浅谈填挖交界路基病害的产生机理及预防措施
2015-07-09
据交通运输部的资料统计显示，我国2012年末全国公路总里程达423.75万公里，其中全国等级公路里程360.96万公里，占公路总里程的85.2%。我国山区面积占全国总面积的三分之二以上，近年来国家大力发展林业，开发出观光旅游区，加大了开发山区基础设施建设力度，积极改善山区交通条件。山区地区的公路建设，因山峦连绵、沟壑纵横、地形地貌复杂、水文地质条件差，比平原地区存在更频繁更复杂的填挖交界问题。在公路修建及运营过程中因填挖方路基的差异沉降造成的路面结构的病害问题一直屡见不鲜。本文拟从一些经常出现的基础问题入手，对填挖交界病害产生的原因、处理方法展开研究。
1、填挖交界路基的特点
填挖交界路基的病害路基填挖交界分为纵向填挖和横向填挖，纵向路基的病害主要表现为不均匀沉降问题，一般沿路面横向产生裂缝或错台；横向填挖则是路基不均匀的差异沉降和填土路堤的整体稳定性，容易在纵向产生裂缝或错台。填挖交界路基病害的主要难点是路基不均匀的差异变形和路基的不均匀沉降，使路面结构的半刚性基层、沥青面层或水泥混凝土板产生一种弯拉效应，这种附加应力和路面的荷载应力共同作用，将加剧路面结构疲劳破坏，表现到路面上就是产生裂缝、错台、路面沉陷等等。填挖交界病害的影响因素开挖坡体（原地面）坡度由于坡度的存在，使得填方路堤土体在垂直高度上不同，这就与全断面连续填土路堤的沉降机制不同。从纵断面来说，是路堤的不均匀沉降；从横断面来说，会加剧路基中心线到路肩的差异沉降，而且随坡度的增大而更趋明显，甚至引发严重的病害。从总体上看，填挖交界路基具有如下共同特点：由于断面（包括横断面或纵断面）上几何或材料的异型，将导致断面上易产生差异变形（包括工后沉降和重复荷载作用下的永久变形），而差异变形将对上承结构（路面、轨道、道面）产生附加力学响应，直接导致上承结构的使用寿命大大缩减。
2、填、挖交界处病害产生的原因
1）在公路建设过程中，因为填方地段与挖方地段发生错台，整个路段产生不均匀沉降，致使路面也随之发生破坏的情况时有发生。尤其在山区公路施工中，路基填方与挖方结合处的填方一般处于一个“倒三角”的地形，这种地形填方时底部机械难以展开工作面，一般先采用倾填，到机械能及的位置后才进行碾压，倾填的部位由于大石料集中、填料的空隙率大，极不稳定。尤其是基底未经过处理，基底的承载能力不均匀也导致了变形过大；然而挖方地段的基础处于天然密实状态，即使有沉降也是均匀的，填挖交界路基由于其断面的差异性就很可能出现差异沉降从而导致填方路基裂缝和路面病害。
2）“水能载舟亦能覆舟”，这句话在公路建设中同样适用。由于水对路基的不均匀沉降影响甚大，所以被称为是“路基病害之源”。其危害具体表现为：①大气降水从地表、边坡表面渗入，地下水通过毛细作用上升，侵入路基内部，造成路基软化，内摩擦角减小，土体抗剪强度迅速降低；②半填半挖路基、路堤与路堑过渡段都较靠近地面，易受水的侵害；③地下水交替作用下，路基土体内含水量反复变化。土体重度在一定范围内变化；更甚者，由毛管张力引起的负孔隙水压力可以达到相当的数值，再加上水的软化、润滑效应，可以使土体产生沉降变形。
3）不良地质泛指地球外动力作用为主引起的各种地质现象，如崩塌、滑坡、泥石流、岩溶、土洞、河流冲刷以及渗透变形等，它们既影响场地稳定性，也对地基基础、边坡工程、地下洞室等具体工程的安全、经济和正常使用不利。以平兴高速公路（即起于粤东北山区的平远止于兴宁的公路项目）为例，平兴项目路线经过的区域属山岭重丘区，地形条件和自然环境复杂，路基土石方工程量巨大，软基、岩溶、采空区等不良地质路段长，高填深挖路基众多、填挖交界频繁，桥隧路段多次跨越国、省交通干线和山涧深谷，地质情况复杂，施工难度大。该项目存在软土、高液限土和煤系土等不良土质，再加上部分路段存在可溶性炭质灰岩、溶洞，导致项目处理困难，实施难度加大从而导致工期较长。
4）填方时，填挖衔接处没有按要求挖台阶处理或者处理的宽度及高度不满足质量要求。
3、防止填挖交界病害的方法措施
填挖交界的病害多出现于公路项目即将建成或项目交付使用不久出现。一旦出现病害，不仅仅会造成经济损失，更会产生不良的社会影响，“忧在未萌，欲防微杜渐，”针对不同裂缝形成原因我们可以从不同的方面采取相应的措施：
纵向裂缝
1）必须按规范砌台阶和由下而上分层填筑碾压，路基起始填筑时确保宽度足够，填至一定高度时要检查确认填土够宽和中线未发生偏位，确保工程竣工后不会镶边下沉；
2）清除植被层时或软基清挖时，要确保道路两边在施工工作面以内或不利不益施工的路基范围内都被清理干净，堆放的淤泥完全运出路外，保证清淤到位；
3）半填半挖路段的路基，在交界处按规范砌台阶进行分层填筑压实；
4）路基施工中，适当地加宽填土，一般每边加宽50cm，同时压实宽度也应加宽50cm，以确保路基边桩部位的压实度及填方边坡的稳定性；
横向裂缝：
大多数的横向裂缝常见于填挖交界的路堤一侧，基底不平顺或是台阶不平整也会填挖方过渡段形成横向裂缝，针对横向裂缝发生的原因，可以从以下这些方面加以预防控制：
1）不同种类的压路机对不同土质的压实有不同效果。比如说碾压质量控制不但要求必须选取合适的压路机吨位、型号，还对压实遍数、压实方法及压实的均匀性等方面均提出了有一定程度的标准。能用重型压路机的部位，则用重型压路机压实，同时，各施工单位必须配备小型振动压路机与振动打夯机压实那些重型压路机因结构物的安全问题而不能碾压的地方及压不到的地方。对于小型压实机具仍无法压到的微小局部，应采用人工用铁锤夯实。道路采用重型击实标准和要求较高的压实度，这就要求大吨位的压路机与之相配套。振动碾压砂砾土能得到良好的压实效果，而振动碾压粘性土能的到最佳压实效果。压实方法对压实效果也有影响，压实均匀性要求控制被碾压路段的压实度一致，不致于出现一部分超密，而另一部分欠密的不均匀现象。填土表面平整性也是影响压实均匀性的因素之一，因此，严格控制路基碾压前的填土表面平整性也是很有必要的。
2）填挖方过渡段的回填材料，宜选择那些稳定性较好、易于压实的砾石土、级配砂砾掺土、粉煤灰或水泥、石灰稳定土材料。但无论选哪一种材料都必须夯实，或用机械压实。
其他：
对于填挖路段，填挖方过渡段处理的好坏直接关系到路基整体的稳定性，为降低填挖段落中间的的不均匀沉降的影响，可根据实际情况选择适合的处理方式，以达到最有效可靠地效果：根据不同的填土高度采取碾压次数、机具和土工格栅的层数、在填挖交界处设置横向渗沟，以阻隔地下水从路基渗入的可能性，减小地下水对路基稳定性的危害。排除地下水，切断地表水补给，是保证路基稳定的必要措施。半填半挖路基施工前应首先完成临时排水设施；在施工期间，应经常维护临时排水设施，保证水流畅通。在填挖交界处引出边沟水时，应做好出水口的加固，才能有效地防止半填半挖路基不均匀沉降的产生。
