超高填方路基施工技术研究(论文)2

'超高填方路基施工技术研究摘要:结合十堰至天水高速公路K298+320～K298+470段V字型山谷超高路基填方施工，从地基处理、路基变形监测、分阶段对路基进行强夯补强处理等方面，阐述了超高路基填筑施工技术。关键词：超高路基施工技术研究1.概述超高填方路堤是指填方总高度超过20m的路堤；若水稻田或常年积水的地带采用细粒土填筑时，高度在6m以上时也划为高填方路堤的范畴。我国南方山岭重丘地带，在以往修建高速公路的过程中，超高填方路基都曾出现过因地质、地貌的不同导致高填方路堤失稳的现象。因此，如何确保超高填方路堤的稳定性，成为山区高速公路修筑中必须解决的问题。超高路基多设计在山间V字型谷地，路堤所处的地型环境千变万化，均为纵横向倾斜坡度较大的地形，地基多存在淤泥质软弱层。在工程施工过程中和工程完工后，随着时间的推移，路堤发生的病害较多且较难治理。常见的病害有路堤整体沉陷或局部沉陷、路堤纵横向开裂、路堤滑动或边坡滑塌等。就超高填方路基填筑施工技术应以控制地基处理、填挖接合部处理、路基填筑施工质量为重点，同时根据路基监测数据调整填筑速度；分阶段对路基进行强夯补强处理，加速路基的沉降速度，同时确保高填方路基的整体性，并防止局部沉陷。2．工程概况十堰至天水高速公路是国家高速公路网规划中的一条横向联络线，是构建陕西省“承东启西，连接南北，覆盖全省，通达四邻”高速公路网的重要组成部分。十天高速H-C14标段开始于西乡县与城固县交界处，讫止里程桩号为K289+210.06～K298+500，全长9.29km。标段内地形山体连绵起伏，多呈浑圆状11 ，山间多为V字型谷地，存在较多的高填方和超高填方路基，其中K298+320～K298+470段超高填方路基最高填方达23米，且基底为浅层软基，为本条高速公路填方高度最高段落。3.施工工艺3.1工艺流程图测标高、埋设监测管密实度检测每4米强夯填下层施工过程监测填筑结束进行基底以下深层监测路基稳定性软基处理及山体开挖台阶挖、运、摊铺试验段确定参数施工准备测量放护桩取土处理取样试验图纸复核密实度检测含水量检测碾压翻松、摊平洒水或晾晒不合格工艺流程图见下图超高填方路基施工工艺流程图3.2基底处理11 针对软基段表层泥碳质淤泥厚度小于2米，地下水丰富等情况，采用常规的换填法处理，换填材料采用洁净的粗砂，换填总厚度以高出原地表30cm为宜。施工前首先在软基段两侧开挖排水沟疏干场地表面积水，采用D85大型推土机和挖掘机进行表层淤泥清理，基底清理至链轨式机械在其上行走无明显的沉陷为止。换填粗砂垫层分多次进行，第一层厚度80cm,砂垫层材料采用洁净的粗砂，细度模数大于2.7，含泥量小于5%，渗透系数不小于5×10-3cm/s，施工中用D85大型推土机进行推平和碾压，其中初压一次，排压两次，在排压过程中如有链轨下陷情况，立即用挖掘机挖除软弱层，重新换填粗砂并用挖机进行碾压。中间各层换填厚度每层控制30-50cm，以中吨位链轨机械碾压密实；最后一层厚度控制在20cm，采用含泥量8%左右的粗砂填筑，推土机进行整平和初压后，用15T满载自卸车进行碾压3遍，使得表面粗砂与砂中黏泥板结，最后用18T振动压路机静压一遍振碾压两遍，碾压遵循先边缘后中间，由弱振到强振的原则。粗砂换填压实效果检测。粗砂换填层终压后，按顺路线方向布置沉降量观测点，观测点按10米一断面，每断面测3点，观测点采用6mm钢板，钢板加焊四个10cm长的钢筋头，使观测钢板可牢固的固定于砂层表面；观测方法采用测量沉降差法，测量前用18T振动压路机静压观测量点，测量钢板顶高程，然后对观测点强振碾压二遍后，再次测量钢板顶高程，二次高程差即为沉降差。以沉降差不大于5mm为合格。3.3高填方路基竖向沉降和横向稳定性观测3.3.1观测目的(1)地表沉降量是测定数据调整填土速率，预测沉降趋势，确定预压卸载时间和路面施工时间；(2)地表水平位移即横向位移是监测地表水平位移及隆起情况下以确保路堤施工的安全和稳定。3.3.2测桩制作与埋设11 （1）测桩制作用于观测的仪器使用前要进行全性能检查，以保证测定仪器的正常使用和观测数据的可靠性。沉降板由钢板底板，钢管组成。底板尺寸50×50×3CM，钢管直径5cm,保护套管尺寸以能套住测杆并使标尺能进入套管为宜，长度为30-40cm，使其不超过路基每层的填料厚度为原则。钢管与底板用三块4cm厚垂直三角钢板焊接牢固，并与底板平面垂直相接。路堤稳定观测桩为15cm×15×150cm的C25钢筋混凝土桩，在预制场集中预制。（2）测桩埋设1）沉降观测板的埋设。选取K298+430中桩、路肩两侧为沉降观测点，挖除换填粗层基底，将带有第一节沉降观测杆、护套、护盖的底板放置于基底回填粗砂层并夯实。当填料将与测杆平齐时、打开护盖，测定杆头标高、盖好护盖。填筑下一层填料。当填料压实符合要求后，在设置沉降板的地方再次挖去填料，露出护盖、打开护盖、测定杆头标高，其标高与上次杆头标高之差，即为两次观测期间的沉降量。然后连接下一节沉降杆、护管、测定杆头标高，盖好护盖，回填夯实，接着填筑下一层填料，依次类推，直至施工结束，应特别注意使护盖高度始终低于压实的填筑面30-50cm，使沉降杆不被压坏。测量标志一旦遭受碰损应立即复位并复测以保证观测的连续性。2）路堤趾部观测桩设在与沉降板同一断面的路堤两侧趾部边沟外缘5m的地方，采用人工挖出孔埋设，桩顶露出地面高度不大于10cm，埋设完毕后将桩周围回填夯实，桩四周上部50cm用混凝土浇筑固定。3.3.3测桩观测利用已建立的测量控制网中的控制点兼作工作基点桩，另一相邻的导线点兼作校核基点桩，以此对埋设的监测桩进行观测。观测仪器采用DS1及DS3水准仪，DS1水准仪作二等水准测量用。主要用于工作桩和校核基桩标高检测；DS3水准仪作三等水准测量用，用于填筑过程观测沉降。11 （1）沉降观测沉降板布设完成后，施工期间每层观测一次，若持续时间长，则每10天观测一次，第二到三个月每15天观测一次，从第四个月起每30天观测一次。当施工过程中日沉降量大于10mm时立刻停止施工，当沉降趋缓方可继续施工。（2）稳定性观测观测频率与沉降观测相同，路堤趾部监测，按三维控制测量标记位置（采用全站仪），日测横向位移不应超过5mm，当路堤稳定出现异常而可能失稳时，应立即停止上料填筑碾压施工，等路堤恢复稳定后方可继续施工。3.4高填方路堤填筑施工工艺3.4.1施工前准备（1）测量放样定出路堤坡脚桩位，清除施工范围内的树木、杂草、淤泥和腐植土，运至指定地点，做好原地面临时排水设施。并设置两个水准点加以固定。（2）取土场选择，应选择强度高，天然透水性强的挖方弃渣、砂性土；试验室提取土样进行击实试验确定土的最大干密度，最佳含水量，CBR值，宜选用CBR值大于8的透水性强的挖方弃渣。（3）施工机械选择，运输汽车选用15T自卸车，推土机械选用小松D85推土机，精平选用YP180平地机，压实机械选用18T振动光轮压路机和1.68T手扶式冲击打夯机。3.4.2确定施工工艺参数（1）确定松铺系数；每20米一断面，固定线路中桩、左右侧标准点，测量标准点砂层顶标高后按30cm控制松铺厚度填筑路基，路基顶面平地机平整后测定标准点标高之后压实，对压实后的路基顶面再次测定标高，确定松铺系数。（2）确定碾压遍数、压实度和含水量的关系。土方填筑压实度检测采用灌砂法，根据93、94、96分区要求不同分别控制压实度达到93%、94%、96%以上。每次检测压实度时S＜2000㎡需检测11 4个点，2000㎡≤S＜4000㎡时需检测8个点，4000㎡≤S＜6000㎡时需检测12个点，依次类推；做压实度实验检测时，确保灌砂粒径符合规范要求，确保打洞深度和规格（h=150cm的圆柱体）；每层辗压开始后，试验工程师在振动辗压第二遍过后，每碾压一遍检测一次压实度和含水率，并将检测结果及时通知路基负责人并做好记录。3.4.3确定最优施工组织方案根据对压实系数和压实度与含水量、振压遍数的分析，确定路基填筑施工的方案，填挖结合部边脚，压路机碾压不到位置，用冲击打夯机按同样的压实遍数控制。3.5填挖结合部及斜坡地形填方的基底处理要认真清理半填断面的原地面，将半填断面原地面表面挖成向内倾斜5%的台阶，台阶宽度控制在1.0-1.5米之间；开挖好的台阶用冲击打夯机夯实后按路基填方基底压实度要求进行试验，合格后再进行分层填筑。填筑时，必须从低往高处分层摊铺碾压，特别要注意填、挖交界处的拼接，碾压要做到密实无拼痕。半填半挖路段的开挖，必须待下半填断面原地面处理好，经监理工程师检验合格后，方可开挖上挖方断面。对挖方中非适用材料必须废弃，严禁填在半填断面内。对填挖结合部台阶的处理质量是保证路基抗滑稳定性和防止路基局部沉陷的关键因素之一，施工中严格控制，精细施工。3.6高填方路基补强处理对超高填方路基每4米一强夯补强处理，加快高填方路基的工后沉降，防止路基整体沉降。3.6.1施工工艺流程图强夯施工工艺流程图见下图3.6.2路基强夯前的施工准备（1）修筑机械设备进出道路，提拱路基工作面，并排除路基表面积水，路基周边作好临时排水沟以确保场地排水通畅防止积水。11 满足设计要求施工准备试验性施工测试确定施工参数夯击计划夯击测试夯击面管理质量检验加固效果评价强夯设计施工记录强夯施工工艺流程图（2）本段路基附近无地方建筑物，且查明路基周围内地下无构造物和管线，为本段路基强夯创造了良好条件。（3）测量放线，定出中线、强夯边线，标出夯点位置，并在不受强夯影响地点，设置若干个水准基点。（4）施工前应按设计初步确定的强夯参数在有代表性的场地上进行工艺性试夯试验。通过强夯前后测试数据的对比，检验强夯效果，确定有关工艺参数。3.6.3施工工艺（1）确定施工参数1）机械设备的确定强夯施工采用25t11 带有自动脱钩装置的履带式起重机，自动脱钩用开钩法或用付卷筒开钩。在臂杆端部设置辅助门架或采取其他安全措施，防止落锤时机架倾覆。夯锤底面采用圆形，夯锤直径2.5米，夯锤对称设置若干个上下贯通的气孔，锤重20T。2）夯锤落距确定夯击能按1000kN·m计算，锤重确定为20T，即落距（m）=单击夯击能（kN·m）÷锤重（kN）=5米3）夯击遍数的确定夯击遍数设计为2～3遍，具体工程根据路基沉降情况确定，以试验结果确定。一般第Ⅰ遍隔1点跳夯，第Ⅱ遍补第Ⅰ遍空隙，第Ⅲ遍补Ⅰ、Ⅱ遍空隙，点夯完成后，最后再以低能量满夯，达到锤印彼此搭接。4）夯击次数确定强夯施工每一遍内各个夯点的夯击次数，按现场试夯得到的夯击次数（一般为2-10次）与夯沉量关系曲线确定，并同时满足：单击夯击能小于4000kN·m时，最后两击的平均夯沉量不大于50mm；夯坑周围地面不发生过大的隆起；不因夯坑过深而使起锤困难这三个条件，且以使土体竖向压缩最大而侧向位移最小为原则。每个夯击点安排专人检查和记录击数，保证强夯质量。5）夯击点的布置11 夯击点布置与夯击点位置可根据基底平面形状，采用梅花形布置。夯击点间距可取夯锤直径的2倍，即5米（如图所示）。3.6.4强夯施工对夯击点依次夯击完成为第一遍强夯施工，夯击时，工程技术人员现场测量每次夯击前后的标高差和与原路基顶标高差，在两次夯击标高差小于5cm时，移至下一点夯击。在第一遍强夯完成后，用推土机将场地推平，压路机碾压两遍后进行测量布置夯击点位置及水准测量。第二次按设计选用已夯点间隙中间，依次补点夯击为第二遍，各点的夯击次数与第一遍强夯的要求相同强夯施工按试验确定的技术参数进行，以单夯夯击能、夯击遍数和各个夯点的夯击次数为施工控制数值，并采用试夯确地表平均沉降量控制3.6.5强夯试验结论（1）强夯完成后，每一工点每3000m2抽样检验12点，其中：标准贯入试验6点，静力触探试验6点，以确定路基强夯处理后的路基承载力。（2）在每500～1000m2面积内的各夯点之间任选一处，在有效加固深度内，每隔1m取1组土样进行室内试验，测定土的干密度通过检测数据，如若路基承载力和压实度均有很大提高，说明使土体颗粒重新排列，土颗粒包裹更紧密，通过标高对比，强夯前后路基顶标高差得出路基提前沉降情况，正常情况下，高填方路基每1米高，工后的沉降量约为1cm；强夯后实现了路基70-100%的提前沉降，强化了路基整体稳定。3.6.6注意事项（1）强夯前应对起重机、滑轮组及脱钩器等全面检查，并进行试吊、试夯，一切正常方可强夯。（2）起吊夯锤保持匀速，不得高空长时间停留，严禁急升猛降防锤脱落。停止作业时，将夯锤落至地面。夯锤起吊后，臂杆和夯锤下及附近15m范围内严禁站人。（3）干燥天气进行强夯时宜洒水降尘。11 （4）当风力大于5级时，应停止强夯作业，以防机械倾倒，保证安全。3.6.7质量控制及检验（1）质量控制1）夯击时夯锤的气孔要畅通，夯锤落地时应基本水平。2）各夯点应放线定位，夯完后检查夯坑位置，发现偏差及漏夯应及时纠正。强夯施工时应对每一夯击点的单夯夯击能量、夯击次数和每次夯沉量等进行详细记录。3）强夯处理后地基的承载力检验应采用原位测试和室内土工试验。（2）强夯过程的记录及数据整理1）每个夯点的夯坑深度、夯坑体积、夯坑四周隆起高度都须记录、整理。2）场地隆起和下沉记录，特别是邻近有建构筑物时。3）每遍夯击后场地的夯沉量、外部补充填料量的记录。4）满夯前应根据设计基底标高，考虑夯沉预留量并整平场地，使满夯后接近设计标高。5）记录最后2击的贯入度，看是否满足设计或试夯要求值。4．路基整体质量检测本标段超高路基填筑施工中后期，经路基沉降和位移观测，路基变形基本趋向稳定，项目经理部邀请中国铁科院对最具代表性的K298+320～K298+470段超高填方路基进行了地基深层稳定性和路基填筑整体稳定性检测。在本段路基填筑最高断面处K298+436设置6个监测孔，如下图所示:11 监测孔采用地质钻孔至地层基岩面以下5至10米，最深孔设于路肩边缘，孔深37.8米，穿过基底软弱层进入基岩面6米。监测时间为6个月，每个月监测3次，GCD1403、GCD1404最终累计变形监测数据图附后。从监测数据分析，孔口位移变化不大，小于2mm，深部位移量较少，无下陷和滑移迹象，路基稳定。下图为K298+436左右两侧路肩位移曲线监测图。5．结语就我国南方山岭重丘地带山间V字型谷地超高路基施工，通过基底处理、填筑工艺、填挖结合部的质量控制，以及分阶段对路基强夯补强、施工过程中的沉降稳定性观测、控制路基填筑速度等措施的全面实施，成功预防了超高填方路堤常见的路堤整体沉陷或局部沉陷、路堤纵横向开裂、路堤滑动或边坡滑塌等病害，确保了超高填方路基的工程质量。11 11 '