公路工程湿陷性黄土路基不均匀沉陷防治措施

1、前言 高等级公路桥涵处路基不均匀沉陷病害（主要表现为桥涵桥头跳车现象），已成为公路建设质量通病的主要内容之一，特别是湿陷性黄土路基，其不均匀沉陷现象尤为突出。它严重影响着公路营运期的行车舒适和安全，降低了公路的使用品质和寿命，同时也损耗了大量国家建设资金，损害了高等级公路的社会形象。因此，桥涵处跳车作为一种公路质量通病已引起了公路建设者和施工者的普遍关注，所以解决这一公路通病已成为一件迫在眉睫的大事。 2、路基不均匀沉陷病害出现的成因 公路工程桥涵处跳车现象发生的主要成因为桥涵沉降与路基沉降的不均衡所致。桥涵本身为刚性结构，同时，它对地基的承载力要求较高，其沉降缓慢、沉陷量很小；而填方路基为柔性结构，沉陷量相对较大。因而，造成桥涵与其两头路基沉陷明显不一，形成错台，产生跳车现象。此外，在不同路基填筑段，由于其填筑的高度不同、土质不同、沉陷量不一，也会形成跳车现象，造成路面破坏，车辆通过能力降低，养护工作困难等局面。 3、解决问题的思路 由于路基不均匀沉陷产生的根本原因在于路基与桥涵、不同路基填筑段沉降的不均衡所致。因此，解决这一路基病害的关键在于解决路基的不均匀沉降问题，使路基与桥涵或不同路基段的沉降趋于平衡或基本平衡状态，也即呈现连续沉降状态。解决这一问题行之有效的办法是使路基与桥涵连接处形成刚柔过渡路段。 4、路基不均匀沉陷的防治原则 防治路基不均匀沉陷应遵循“因地制宜，合理选择，预防为主，治养结合”的综合防治原则。因地制宜即根据各公路的特点，以实际出发加以解决；合理选择即按工程设计和施工中合理选择处治方案、材料及施工工艺；预防为主就是在公路建设中提前预见，采用合理的工程技术措施进行防治处理；治养结合是指即使采取了必要的防治措施都不一定能做到一劳永逸，还需采取必要的养护措施。 5、防治路基不均匀沉陷的几种措施 解决路基不均匀沉降的方法较多，对不同类型的桥涵应对其所处的水文、地质、地形条件进行综合分析，采用简便易行、经济合理、行之有效的防治措施，但不论采用何种处理措施，严格按《规范》及设计施工都是防止路基不均匀沉陷的首要前提条件。 在路堤填筑施工过程中首先应严格按照分层法进行施工，即分层摊铺，分层碾压，分层检测的程序进行。 分层摊铺松铺厚度和压实厚度应根据土质类别、压实机具功能、碾压遍数等经试验确定，最大松铺厚度不宜超过设计及《规范》要求。如填层过厚，则填层底部达到压实要求时，填层顶面必然超强，填层顶部达到压实要求时，填层底面必然不足。每层填料摊铺后应严格用平地机或推土机配合人工整平，确保压实均衡。此外，每层填料应严格用同一种土质填筑。不同土质填筑路堤时，不合理的填筑工艺会引起土质路基出现不均衡沉降，水囊现象和不稳定的滑动面。因此，不同土质不得混填，每种填料层累计总厚也不应低于设计及《规范》要求。桥涵背后填土土质应尽可能使用砂类土或渗水性土，因为砂类土或渗水性土具有在浸水时不产生膨胀且较易压实、沉降量小等特点，在路基使用过程中不易发生跳车现象。 分层碾压时应尽可能采用同一种碾压工艺，按照合理的碾压方法和碾压遍数能得到均衡的压实度。此外，用于路基填筑土质的含水量应均匀，保证土质含水量在最佳含水量±2%之内，以求得到均衡的压实度，这对减小路基不均匀沉降十分重要。 此外，填挖结合部及半填半挖路基结合部要严格按照设计及《规范》开挖台阶，开挖台阶是保证路基填土土体稳定和结合良好的有效手段。台阶宽度不宜小于1m且应用小型夯实机加以夯实，台阶应平顺，以保证压实机具能碾压到位。 以下是防治路基不均匀沉降的几种措施： (1)换填砂砾或灰土 砂砾及灰土具有水稳性好，易压实，压实后沉降量小等特点。因此，用其作为桥涵台背填料可以起到过渡作用，使桥涵沉陷与路基沉陷呈现连续性，从而可以避免桥头跳车病害的发生。此外，砂砾或灰土用于不良地质路段基底处理，其效果也十分明显。 (2)高强度塑料土工格栅 高强度塑料土工格栅是一种新型土工材料，它具有强度高，尺寸稳定性好、耐腐蚀、适应温度范围广、优异的老化性能等特点。 高强度塑料土工格栅有连续加工成型的菱形、六角形、方形等多种网孔形状，其抗拉强度可达250N以上，因此其具有抗拉强度高、耐冲击性、尺寸稳定性好的特点；其次，高强度塑料土工格栅具有耐酸碱、盐等的腐蚀能力，同时对大气、土壤微生物呈惰性，能抵抗所有菌类的侵蚀，并不受老鼠等的侵害，因此其可以适应任何土质；再次，新型塑料土工格栅在常温状态下可保持其性质稳定，即使在较高温度下其尺寸变化率也很小。因此，它可以适应任何地区的路基施工；此外，新型塑料土工格栅在加工过程中添加了抗氧化剂等材料，它在日光照射非常强烈的情况下，其性质也不受影响，在露天情况下可使用15年以上，地下寿命可超过25年。此外，它还具有重量轻、搬运方便，易于安装等特点。 由于新型塑料土工格栅所具有的以上特点，在公路路基填筑过程中将其填筑于路基之内，可以起到防止软土地基的不均匀沉降作用，使路基在沉陷过程中起到连续过渡的效果。其主要原理就在于塑料格栅夹铺在路基黄土中，在外力的作用下，网孔中的土柱形成嵌锁闭合又互相影响的群体，这种单元区域限制阻碍了填土颗粒的自由运动，改变了填土的受力状态，土体塞入网孔之中形成的张力有利于路基施工的填土压实均匀与动荷载向周边的传递。这样就会提高路基的承载能力，减少或消除包括沉陷在内的病害发生，格栅在路基土中起到了加筋网格骨架的作用。 (3)土工筋带 土工筋带也是一种新型土工建筑材料。它是以高强度复合材料为骨架，外部覆盖了高分子聚合塑料而制成的一种复合拉筋带，它经过特殊处理，具有抗老化、防腐蚀、耐酸碱及强度大等特点。 土工筋带在生产过程中，加入了一定量的抗老化剂及抗氧化剂，使拉筋带的紫外线屏蔽效应显著增强，远远优于其他种类的拉筋带，且有良好的抗弯疲劳性能和优良的化学稳定性，酸、碱、盐对其对无法起到任何破坏作用。 土工筋带的断裂强度可达220Mpa，完全满足路基工程施工要求，克服了普通塑料带无法解决的弱点。 此外它还具有经济实用，便于施工等特点。它的作用原理是在填土之后，土体和拉筋带之间的摩擦力改善了土的物理力学性质，而使得填土和拉筋带结合成为一个整体，阻止了土体滑移并且在路基沉陷过程中形成连续沉陷，从而可防治路基不均匀沉降病害的发生。 (4)台背压浆 桥涵台背填土完成以后，在台背一定长度和宽度范围内以一定压力和间距压注水泥浆液或双液浆，浆液在压力的作用下向土体一定范围内进行扩散，可以填充土体空隙，同时，浆液还可以改善土体力学性能，形成半刚半柔结构，起到过渡作用，从而起到防治桥头跳车的效果。 (5)设置桥头搭板 桥头搭板在桥梁设计中一般均有设置。桥头搭板的一端搭在桥台上，另一端搭在路基上。当发生不均匀沉降时，桥头搭板可以在其范围内起到过渡作用，从而起到防治桥头跳车的效果。 此外，在有条件的情况下，路基应尽可能预留足够的沉降期，足够的沉降期可使路基土体达到自然稳定，避免或减小因不均匀沉降造成的公路病害的发生。 6、工程实例 国道主干线天馋公路是霍尔果斯至连云港的组成路段之一，也是国家“九五”重点建设项目之一。由于天馋公路所处的特殊地理位置及地质特征，在施工建设过程中，天馋公路对桥涵台背桥头跳车病害作了重点防治。现将天馋公路桥涵台背不均匀沉陷的几种防治措施介绍如下。 6.1 主要概况及地质特征 天馋公路位于甘肃省境内，地质构造复杂，它地处陇西黄土高原梁峁及河流阶地地带。该区黄土覆盖较厚，且均为湿陷性黄土。新构造运动主要为地壳相对上升运动，形成发育的黄土沟壑系统。该区域年平均匀气温6.6℃，年平均降水量411.6mm，降雨集中在7-9月，占全年降水总量的58%左右，年平均蒸发量为1314.1mm，是降水量的3倍多，地表植被少而稀疏，覆盖率不足10%。 6.2 防治措施 根据不同部位桥头跳车出现的几率及危害程度，天馋公路主要分盖板明涵、盖板暗涵及桥梁三类分别按不同方案作了处理。 6.2.1盖板明涵防治措施 盖板明涵处是公路路面产生跳车的主要部位之一，天馋公路当涵顶填土为0≤h≤1m时均按盖板明涵进行防治，具体防治措施为： (1) 在台背填土中铺设土工格栅、涵顶填土中铺设土工筋带。台背填土底宽为2m，顶宽为台高加2m。台背土工格栅竖向间距每50cm一层，每层宽度与路基同宽；涵顶土工筋带竖向间距每25cm一层，水平间距为15cm，铺设宽度与路基同宽。 (2) 台背及涵顶填土每层厚度为25cm，同时，压实度按《规范》及设计要求提高2%。 (3) 台背及涵顶填土完成后，预留5个月沉降期之后，按75cm扩散半径设置梅花型压浆孔，进行台背压浆，台背压浆为纯水泥浆，压浆范围与路基同宽。如图1所示： 6.2.2 盖板暗涵防治措施 盖板暗涵一般对路面产生的变形不大，因而跳车现象不明显，如处治不当也会产生有害变形。 天馋公路对于涵顶填土高度大于3m的暗涵未作处理，填土高度1

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