浅析高填路堤裂缝产生原因及其防治措施
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摘要:本文针对某高速的地质特点,分析、论证了该段治理工程应采取加固、处治等措施,以确保该段高速公路的顺利施工和安全运营。
一、前言
在高速公路建设中,难以避免地出现高填方路堤,在高填方路堤的设计、施工中,必须有效控制路基沉降以确保路堤边坡稳定,这就有必要采取各种路基边坡防护或加固措施。路基边坡防护和加固技术的选择应当慎重对待,尤其是在地形险峻、工程量巨大、易发生塌方的路段,应结合当地水文、地质及地产材料情况,针对易塌方的高边坡、不稳定的高路堤、受冲刷较大的沿河路段等重点路部位制定专项路基加固措施以保证路基稳定,确保道路的安全运营。
笔者结合某高速公路高填路堤裂缝现场调查情况分析,认为该段高填方路堤纵向开裂的原因主要包括如下三个方面:
⑴膨胀土路堤
路堤填土的吸水膨胀是路堤边坡失稳的诱发因素。该路段为高填方路堤,填筑高度超过20米,按照公路路基设计规范JTJ013-95,填土高度超过20米时边坡稳定系数不得小于1.25,对于特殊土填筑的路堤,如膨胀土路堤边坡,当边坡高度大于6米时,规范建议边坡坡度应在1:1.75~1:2.0的范围。根据现场路基填土的试验结果,该路段填土膨胀率Fa介于20%至50%的区间,属于弱性膨胀土。由于路堤填土为膨胀土,其力学特性与饱和土的有较大差异,表现为典型的非饱和土工程特性,即强度与含水量(基质吸力)的关系较大,在降雨和干湿循环作用下,强度会大幅下降,膨胀土边坡土体中的吸力变化会直接影响到其边坡的稳定性。因而,在边坡设计时一方面应适当加大边坡稳定系数的值以防止边坡下陷、开裂等破坏的出现,另一方面对于膨胀土应进行有效的改良处理。按照设计要求,施工过程中除强膨胀土放弃不用外,对中、弱膨胀土,将两侧2米宽包边填土采用7%掺灰改性处理的方法进行填筑,由于包边土和内部填土的密度和压实情况的不同,会导致路基沉降变形程度不同,特别是当路段填筑到一定高度时遭遇降雨,膨胀土吸水后强度下降,直接造成裂缝沿两种土边界规则出现,一旦出现裂缝雨水会沿裂缝下渗,会进一步造成路基的沉陷、滑移和裂缝加剧,加上未采取防治反射裂缝的相关措施,铺面后裂缝不可避免的会反射到路面结构上。
⑵裂缝防治措施不当
路基和基层开裂后采取的防治措施不当是造成裂缝进一步发展的原因。该路段在路堤施工过程中路基顶面出现开裂后采取了如下的加固方案,在裂缝出现区域沿裂缝挖除宽度为0.5m原沥青路面和基层,用C30混凝土填实到与两侧基层顶面平齐,混凝土内布置横向长度lm、间距0.2m的24mm二级钢筋加固。这样的处理方式本意是想利用钢筋抵抗结构的开裂,但是由于路基中部填土的沉降较两侧包边土要小,造成该混凝土板在基层顶面呈悬臂或局部支承状态,开裂位置于是从原先位置转移到刚性混凝土板和基层粒料的交接界面,然后沿基层反射到沥青混凝土路表面,因而后期发现的路面裂缝位置与原先基层上发现的裂缝位置有所不同。对于基层和路面上出现的裂缝,现场只是进行了简单的封闭处理,没有采取有效的防排水措施,雨水仍可以通过裂缝进入到路堤填土内部,从而影响路堤边坡的稳定,也造成了路面裂缝的进一步发展。
⑶岩性边坡处理措施不当
倾斜岩性边坡地表造成路堤土体侧向滑移引起路基路面开裂。该段路堤坐落在灰岩边坡上,灰岩严重风化且节理丰富,裂隙较为发育,岩石上覆盖的风化土50~120cm不等,填前碾压前进对风化土进行清除处理,未对风化岩石和破碎岩石彻底清除,也未对整个岩石界面进行彻底的整平,只是挖成台阶状,使土与岩石之间的摩阻力较小。当路堤超过一定高度后,土体在自重的作用下将沿土与岩石的界面向下滑移,造成路堤土体开裂,进而使路面产生反射裂缝。在下雨天,雨水沿岩石界面下渗同时裂隙水沿裂隙上升,下渗雨水和裂隙水将在土石界面汇集,将在土石之间产生作用,加速土体沿岩面的滑移速度,加大土体裂缝宽度。
三、边坡加固和裂缝防治
3.1预应力锚索框架梁联合加固边坡施工技术
3.1.1材料和机械设备选择
预应力锚索采用直径Φ15.4mm高强度、低松弛预应力钢绞线,强度1860级,要求钢绞线顺直、无损伤、无死弯。钻孔机械可采用QZ100型潜孔钻机,建议采用福仁牌自钻式锚杆可实现钻孔、注浆、锚固等过程的一体化施工,锚具采用QM15~4型。
3.1.2主要施工工艺
钻孔:一级台阶水平钻孔穿透路基宽度,二级台阶以下按照倾角30°斜向钻孔。在钻孔前,首先确定锚固孔的孔位和孔距,打入标桩,标明钻孔编号,孔位偏差不大于100mm。钻机安装时直于坡面,倾角偏差不超过2°并确保钻机的稳固,开钻前应仔细检查孔位、孔距和偏角,确保孔位的正确性。钻孔时采用无水钻进,钻进过程中应对每孔的进尺速度、地下水情况及一些特殊情况做现场记录,如遇塌孔,应立即停钻,进行固壁灌浆处理,注浆36小时后方可重新钻进。钻孔过程中还应及时测量孔深和倾斜情况,发现倾斜应及时纠正,考虑到沉渣的影响,实际钻孔深度应比设计长度大0.4m左右,成孔后利用高压空气(0.2~0.4MPa)进行清孔。
锚索制作与安装:锚索采用415.4mm高强度、低松弛预应力钢绞线制作而成,锚固段应除锈、除油污,按照图6-1要求绑扎架线环,自由段除锈后,涂抹黄油并立即外套波纹管,两头用铁丝扎紧,并用电工胶布缠封。
锚索孔注浆:锚索孔内采用425#水泥配置的l:l的M30水泥砂浆,水灰比0.45,砂浆强度不小于30MPa,采用从孔底到孔中的返浆式注浆,注浆压力不低于0.25MPa.注浆前浆液应充分搅拌,现搅现用,当孔内浆液初凝后应及时进行二次注浆以保证注浆饱满。
框架梁施工:框架梁采用C25钢筋混凝土现场浇筑,浇筑时预埋QM锚垫板及孔口PVC管,每片框架梁(12m)应整体浇筑,一次完成,两片梁之间设置2cm的伸缩缝,缝内用沥青麻筋填塞。
锚索张拉锚固:当框架梁达到设计强度后,可进行预应力锚索的张拉和锁定。张拉分五级两次进行,即按照设计吨位的20%,40%,60%,80%,100%、110%进行张拉,其中前三级为一次张拉,一次张拉完毕后5天进行二次张拉,超张拉110%后锁定。张拉完毕后留30mm长的钢绞线,其余截去,采用C25混凝土及时封闭锚头坑。
现场试验:为了确定锚索的极限承载力,验证锚索设计参数和施工工艺的合理性以及工程质量,现场需进行锚索的抗拔试验应满足相关规范要求。
3.2路基路面防排水处理
考虑到膨胀土路基填土受水的影响较大,必须进行路基路面的防排水处理,
重点做好如下几各方面:检查路堤边坡和路面的原有排水设施的情况,如排水沟的沟通情况,路面横坡的坡度等;路面裂缝开裂严重处建议铲除沥青混凝土层,在水泥稳定粒料基层上铺一层土工布以防治雨水通过裂缝进入到路堤填土内部;做好沥青混凝土路面裂缝的修补工作。
3.3沥青路面裂缝修补
3.3.1修补材料
裂缝修补材料建议选择路斗士C3405型密封胶,该产品是一种单组分、高性能的聚合乳化沥青路面裂缝密封材料,适合于直接灌注到3mm到25.4mm宽度的裂缝当中。该材料在寒冷的天气里仍保持其柔韧性,在炎热的天气里不流动,使用该材料封缝可以有效防止水通过裂缝进入路面结构内部。
3.3.2修补工艺
裂缝修补主要包括裂缝开槽、裂缝清理和灌缝三个阶段.裂缝比较细时,材料通常难以灌入到缝隙内部,因而当裂缝宽度小于13mm,应采用开槽机对裂缝进行切割,建议将裂缝开凿成宽度为12.7mm,深度为12.7mm的槽口;裂缝灌注前,应采用空压机产生的气流将开过槽的裂缝中的灰尘、杂物及周边松动的物体清除干净,保持裂缝的清洁和干燥,以达到最佳的粘结和密封效果:灌缝时应自下而上充分填满,每条裂缝的灌注应连续进行,灌缝结束后密封表面宜稍宽于裂缝宽度,对于路斗士C3405密封胶,施工后两个小时即可开放交通。
四、结语
该工程高填方路堤裂缝治理工程结束之后,通过实际检测表明,本文研究结果的应用,较好地解决了工程难题,保证工程质量,为在类似条件下进行高速公路建设提供了坚实的依据。