路基弯沉值超标原因及处理方法的探讨

2022-09-12

路基顶面的弯沉值是指在荷载作用下的变形值, 即反映路基的整体强度。在路基精加工施工中, 往往因不利天气、精加工用土天然含水量高、局部排水不畅, 造成精加工层局部的弯沉达不到要求。为了保证施工整体进度, 特别是不利天气条件下及时为底基层施工提供合格的土基, 需要对这些局部地方进行处理。

大广北高速公路精铺层的施工在春季最不利季节进行, 施工及验收过程中发现路基局部位置弯沉值不能满足要求 (小于等于180×0.01mm) 。处理过程中采用水泥改良土质的方法, 最终使弯沉值这一综合反映土基强度和刚度的重要指标达到规范及设计要求, 确保土基具有足够的刚度, 同时保证了工期要求。

1 原因分析

大广北高速公路工程项目中路基表层80cm厚的一层称为封层土, 该层的若干技术要求为:土的液限w L小于等于50%;塑性指数lp小于等于26%;加州承载比CBR大于等于8;路基表面弯沉值l小于等于180×0.01mm。其局部路基的弯沉值达不到要求的主要原因是: (1) 部分路段处于水田及常年积水位置, 路基顶面高程仅距常水位以上几十公分, 地下水位较高;施工时受到自然地理环境的限制, 无法将粘土压实至最大密实度, 不能阻止毛细水的迁移。毛细水的侵入降低了路基的强度和稳定性, 导致弯沉值不合格。 (2) 右侧路基顶面以下30cm厚封层土在施工过程中遇到雨天, 造成路基土含水量远远大于最佳含水量, 碾压后达不到压实标准。施工几天后路基土表面失水干缩, 产生收缩变形, 形成干缩裂缝, 又适逢雨季, 有雨水渗入, 造成压实的路基强度和稳定性下降, 导致弯沉值不合格。 (3) 在封层土施工完成后, 因施工组织考虑不周, 没有做好临时排水措施, 又适逢雨季, 连续5天的大雨使路肩长时间受水浸泡和冲刷, 导致弯沉值不合格。

2 施工工艺的确定

以上几个造成路基弯沉值达不到要求的原因主要是地下水和地面水侵入路基, 致使路基强度和稳定性下降。故使多余水分迅速从路基排出, 保持路基干燥并采用其它加固措施限制土体的侧向位移是处理问题的有效方法。

根据国内外文献, 用开挖换填法最经济, 施工也最简单, 但固结时间较长, 对填料质量要求较高。换土加铺土工格栅法所需费用较高。因大广北项目部所处路线上路基填料质量不是很好, 另外受竣工验收时间和施工成本限制, 该项目上采用水泥改良土质法处理弯沉值超标路段。虽然施工工艺较复杂, 但经济性好, 固结时间也不太长。在后期施工中, 路面工程施工紧迫其后, 工期紧张, 所以精加工层弯沉不合格处全部采用水泥改良法。

3 水泥改良土质的原理及影响因素

注:最佳含水量为15.4%

3.1 强度形成的原理

将水泥加到土中并加水拌和后, 水泥、水和土之间发生了多种非常复杂的作用, 从而使土的性能发生了明显的变化。这些作用可以分为以下两种。

化学作用:如水泥颗粒的水化、硬化作用, 有机物的聚合作用, 以及水泥水化产物与黏土矿物之间的化学作用等等。

物理-化学作用:如黏土颗粒与水泥及水泥水化物之间的吸附作用, 微粒的凝聚作用, 水及水化产物的扩散、渗透作用, 水化产物的溶解、结晶作用等等。

3.2 影响强度的因素

3.2.1 土质

土的类别是影响水泥稳定土强度的重要因素, 各类砂砾土、砂土和黏土均可用水泥稳定。该项目受地理环境限制, 局部弯沉不合格段采用黏土填筑, 最佳含水量为17.5%, 最大干密度为1.86, CBR值为3。现将就该土进行试验, 确定施工工艺。

3.2.2 水泥的成分和用量

各种类型的水泥都可用于稳定土。但有关文献研究证明, 水泥的矿物成分和分散度对其稳定效果有明显影响, 对于同一种土, 通常情况下硅酸盐水泥的稳定效果最好, 而铝酸盐水泥较差。该项目部考虑质量第一的原则, 优先采用了硅酸盐水泥。

3.2.3 含水量

含水量对水泥稳定土强度影响很大, 当含水量不足时, 水泥不能在混合料中完全水化和水解, 不能发挥稳定土的作用, 影响强度形成;同时, 含水量小, 达不到最佳含水量也影响水泥稳定土的压实度。因此, 使含水量达到最佳含水量的同时, 也要满足水泥完全水化和水解作用的需要。分析该项目路基发生弯沉值不合格情况主要原因即为路基土含水量过高, 因此含水量可以满足上述两项含水量要求。

3.2.4 施工工艺过程

水泥、水和土拌和均匀, 且在最佳含水量下充分压实, 使之干密度最大, 其强度和稳定性就高。水泥土开始加水拌和到完成压实的延迟时间要尽可能最短, 一般在6h以内。若时间过长, 则水泥凝结, 在碾压时, 不但达不到压实度要求, 而且也会破坏已结硬水泥的胶凝作用, 反而使水泥稳定土强度下降。在水泥终凝时间达不到规定时间时, 可以采用一定剂量的缓凝剂。该项目部对需要处理的路段先进行右半幅返工处理, 保证了碾压的及时性。

4 试验及施工

为确定最佳的水泥掺量, 实验室采用不同水泥剂量法进行试验, 用以指导现场施工。

4.1 原材料

(1) 土:弯沉不合格段现有路基填筑土, 最佳含水量为17.5, 最大干密度为1.86, CBR值为不小于8。 (2) 水泥:采用标号较低的325硅酸盐水泥。 (3) 水:饮用水。

4.2 试验方法

制备同一种土样、不同水泥剂量的混合料, 按照2%、3%、4%、5%、6%、7%配制;得到不同水泥剂量下土体的含水量, 见表

根据试验发现当水泥掺量为4%时, 土样的含水量得到明显的改善, 根据既有经验, 现场施工掺水泥率要比室内试验的掺率增加0.5%~1%, 所以确定现场水泥掺量为5%。

4.3 水泥改良土现场施工

开挖该范围表层50cm厚封层土, 摊铺在旁边, 按试验确定的5%剂量掺拌水泥后用路拌机拌和, 分层填压。用该方法处理3d后, 弯沉值达到设计要求, 见表2。

5 结语

在路基精加工层施工及验收过程中, 如果不能及时发现局部弯沉不合格处, 使之被底基层所覆盖, 势必留下工程隐患, 通车后路基将产生不均匀沉降, 使面板断裂, 造成质量事故。在弯沉不合格地段, 需结合施工实际, 认真分析比较, 灵活运用可行的既有措施进行处理, 确保工程质量。本项目全部采用水泥改良法, 保证了工期, 取得了圆满的效果。

摘要：结合大广北高速公路某段路基精加工层施工及验收的实际情况, 分析了造成局部弯沉值不合格的原因, 按照技术可行、满足工期要求的原则, 采用水泥改良土质的方法进行处理, 并通过试验确定了水泥剂量及施工方法, 取得了良好效果。

关键词：路基,弯沉值,水泥改良土