6高填方路基病害与防治

四川交通职业技术学院《路基病害整治》学习情境六高填方路基病害与防治1学习情境六高填方路基病害与防治高路堤工程完工后，随着时间的延长与汽车荷载重复的作用，常出现路堤的整体下沉与局部下沉。特别是桥涵结构物台背回填与路基填方交接处、填方与挖方交接处，路基下沉尤为突出。通过本教学情境，可以达到的教学目标如下：1、能根据工程情况分析识别高填方路基病害，提供整治措施；；2、能根据工程条件和相关规范编制换填法、粉喷桩法、灌浆法与土工材料法整治高填方路基病害整治的施工组织设计；3、能依据设计文件和相关规范，独立或在专业技术人员指导下进行高填方路基病害整治施工；4、能依据设计文件和相关规范要求，进行高填方路基病害施工质量控制。第一节高填方路基病害类型一、高填方路堤的定义高填路堤也称高路堤。路堤是高于原地面的填方路基，其作用是支承路床和路面。路床以下的路堤分为上路堤与下路堤。上路堤：路面底面以下80-15cm范围内的填方部分。下路堤：上路堤以下的填方部分。根据《公路路基设计规范》(JTJ013—95)(以下简称《设计规范》)表3.3.5所列数值，当边坡总高度大于20m(土石质填料)和12m(砂、砾填料)时，宜进行稳定性验算。因此，20m和12m(砂、砾填料)可视为高填路堤的分界值。再据《公路路基施工技术规范》(JTJ033--95)(以下简称《施工规范》)5.6.1条规定：水稻田或长年积水地带，用细粒土填筑路堤高度在6m以上，其他地带填土或填石路堤高度在20m以上时，按高填路堤施工。据此，高填方路堤与低填方路堤只是一个相对的概念。高填方路堤的稳定不仅与边坡高度有关，也与路基填料及其性质、边坡坡度、地基所处水文地质状况、路基压实机具、施工方法等有关。所以说，高填方路堤只是笼统地指填方较高的路堤（见图6-1）。填土高度低于1m者为矮路堤，其他为一般图6-1高填方路堤四川交通职业技术学院《路基病害整治》学习情境六高填方路基病害与防治2路堤。二、高填方路堤的主要病害由于公路是线性工程，高填方路堤所处的环境千变万化，所在地段的水文地质情况错综复杂，又暴露在野外环境中，填土的密实与自然的固结都需要时间，且常年受车辆荷载重复作用，因此，在施工过程和工程完工后的车辆营运阶段发生的病害较多，而且较难处治。高填方路堤常见的病害有三类：1．整体下沉或局部沉降；2．路基不均匀沉降引起的纵横向开裂；3．路基滑动或边坡坍塌（见图6-2）。三、高填路堤沉降原因高填路堤下沉主要有堤身下沉与地基下陷二种类型，沉降主要表现为均匀沉降和不均匀沉降。均匀沉降一般发生在路基所处环境条件基本一致（如路线通过地形、水文地质变化不大，且路基施工采用的填料、机械设备、施工单位的管理水平和质量控制水平等方面无显著变化）的路段。均匀沉降的沉降量过小，一般不会造成路面破坏，也不影响行车安全和观感效果；但过量的沉降将会导致路面、构造物台背等处出现台阶，引起跳车，路面过早损坏，公路纵面线形不连续，既影响视觉效果又影响行车安全。不均匀沉降一般发生在地形、水文地质、路基填料发生显著变化和填挖结合部处。路基的不均匀沉降，必然导致路面断裂、不平整以及构造物两侧路面错台，严重影响公路的质量和行车效果。因此，有效降低路基沉降，消除路基沉降危害已成为公路建设者急需解决的问题。高填路堤下沉原因如下：（一）工程地质变化公路是一条带状构造物，一条公路少则几十公里，多则上百公里，公路沿线的地质不尽相同；加之地基土和路基填料的工程性质不同，所表现出的强度、压缩沉降量亦不同。当路线通过不良地质，特别是在泥沼地段、流沙、垃圾以及其他劣质土地段填筑路堤，若填筑前未经换土或很好压实，则填筑完成后，原地面土壤易产生压缩下沉或挤压变形。（二）地形变化路基填方随地形变化其填方高度也发生显著变化。当路线穿越冲沟、台地时，路基填方变化在零至几十米范围内，沟谷中心往往填土高度最大，向两端逐渐减低至零，不同的路基填方高度所发生的沉降亦不同，特别是在填挖交界处填筑土和原地面土具有不同密实度和不同的沉图6-2高填方路堤边坡坍塌四川交通职业技术学院《路基病害整治》学习情境六高填方路基病害与防治3降量，在荷载作用下出现不均匀沉降，使路基纵向呈马鞍形。在路线通过地形横坡较大的路段，出现半填半挖断面，填筑土和原地面土密度不同，受施工作业面的限制导致填筑土和原地面土结合不良而使路基两侧发生不均匀沉降，表现为一侧高一侧低。（三）水文与气候地表水、地下水的影响是导致路基沉降的重要原因之一。黄土、粉土、湿陷性土等在干燥情况下土体结构性强，承载力大，路基稳定不变形；在受到水浸泡后，土体结构性迅速破坏，承载力大大降低，导致路基变形破坏。如新疆地区属干旱荒漠区，年降水量少，一般几十毫米，但到6、7、8月份的降雨高峰，易出现洪水冲蚀浸泡路基；农田灌溉、春季融雪也常造成局部路基受水浸泡，导致路基沉降。（四）结构物差异路桥过渡段和台背沉降是高填方路堤沉降的重要表现形式之一。由于桥涵结构物台背回填受到施工作业面的影响，该段路基压实往往不如整段路基压实好，工后沉降大。且在台背处，台背一侧为刚性体，路基一侧为柔性体，结构差异性大，导致不均匀沉降，发生跳车。在以上诸多因素的影响下，致使高填方路堤发生不同程度的沉降，轻则路面纵向线形不连续，视觉不良，行车不平稳；重则路面开裂、松散形成坑槽，导致路面破坏，严重影响正常行车。因此，必须认真面对高填方路堤沉降变形问题，在勘察设计、施工、养护管理方面采取有效措施防止沉降，确保路基填料、地基土强度符合设计要求。（五）设计与施工原因公路受到自然环境多样性影响，同时也受到路基本身自重荷载和车辆荷载的作用。能否保证高填方路堤长期稳定，关键取决于设计和施工。1．设计方面原因⑴由于路线几何线形指标采用得较高，通过不良地质路段的情况也增多。不良地质地段土基强度低、承载力低，设计处理不当，土基易于产生压缩沉降或挤压移位，导致高填方路堤沉降变形。⑵路线穿越宽浅游荡性的河床时，路基与桥梁衔接处填土较高，路基填筑与桥梁修建所涉材料弹性模量相差较大，如过渡段结构设计不合理将导致不均匀沉降，引起桥头跳车。⑶通道、涵洞铺砌未考虑防水设计，易导致地表水渗透浸泡路基，使路基承载力下降而发生沉降变形。⑷高填方路段纵、横向排水设计考虑不周，易造成路基两侧长期积水而降低地基承载力，使路基沉降。⑸高边坡路堤坡脚防护与加固不妥。如抗滑桩设计的起止点不合理，往往造成起止点处因四川交通职业技术学院《路基病害整治》学习情境六高填方路基病害与防治4抗滑力不足引起路基下滑而使路基沉降开裂。⑹路基排水系统设计不完善，在路基范围内排水不良会引起路基填土含水量大、土质松软、强度降低、边坡坍塌、堤身沉陷或滑动以及产生冻害等。2．施工方面原因⑴路基施工前未认真做好临时排水设施建设与永久性排水系统的有机结合（见图6-3），使得路基排水系统不畅通，长期积水浸泡路基致使地基和路基土承载力降低，导致沉降发生（见图6-4）。图6-3路基施工前未建立临时排水系统图6-4路基排水系统不畅通⑵原地面处理不彻底，如未清除草根、树根、淤泥等不良土壤，地基压实度不足等因素，在静、动荷载的作用下，使路基沉降变形。⑶不良地质路段未予以处理或处理不当而导致路基沉降变形。⑷填筑顺序不当。在高填方路堤施工中，填层超厚或未严格按分层填筑分层碾压工艺施工，路基压实度不足而导致路基沉降变形；未全断面范围均匀分层填筑，而是先填半幅，后填另半幅而发生不均匀沉降。⑸高填方路基在分层填筑时，没有按照相关规范或设计要求的厚度进行铺筑，随意加厚铺筑厚度；压实机具按规定的碾压遍数压实时，压实度达不到规范规定的要求，当填筑到路基设计高程时，必然产生累计的沉降变形，在重复荷载与填料自重作用下产生下沉。⑹路基填方在填挖交界处未按规范要求挖台阶。或因原地面土和填料密度、承载能力不同，如填挖交接处软土、腐殖土等未清除干净或填筑方式不对及压实不足，就会出现接合部衔接不良而导致路基不均匀沉降。⑺施工组织安排不当，先施工低路堤，后施工高填方路基。往往高填方路堤施工完成后就立即铺筑路面，路基没有足够的时间固结，而使路面使用不久就破坏。⑻桥涵结构物台背回填和路桥过渡段(一般距台背10～20m范围)填筑时，台背回填由于大型机械作业不便，小型机具压实不足或填层超厚；而路桥过渡段因路、桥先成形，过渡段后填筑，两者均易造成压实度不足而沉降。⑼路基填料原因四川交通职业技术学院《路基病害整治》学习情境六高填方路基病害与防治5高填方路基施工时采用的填料如果混进了种植土、腐殖土或泥沼土等劣质土，或土中含有未经打碎的大块土或冻土块等；由于劣质土抗水性差、强度低，路堤将出现塑性变形或沉陷破坏；在冰冻或季节性冻土地区，由于劣质土或冻土块的存在，路堤极易出现冻融翻浆现象。在填石路堤中若石料规格不一、性质不匀或就地爆破堆积，乱石中空隙很大。这样，在一定期限内(例如经过一个雨季)可能产生局部的明显下沉（见图6-5）。四、高填方路堤沉降预防措施从高填方路堤沉降原因不难看出：高填方路堤产生沉降的因数主要来自于设计和施工两方面。因此，在设计时只要道路勘测者认真进行勘察设计，详细调查拟建公路沿线地形、地貌，查明其工程地质和水文地质情况，采取有针对性的工程设计方案；施工中严格按照施工规范和设计要求，合理组织施工；公路养护中加强养护，及时排除险情，确保道路正常使用，对于防止高填方路堤沉降，必将起到积极作用。1．设计方面应采取的合理措施⑴路线选线中，在坚持路线总体走向通过主要控制点的原则下，因地形、地质环境布设路线，尽量避让不良地质地段，不需要追求高指标的线形，努力做到线形指标搭配合理，即可取得良好的视觉效果。⑵加强工程地质勘察。严格按照工程地质勘察规程开展工作，详细调查和探明拟建公路沿线工程地质和水文地质情况，对工程地质和水文地质情况有怀疑地段增加探坑数量，在设计外业验收中，将工程地质勘察作为重要的检查内容之一。⑶对原地面明确提出压实度和地基承载力要求。其目的在于防止路基填方在自重和车辆荷载作用下，因地基承载力不足而产生沉降；对地基承载力低的路段应采取有效的工程处理措施。⑷路线通过较陡的横坡及沟谷地段时，应按要求设置纵横向台阶，使填筑路基和原地面形成良好的结合，同时宜放缓边坡。⑸尽量避免高填方路堤和陡坡路堤设计。否则，应按照路基设计规范要求进行设计，并提出工后沉降量要求。⑹做好路基排水系统综合设计，使地表、地下水顺利排出路基以外或将地表水阻隔在路基以外，不能在路基范围内积水。涵洞、通道底铺砌设计中要考虑防水，避免积水浸泡基底而沉降变形。⑺高填方路堤路桥过渡段要采取特殊设计，避免直接由柔性到刚性的路基设计结构，可以图6-5填方路段填层超厚、填料粒径超标四川交通职业技术学院《路基病害整治》学习情境六高填方路基病害与防治6考虑采取半刚性的路基过渡。⑻对软土、盐渍土等不良地质路段，要采取特殊设计，提高路基的承载能力和水稳性，同时要由试验计算路基的压缩沉降量，设计中要考虑超填厚度，使竣工后的沉降能维持路基设计高程。2．施工方面应采取的有效措施⑴做好路基施工的准备工作。开工前施工单位、监理单位的工程技术人员要认真审阅设计文件，详细了解公路沿线地形地貌、工程地质、水文地质、路基填料、各段的填方数量和特殊路基分布等情况，并逐一步核实设计文件提供的资料，做到心中有数，发现与设计文件提供的资料有误应及时上报业主，妥善处理。同时要与设计单位做好技术交底工作。⑵施工组织设计是保证工程质量的前提。路基施工也不例外，施工单位必须重视高填方路堤的施工组织设计，合理安排各施工段的先后顺序，明确构造物和路基的衔接关系，尤其对高填方段应优先安排施工，给高填方路堤留有足够的时间施工和沉降，从而有效防止高填方路堤工后产生过大的沉降。在施工中，以施工组织设计为依据，结合施工现场的实际情况，合理调配人员、设备，保证高填方路基施工质量。(3)重视原地面处理。路基填筑前必须彻底清除地表植被、树根、垃圾和种植土，加大原地面的压实力度。地表植被、树根、垃圾、不良土质暴露于自然环境下，相对比较松软，不易压实，有的土壤易产生病害，如盐渍土、膨胀土等，因此必须