施工不當(dāng)，很容易使路基發(fā)生不均勻沉降，影響路面的平整度和使用，造成更大損失。而壓實(shí)施工工藝管理是保證其質(zhì)量的關(guān)健環(huán)節(jié)，只要我們具有較強(qiáng)的質(zhì)量意識(shí)，嚴(yán)格按規(guī)范要求合理的施工工藝施工，達(dá)到合格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是毫無(wú)問(wèn)題的。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]王景彬，張志強(qiáng).淺談填石、土石路堤壓實(shí)度檢測(cè)[J].企業(yè)文化，2010.12.

　　[2]楊峰.高速公路填石路堤施工若干問(wèn)題之探討[J].科技信息，2011.7.

　　[3]霍雙博.淺談填石路堤壓實(shí)技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用[J].黑龍江交通科技，2011.3.