标题 | 高填方路堤沉降控制技术方法研究 |
范文 | 李迎春 摘 要:作为一种高效、快捷的运输通道,公路建设在国民经济增长中发挥着至关重要的作用。在公路修建过程中往往会遇到高填方路堤,路堤沉降变形及稳定性对工程建设质量影响巨大,为此,该文以某高填方路堤工程为研究对象,在全面了解高填方路堤沉降机理的基础上,通过强夯法对高填方路堤沉降进行有效控制,经研究表明该施工法施工效果良好,具有可行性。 关键词:高填方路堤;沉降控制;强夯法 中图分类号:U416 文献标志码:A 近年来,随着我国经济社会的不断进步,交通运输事业取得了突飞猛进的发展,公路建设规模逐渐扩大。当前我国对交通基础设施建设高度重视,持续加大资金投入,通过大量修建公路工程有效改善各个地区的经济状况,努力提升人们的生活水平,实现国内交通网络建设目标。在施工过程中,往往会遇到高填方路堤,此类路堤极易出现沉降变形问题,为了有效提高路堤的稳定性,必须高度重视路堤施工工作,针对存在的问题采用先进的工艺、技术、材料和机械设备进行有效解决,并注重全面分析与综合考虑施工工作重点,进一步提高施工效率,保证工程建设质量。 1 高填方路堤沉降机理 整体来讲,高填方路堤沉降主要包括2点内容,其一,路堤自身的固结沉降;其二,路堤产生的附加应力所带来的地基沉降,如图1所示。其根本原因在于因土层固结压缩,将孔隙内的水、空气排出,从而降低土体体积。 由图1可见,坡脚位置具有最小沉降量,按照沉降量由小到大的位置情况为坡脚处-路肩-路堤中心。路堤横断面下方的地基沉降曲线基本等同于圆弧底状,位于坡脚下方的地基土并未及时解决沉降,因为荷载应力并未彻底消失,因此其沉降量仍在继续,但呈现出减小的状态。 1.1 地基沉降机理 相对于一般路堤沉降发展规律,高填方路堤有自身特性。在施工各个阶段,高填方路堤都会受到上部路堤附加荷载的影响,将增加地基土内的附加应力。而于地基来讲,将会有一个非常大的荷载施加到地基上部,因应力状态改变,将出现地基变形情况。根据地基沉降变形特点,可将其沉降量划分为瞬时沉降等3部分。公式如下: Sf=Sm+Sc+Ss 其中,地基最终沉降可由Sf表示; 瞬时沉降可由Sm表示; 固結沉降可由Sc表示; 次固结沉降可由Ss表示。 1.2 路堤沉降机理分析 相对于其他路堤,高填方路堤具有较高的填筑高度,对于路堤自身土层来讲,上下填土不仅是荷载施加土层,也是荷载承担土层,在自重影响下,路堤极易产生竖向变形现象。高填方路堤沉降可分为3个阶段,即初始阶段、发展阶段及稳定阶段。 1.2.1 初始阶段 该阶段主要在施工前产生,初期土体填筑时,属于弹性状态,因无法及时排除土体水,土体极易产生侧向变形情况,进而出现剪切形变的情况,此时具有较大的沉降速率。 1.2.2 发展阶段 在施工中,因不断增加荷载,将逐步排除土内孔隙水,从而降低超孔隙水压力,此时土体将呈现为弹塑性状态。逐步扩大填土塑性区,慢慢压实土体,此时仍为产生压缩变形情况,但沉降速率将逐步减小。 1.2.3 稳定阶段 待完成填筑施工后,不再增加荷载,此时土内超孔隙水压还没有彻底消除,仍在固结。随着时间的不断增加,将大大降低土体沉降速率,且逐步排除土内孔隙水,此时土体压实效果良好,沉降速率基本等同于0。 2 工程概况 某公路工程总长度为7.207 km,起止里程桩号为K21+500~K28+707.203。设计填方量为132.31万方,12.3 m为最大边坡高度。通过综合考虑所有施工因素,决定选用强夯法处理高填方路堤段,以此达到控制路堤沉降的目的。强夯处理段桩号为K25+850~K25+980,3 120㎡为处理面积。该工程为半填半挖路堤断面,在向下路床顶面铺土碾压时,即可强夯处理整个路堤,从而避免不均匀沉降问题出现于填方区和挖方区,并达到路堤整体强度提高的目的。 3 强夯施工要点 3.1 施工机械 根据施工要求,可选用表1所示的强夯机具。 3.2 强夯参数 施工前,可通过试夯的方式获取具体参数,主要包括夯击能、夯击遍数、满夯方式等。 3.2.1 夯击能 针对施工时的夯击能,当前方法还不成熟,只能在综合考虑各项施工要素的前提下,通过以往经验进行判断。针对该工程,决定选取履带式吊机进行4个。在8 m~25 m范围内控制强夯起落间距,并根据路堤加固深度确定重锤吨位。如果路堤加固深度在10 m以内,则重锤可选用10 t~20 t;路堤加固深度在10 m以上,则重锤必须选择20 t以上设备。 按照设计要求,选用强风化花岗岩作为路堤填料,6 m为路堤加固深度,确定每米单点夯击能为2 000 kN,每米满夯夯击能为1 000 kN。 为此,该工程可选用14.5 t重夯锤。当2 000 kN·m为夯击能时,可通过下式确定夯锤落距。 锤重×落距=单击夯击能 由此可得,13.8 m为夯锤落距;当1 000 kN·m为夯击能时,则7m为夯锤落距。 3.2.2 夯击遍数、两遍夯击间隔与满夯方式 根据要求,可按2遍完成强夯施工,分别为点夯、满夯。1 000 kN·m为满夯单击夯击能,其主要目的是为了表层土加固,每点一击,夯印与底面积1/4接触。 由于该施工路段具有不错的地质条件,且土石路堤渗透性良好,可以不考虑超孔隙水压力情况。为此,无须预留超静孔隙水压力消散时间,要求在完成前一遍夯击作业后,场地即可整平,随后再进行夯击,不得间隔应具有连续性。 3.2.3 夯点布置与间距 以正方形布设点夯夯点,4 m为2个相近夯坑的中心间距。满夯时为每点一击,夯印应与底面积1/4接触。 3.3 施工工艺 (1)施工前,应将施工场地表面的杂物,如杂草、垃圾等清理干净,并整平施工场地。同时,还应对施工场地高程进行准确测量,且将第一遍夯点位置标出。 (2)机械就位,强夯前,测量锤顶部高程。起吊夯锤向预定高度提升,夯锤可脱钩,自由落下夯锤,下放吊钩,再次对锤顶高程进行测量,如因夯锤位置不垂直出现坑底倾斜现象,需及时进行整平。 (3)根据设计要求,夯击所有夯点,且对上述流程进行重复,随后强夯每个夯点。 (4)利用推土机将夯坑填平,并再次对场地高程进行重新测量,随后准确计算该次强夯后场地夯沉量。 (5)完成上述作业后,需完成所有点夯击,并做低能量级满夯,其主要目的是为了对场地内表层松土进行有效夯实,并测量夯后场地高程。 4 施工质量控制措施 4.1 施工质量控制标准 每次夯击前,必须复核夯点夯点放线的准确性,在设计允许范围内合理控制误差。强夯施工中,需在150 mm以内控制夯锤点中心偏差,如果出现偏锤问题,需再次对点重新施工。同时,应避免夯坑附近土体出现较大隆起的情况。当夯坑底部斜率在1.73以上,需再次强夯回填夯坑。要求在100 mm以内控制单击夯击能力,最后两击平均夯沉量则需控制在50 mm以内。 4.2 强夯数据分析 通过试验可获取强夯夯击沉降差,表2为测得的夯点累计沉降量数据。 由此可见,在不断增加夯击次数时,累积夯沉量也会随之增加;同时随着夯击次数的增加,每击夯沉量则会减小。单点夯击7次左右,夯沉量将逐步呈现出稳定状态,且在2 cm以下。如以第8次夯击后作为总夯沉量标准,则夯击次数为6~7次时,相比总夯沉量,通过计算可得,累积夯沉量为其95 %左右,为此,最佳单点夯击数为6~7次。经强夯施工后,地基断面系数K30远高于设计要求的150 MPa/m,则表明在提高路堤承载力方面,强夯施工法作用良好,可有效控制路堤沉降。 5 结语 综上所述,在经济社会繁荣发展的今天,我国公路交通运输工程规模持续扩大。在公路修筑过程中,由于受施工条件、土石方运输等因素的制约,将大大增加高填方路堤施工的压实难度,进而引发严重的高填方路堤沉降变形问题。为减小高填方路堤沉降,提高路堤穩定性,必须重视沉降控制技术方法的合理选择。 参考文献 [1]胡颖,巨玉文,王文正,等.高填方路堤顶部沉降及黄土填料试验研究[J].科学技术与工程,2015(10):126. [2]马冲.土工合成材料在高速公路高填方路堤路段的加筋应用[J].科技创新导报,2010(14):89-90. [3]赵玉国,骆岩飞,赵秀玲.浅析高填方路堤病害常见问题及处治措施[J].珠江水运,2011(6):79. [4]牛志强,闫长斌.高填方路堤工后沉降理论预测模型研究[J].公路工程,2018(1):258. [5]黄礼章.山区高速公路高填方路堤施工技术及其质量控制措施[J].福建交通科技,2010(2):79. |
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