某高速公路膨胀土路基病害分析及处治措施_田世宽

2014年9月上施工技术第43卷第17期CONSTＲUCTIONTECHNOLOGY119DOI:10.7672/sgjs2014170119某高速公路膨胀土路基病害分析及处治措施田世宽，张海波(中交一公局第四工程有限公司，广西南宁530031)［摘要］膨胀土对高速公路路基有着极大危害，介绍了膨胀土路基的主要病害类型，从设计、施工、管理3个方面分析了膨胀土路基病害产生原因，详细介绍了膨胀土路基病害处治方案，包括膨胀土路堑上边坡开裂坍塌处治方案，挖方段路槽基底为膨胀土出现水稳基层及路面开裂处治方案，以及路基基底为膨胀土时路基开裂一般采用的方案;并介绍了膨胀土路基防排水施工技术。［关键词］公路工程;路基;膨胀土地基;路基病害;处治措施［中图分类号］U416.167［文献标识码］A［文章编号］1002-8498(2014)17-0119-04DiseaseAnalysisandTreatmentMeasuresofExpansiveSoilSubgradeforSomeExpresswayTianShikuan，ZhangHaibo(TheFourthEngineeringCo．，Ltd．ofCCCCFirstHighwayEngineeringCo．，Ltd．，Nanning，Guangxi530031，China)Abstract:Expansivesoilgreatlydamagessubgradeofexpressway，thispaperintroducesthemaindamagetypesofexpansivesoilsubgrade，analyzesthecausesofexpansivesoilsubgradefromthreeaspectsofdesign，construction，management;introducesthetreatmentschemesofexpansivesoilsubgrade，includingtreatmentschemesofslopecrackingandcollapseforexpansivesoilcutting，treatmentschemesofbasecourseandpavementcrackingforexpansivesoilbasement，andgeneralschemesforsubgradecracking;introducesconstructiontechnologyofwaterproofanddrainageforexpansivesoilsubgrade．Keywords:roadconstruction;subgrade;expansivesoilfoundations;subgradediseases;treatmentmeasures1膨胀土路基简介等进行滑移，如某高速公路路基发生病害如下。膨胀土路基是一种用膨胀土作为填料形成的1)K58+980—K59+100段左幅路基已经开路基，即所谓规范和技术上所定义的膨胀土路基;裂，裂缝距中线2～3m，位于前进方向的左侧，长度另一种是路基基底及路基全部或部分坐落在膨胀目前为120m。裂缝宽50～110cm，裂缝两侧形成台土地带上;再一种是路基基底为膨胀土，路基填料阶，台阶高度约30cm。坡脚排水沟已经形成弯曲也不排除为膨胀土，只是此种路基病害和原因更复状，局部出现开裂，裂缝宽约10cm。杂一点。例如，某高速公路某标段在建路基基底全2)K59+100—K59+220段路堤左侧距路基边部坐落在膨胀土地带上，在施工过程中随着施工荷2m左右，位于路线前进方向，发生裂缝的主线路基载的增加，经过干旱和雨季等干湿循环交替的作用长度约为120m，缝宽1～2cm。在裂缝发生位置往与影响，带有明显膨胀土地带迹象的各种病害也随路基下挖1m深探坑，发现裂缝没有减弱趋势。之发生和增加。3)K61+260—K61+340段左幅现场勘察路基2膨胀土路基主要病害已经开裂，裂缝长约30m，位于路线前进方向右侧硬膨胀土地带路基病害主要有上边坡滑塌、已施路肩位置，缝宽约10cm;距中线距离为8m处，裂缝工防护损坏等。填方路基主要有纵横向或环向开宽20cm。裂、局部坍塌、滑移、路基基底向薄弱部位或临空面4)K61+260—K61+450段左幅路肩部位裂缝沿路基纵向发展，长190m，目前缝宽最大10cm。其［作者简介］田世宽，教授级高级工程师，E-mail:317780433@qq．com中，K61+260—K61+340段左幅路基范围内裂缝［收稿日期］2014-03-28 120施工技术第43卷发展剧烈，多处出现纵、横向交叉裂缝，缝宽1～施工过程中要特别注意对土工布的保护，严禁随意3cm。此外，K61+260—K61+340段路基右侧因原穿洞破坏等，同时要防止土工布长时间暴露被氧化已出现裂缝正在进行开挖处理，导致开挖基槽的边和风化破坏等。坡也出现严重坍塌现象。同时还影响到K61+255膨胀土上边坡一旦发现滑移、坍塌等主要以柔通道右幅台背与搭板稳定性，搭板与侧墙之间、搭性挡墙治理方案为主。柔性挡墙方案就是对坍塌板与台背回填之间都已出现明显裂缝。边坡进行清方，按设计挡墙宽度和坡度开挖，柔性5)K64+690—K64+710路基右幅路肩与边坡挡墙设置碎石基础及纵向渗沟，碎石基础可增加挡交界处出现裂缝，裂缝沿路线走向发展，长约20m，墙基底的抗滑移摩擦力，渗沟底、侧面铺防水两布目前裂缝最宽约2cm。一膜土工布。挡墙主体先采用碎石土回填，设置单3膨胀土路基病害分析向拉伸土工格栅TL-35加筋，填筑一定高度后，填料3．1设计原因采用原边坡清方膨胀土，并分层设置土工格栅进行路基基底为膨胀土地基，设计时必须进行基底加筋，在清方边坡一侧填碎石形成墙背消力层，以处治或改良处理，且设计采用换填砂砾或片石处容许和消化边坡一定的变形及滑移力，起到柔性挡理，没有考虑基底排水和防水，导致膨胀土地基浸墙防护的作用。回填至设计高程后，用两布一膜土水发生干湿循环;同时没有考虑施工不利场地的影工布封顶，并回填种植土，同时进行其他附属工程响;另外对膨胀土的等级及对路基基底的影响程度的施工。在设计上没有作进一步分析和处理，只是按常规路4．2挖方段路槽基底为膨胀土出现水稳基层及路基基底处理进行设计;这些设计上的缺陷导致膨胀面开裂处治方案土路基在施工过程中发生诸多病害。主要是路面中央分隔带及两侧边沟等排水不3．2施工原因畅，或施工期间雨水浸泡膨胀土或路槽换填深度不对膨胀土的危害认识不足，膨胀土地区施工经够等导致病害发生。验欠缺，对设计图纸审查不到位，对设计缺陷没有主要处治措施是对开裂部分路槽基底膨胀土及时提出和完善，作为有经验的承包商应该有能力进行注浆改良、封闭地下水通道和提高地基承载和经验弥补设计缺陷，而设计不完美往往是通过有力，并达到对膨胀土进行封闭和保湿的目的，避免经验的承包商来发现和弥补的，这也是施工单位的膨胀土基底再次发生干湿循环。在注浆施工过程责任和义务。中，随着注浆压力的增加发现邻孔有大量地下水被3．3管理原因水泥浆置换和挤出，由此也证明了地下水是对膨胀对膨胀土认识和重视程度不够，或人为从减少土影响和破坏的主要因素。工程造价和节约资金考虑，对膨胀土地基处理措施4．3路基基底为膨胀土时路基开裂一般采用的不到位，对膨胀土地段高填路基认识不到位，如没方案有彻底清除膨胀土或基底处治不到位，地下水及路4．3．1开挖路基重新进行基底换填封水，对弱膨胀基两侧排水系统设计不完善，没有切断地下水或两土掺石灰改良土体后回填侧地表雨水侵入膨胀土，导致膨胀土遇水膨胀或膨将开裂范围路堤顶滑移土体及垮塌的边坡防胀土地基没有保湿措施而发生干湿循环，使得高填护挖除，然后将基底以下2m范围内膨胀土土体挖路基荷载及地下水和雨水等综合作用导致路基基除，基坑开挖完后先利用水泥掺量为3.5%的水稳底出现整体失稳、滑塌、开裂等病害。料封底30cm，封底后利用石料进行回填，厚度控制4膨胀土路基病害处治方案在1.5m，回填顶采用20cm碎石嵌缝找平，并在找平膨胀土路基病害主要有开挖路堑上边坡坍塌，层上铺设防水土工布。基底处理完成后，利用原路路槽底基层及路面开裂，膨胀土基底填筑路基滑基挖出土方按照规范要求重新将路基分层填筑至移，下边坡开裂坍塌，路堤顶纵向开裂坍塌和滑移路基94区顶。填筑前先掺5%石灰改良。新、旧路等。主要有以下几种处理方案。基交接处挖台阶铺设土工格栅，其上每50cm铺设14．1膨胀土路堑上边坡开裂坍塌处治方案层土工格栅。96区采用80cm厚粒料做消力层，以膨胀土上边坡主要以预防为主，在开挖上边坡消除路基差异沉降。并利用现有土增设反压护道。到位后，及时用两布一膜防水土工布对坡面进行满反压护道宽度为6m，高度控制在路堤填土高度的铺覆盖防水和保湿，及时在坡面上砌筑拱形骨架等1/3～1/2，反压护道坡脚设置护脚墙和隔水墙，然后防护，并及时回填和植草绿化，在边坡防护和回填在护脚墙外侧施作排水沟。 2014No．17田世宽等:某高速公路膨胀土路基病害分析及处治措施1214．3．2对基底注浆加固，然后增加抗滑措施地基高位，距离坡脚1m处。止水墙采用C20混凝膨胀土基底路基病害可根据开裂位置的地形土进行浇筑，高度控制在3m，宽度1．5m左右，如图条件、路基填筑情况、基底处理方式、裂缝形状等来1所示。确定处治方案。考虑开裂的主要原因，采取“固脚强腰”的理念，采用坡腰树根桩、坡脚抗滑桩或钢管群桩、路面注浆以及监测的综合处治方案。根据地形及地质和病害发展等具体情况又可分为以下4种处治方案。图1止水墙示意(单位:cm)1)在开裂段路基填方边坡高度小、地面横坡较Fig．1Watersealingwall(unit:cm)平坦或两侧地形有利于路基稳定，地质情况较好、5．2完善路基中央分隔带排水地下水埋深较大的段落可设树根桩，树根桩由3根锚杆组成，每3排树根桩为1榀格梁。同时，在路基路基中央分隔带积水，特别是超高段路面雨水两侧设置止水墙和排水沟，防止地表水进入和浸泡也一并汇聚到中央分隔带，如中央分隔带横向排水路基膨胀土基底。不畅，特别是在路基完成后路面施工期间，则雨水2)在开裂段路基填方边坡高度大、地面横坡较全部下渗到路基内，使路基含水量急剧增加，会诱发膨胀土路基各种病害发生。大不利于路基稳定和易发生路基整体或局部滑移，中央分隔带施工注意事项及施工控制要点地质情况较差、地下水为埋深较深的段落坡脚处设如下。抗滑桩，抗滑桩桩径1.5m，桩长以进入锚固长度1)开沟要顺、直，沟底要清理、整平、顺畅，保证10m控制，桩顶设置冠梁，最大长度8m，即联系3根设计纵坡的流水坡度，如设计为平坡或超高段，则抗滑桩。同时，在地面横坡较陡一侧路基外设置止必须变更设置流水坡度(≥2%，一般控制在3%)，水墙和排水沟，防止地表水进入和浸泡膨胀土路基否则必须加密横向排水管;沟底整平后，采用砂浆基底，导致路基向较低一侧发生滑移。进行沟底和沟帮铺砌，铺设防水土工布、设置中心3)在下滑力不大、覆盖层较薄的段落坡脚采用排水管，回填碎石，铺设电缆，回填种植土，植树或钢管群桩，并在路线较高侧设置止水墙和排水沟。绿化。集水井基底必须整平，铺设防水土工布，井4)在裂缝较宽且有明显错台路段，开挖设计高底和井壁必须铺砌砂浆，防止雨水下渗到路基。横以下3m路基，回填透水性材料，并铺装防水土工布向排水管与集水井井壁应设置防渗措施，防止雨水进行封水，每1m设1层双向土工格栅。渗漏，同时要保证雨水及时排走、不积水。5膨胀土路基防排水施工2)在此主要控制在路面和中央分隔带施工期正因为水是膨胀土路基病害的主要诱因，因此间中央分隔带积水、排水和保畅问题，特别是加强膨胀土地带防排水设计应以预防为主，施工应以控横向排水管检查和疏通，如果在施工期间就积水，制细节为主，主要是设计措施到位，施工细节管理那么在施工后和路基营运阶段会一直积水，每次下到位。雨都会有大量雨水下渗和浸泡路基，这必然会导致5．1完善排水系统，对膨胀土基底进行封闭防水和膨胀土路基产生病害。这一点需要路面施工单位保湿全力配合，路基施工单位也要及时提出。膨胀土路基的处理主要围绕处理水的影响，处5．3完善台背消力沟施工理方法为疏导及封堵。疏导主要是在基底周围设台背消力沟绝不仅仅是为了消除膨胀土路基置纵向排水沟及基底设置横向盲沟。封堵主要为对桥台的土压力传递，更有一个最重要的功能就是设置止水墙阻断上部地表水渗透。拦水和排水，在施工控制中必须贯彻这一意图。排水沟主要将表面明水、雨水进行疏导排除。两搭板之间纵向和左、右幅搭板后横向沟是一排水沟设在距离边坡坡脚外3～5m处。横向盲沟个丁字沟，必须注意控制沟底的排水坡度，在开沟主要将地基渗水或地下水排除，盲沟设置应根据地过程中必须进行沟底标高测量，开沟完成后必须进基渗水情况确定，在渗水较大地段，每隔10m设置1行沟底清理和整平，必要时采用砂浆铺砌，铺设防道1m×1m碎石盲沟。盲沟底应铺设防水土工布并渗土工布，纵向沟沟底流水坡度≥2%，横向沟向两高于排水沟底30cm，顶部应铺设渗水土工布。侧流水坡度≥3%，确保路基渗水及时排走。封堵水主要是针对基础坡度较大、渗水较为严在此有几个功能:①将纵向中央分隔带的积水重地段，主要采取止水墙进行封堵。止水墙设置在 122施工技术第43卷拦截及时排走，防止下渗到台背填料中和桥台基4)排查全线下边坡坡脚排水沟及涵洞进出口，底;②降低台背填料的含水量;③拦截和降低台背要及时接通和接顺，防止局部积水长期浸泡路基和后路基的渗水;④将台背处所有路基内积水排走，涵洞基底，导致膨胀土病害发生。并降低其含水量。还有一个其本身的功能就是切5)排查全线边沟和边沟下盲沟出口是否堵塞，断和降低膨胀土路基对桥台的纵向土压力及推力。要及时疏通和接顺、接通。消力沟铺设土工布后，应铺设中央排水管，分6结语层回填碎石，必须分层夯实，最好采用夯机进行分膨胀土对建筑工程有着极大危害，特别是对高层回填和夯实，回填到顶后必须采用压路机进行振速公路、铁路路基等。因此，通过本文研究得出如动碾压，否则该处又将成为一个新的路基病害发生下结论。点。在消力沟顶面浇筑无砂大孔混凝土(代替路面1)在工程建设初期必须对膨胀土有足够和准结构层、水稳层)，在凝固前最好对其采用压路机进确的勘探资料。行碾压，因为无法振捣，所以采用压路机进行碾压2)对其对工程建设的危害应有足够的认识和是使其密实的一个有效手段，否则消力沟及无砂大重视，从建设业主管理上应予以高度重视。孔混凝土很容易被压碎和破坏，形成一个新的病害3)对膨胀土路基在设计上应措施到位，包括防爆发点。排水设计。5．4完善和疏通路面通车养护阶段排水系统4)对膨胀土路基在施工管理上细节控制应膨胀土路基在通车后必须加强排查、接通和接到位。顺各种排水系统，及时处理防止冲刷进一步加剧。参考文献:1)上边坡冲刷坍塌，及时清理恢复排水系统，［1］郑健龙，杨和平．公路膨胀土工程［M］．北京:人民交通出版社，2009．及时培土绿化，上边坡截水沟必须接通、接顺。［2］王进思，程海潜．路基路面病害处治［M］．北京:人民交通出2)下边坡冲刷坍塌，及时回填夯实，及时恢复版社，2010．排水系统，及时培土绿化;排查全线路肩和下边坡，［3］聂忠权．路基病害整治［M］．北京:人民交通出版社，2010．对于局部路面汇水和集中排水处需在下边坡增设［4］王松根，宋修广．公路路基维修与加固［M］．北京:人民交通急流槽，防止雨水直接冲刷边坡，导致边坡成沟和出版社，2010．［5］杨果树，黄向京，刘义虎．膨胀土处治新技术理论与工程建造局部坍塌。新技术［M］．北京:人民交通出版社，2008．3)路面横向排水沟出口处路基下边坡必须设［6］杨建波．公路膨胀土路基病害分析和防治措施探讨［J］．公置急流槽，防止雨水直接冲刷路基边坡，造成边坡路交通科技:应用技术版，2013(12):121-123．局部坍塌。(上接第101页)［2］規矩大義，呉智深，林泰弘，等．軽量地盤材料の物性と評4)同样对不同龄期试样的对比发现，龄期对轻価法［C］//軽量地盤材料の開発と適用に関するシンポジウム発表論文集．东京，2002．质土的受力特性也没有多少影响，而且在水泥含量［3］刘汉龙，董金梅，周云东，等．聚苯乙烯轻质混合土应力－较低时，龄期对土体强度的影响比较小，钢炉渣掺应变特性分析［J］．岩土工程学报，2004，26(5):579-583．入越多，随着养护龄期的增长，同等配合比试样的［4］朱伟，李明东，张春雷，等．砂土EPS颗粒混合轻质土的最强度相差越大，这说明填土工程中可以较好地利用优击实含水率［J］．岩土工程学报，2009，31(1):21-25．［5］高玉峰，王庶懋，王伟．动荷载下砂土与EPS颗粒混合的轻钢炉渣的后期强度来弥补蠕变对土体结构造成的质土变形特性的试验研究［J］．岩土力学，2007，28(9):破坏。1773-1778．5)研究表明，钢炉渣掺入比5%左右为相对较［6］顾欢达，顾熙．两相体模型在评价发泡颗粒轻质土应力、应好的配合比，且养护龄期较长时才能有较高的强变特性中的应用［J］．岩土工程学报，2006，28(8):994-997．度。因此再延长龄期以及充实试验掺入比进行进［7］马盛国．钢渣桩在软基处理中的应用［J］．攀枝花科技与信息，2010，35(1):65-67．一步分析混合轻质土的特性并确定较理想的钢炉［8］程绪想，杨全兵．钢渣的综合利用［J］．粉煤灰综合利用，渣掺入比是今后的工作。2010(5):45-49．参考文献:［9］王爱华．钢渣的综合利用研究［J］．中国资源综合利用，2009，［1］MihiHiroshi．Costreductioneffectduetolightweightembankment27(12):8-9．［C］//ProceedingoftheInternationalWorkshoponLightweight［10］南京水利科学研究院．GB/T50123—1999土工试验方法标准Geo-Materials(IW-LGM2002)．Tokyo，2002．［S］．北京:中国计划出版社，1999．