公路填挖交界路基病害处治的设计方案

王 勇

（甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃 兰州 730030）

0 引言

随着我国公路里程的不断增长，公路建设水平也在不断提高，目前我国中东部路网系统已经完成，西部地区也在逐步完善。中西部地区在公路建设过程中遇到的湿陷性黄土路基、软黏土路基、填挖结合部路基等，严重制约了公路的建设质量，导致路基路面出现了一系列的病害，影响到公路的使用性能和安全性能。针对公路填挖结合部的特殊部位处理上，一些好的研究成果并没有在实际工程建设中得到应用，设计理论也落后于工程实践，如何解决好这些部位的路基问题，进行病害处理，不仅需要综合研究确定科学的稳定加固技术，也需要在施工和设计中认真对待，以满足公路技术质量要求。

1 填挖交界路基病害特征及形成原因

1.1 填挖交界路基病害特征分析

目前甘肃省内所建设的公路在填挖交界路基出现病害的数量不少，例如渭武高速、兰永快速通道等，因为地质条件的复杂性，线路内填挖交界断面较多，都不同程度的出现了路基路面病害[1]。病害形式主要以裂缝、车辙和龟裂为主，并伴有地基沉陷，有的地方甚至出现了半幅路基滑塌及支挡结构物位移等边坡失稳状况。

其中，填方裂缝是由内部填方发展而来的，裂缝具有不可避免性及产生的随机性。填方路基在自重及其他条件下会在竖直方向和水平方向上产生变形，变形量与挖方路段不同，就会形成不均匀沉降，在交界处的填方侧形成了拉伸应变区域，挖方侧形成压缩应变区域，此时填方的抗拉强度低，更容易形成裂缝。如图1所示，在填挖交界处形成的纵向变形裂缝与原有路基状态有关，在填方形成的裂缝，是由于垂向的不均匀沉降导致，与填方高度有关。横缝的产生状况与此类似。纵向裂缝发展发展到一定程度，在降雨等诱因下，会发生近似弧线的边坡失稳状况[2]。

图1填挖交界纵向变形裂缝

1.2 填挖交界路基病害成因分析

1.2.1 自身原因

当原有地面的横坡度较大，横断面与原有地表相交叉，形成横向的半填半挖,见图2（a）；或沿路线方向原地面纵坡较大，与路基纵断面相交叉，形成纵向填挖交界，见图2（b）。填土自重产生的下滑力大于界面间的约束阻力时，在界面处产生滑动，出现不均匀沉降。

1.2.2 设计方案不能满足要求

图2填挖交界示意图

填挖交界处的设计需要基于土的性质的结构形式、受力特性来综合决定，但是目前在同一地区或者同一条路上往往会直接套用已经做好的设计方案，只是改一改参数就确定了设计内容，导致一些交界面的设计不符合实际情况，例如土的性质、气候、地质等环境条件对路基的影响是一个持续的过程，不切实际的设计会导致路基提前出现破坏。

1.2.3 填方段存在不良地基

不良土层在受力后会产生较大变形，例如软土层、湿陷性黄土等，在填方路段一定厚度土层的附加应力作用下会产生固结、次固结沉降。而且不同的土层沉降变形周期不同，在前期变形得到控制的情况下，可能在轮载作用下1～2 a内就会产生严重变形，抗剪强度和承载力严重下降，甚至会出现侧向挤出，影响路基的整体稳定性。

1.2.4 施工质量控制不足

施工单位在进行交界处施工时，对于台阶的开挖不到位，增加开挖台阶的宽度和厚度等，会影响填方的压实效果，导致后期沉降量不易控制，增加后期变形量。在进行填方碾压过程中，施工单位往往没有按照规范要求进行碾压，造成了设计标准不能得到有效的体现。碾压中机械设备的选择、碾压遍数、间隔时间、每层土厚度的控制、土的含水量控制等，都会影响填方的压实效果。

1.2.5 水分的影响

大气降水、地下毛细水等侵入到路基，会对路基的稳定性产生较大影响。在填挖交界处，受地形的限制，挡土结构物上缺少泄水孔、急流槽等，导致水分不易排出，墙背产生饱水现象，水分会使路基材料软化，内摩擦角减小，抗剪强度下降。地下水的交替作用还会产生毛细管张力引起的负孔隙水压力增加，使土体产生沉降变形。

2 填挖交界路基的设计

2.1 基底处理设计

在地质不良的地区，基底处理不彻底、不恰当会引起填挖交界面产生不均匀沉降，并影响公路的整体稳定性。在广布黏土、淤泥质土、膨胀土等高液限黏土地区，可以通过填筑砂砾石，添加石灰、水泥进行稳定处理，换填加筋等方式进行处理，并检测压实度、回弹模量、弯沉等指标，对沉降进行控制。例如某高速湿土地基进行灰土处理设计，通过设计三种掺灰计量，进行分段试验，在掺灰之前开挖边沟和翻版晾晒的工作，待碾压之后测试左右幅的压实度，总结出灰土在高于湿土最佳含水量的1%～2%时，效果最佳。

2.2 路基冲击压实的试验设计

施工阶段的路基的冲击压实与路基结构层沉降有关，在冲击碾压试验中测试不同遍数下的沉降量和含水量等指标，研究表明路基沉降量与冲压遍数具有相关关系[3]，见图3，沉降量随着冲压遍数的增加而先增加后减小，沉降量在前10遍达到了1.35 cm，达到总沉降量的75%，在后期出现了负增长。同样在压实度和回弹模量试验中也出现类似趋势，所以在进行碾压过程中一定要控制碾压次数。

图3沉降量随冲击碾压的变化示意图

2.3 土工格栅的布置设计

土工格栅具有良好的加筋、压实和抗变形作用，并且格栅的网状结构能够有助于孔隙水压力的消散，保证结构层材料的抗剪强度和整体性，因此有必要对土工格栅的布置进行设计。根据建模研究格栅布置间距与竖向位移的响应分析，确定纵向填挖土工格栅布置图，见图4。对于纵坡为1∶2的情况，设置高1m，宽2 m的台阶，不然需要以高1 m或宽2 m为控制标准，每层台阶上铺设10 m长的土工格栅，挖方段长2 m，填方段长8 m，宽度为路基全宽。对于填方高度较大的路段，于路床顶面以下H/2高度范围内按间距1 m进行设置。另外为保证格栅的稳定性，需要进行锚固设计，可以在挖方段用φ8U型钢筋锚固，纵横向间距100 cm。在搭接过程中要保证搭接宽度不小于10 cm，用钢丝捆绑时呈“之”字型布置。在土工格栅上部土层达到50 cm以下时，只能利用光轮压路机碾压。

图4 纵向填挖土工格栅布置图（单位：cm）

2.4 防排水设计

半填半挖路基接触面易受水的侵害，做好路基的防水和排水设计有助于提高路基的稳定性。防水设计要求在路面结构中设置粘层等防止路面的水进入到路基之中，对于路基土不良的地区要提前进行土层的换填，防止毛细水上升进去路基当中。做好路基的排水工作首先要选用砂砾土等透水性较好的土层，其次在通过控制路基填料本身的孔隙率可以增强路基的排水能力，通过在路基中增加间隔30-50 m的横向排水管道，水分可以在渗透作用下渗入到排水管道之中，从而排向结构外；高边坡路段设置倾斜的泄水管，呈三角形布置伸入到浸润线内[4]；根据路基边坡的排水量计算排水盲沟的宽度和深度时，需要留有一定的富余系数，来预防恶劣天气带来的雨量增加，边沟需要采用防渗措施，在迎水侧设置反虑土工布，防止水分进入到路基内部。

3 填挖交界病害处理措施

3.1 加强施工的质量控制

施工的质量控制一方面需要加强筑路材料的质量检验，防止不合格材料的使用，杜绝为抢工期待地基处理时间未达到就开始施工。严格核实机械设备的重量和碾压遍数，确保填挖交界处的碾压到位，不留死角。加强特殊天气下的管理，在雨季时合理安排作业时间，减轻雨水对路基的冲刷和浸泡，路基填筑土需要经过晾晒含水量满足要求下才能进行施工填筑，冬天土在受冻条件下不能进行填筑和压实作业。施工完成后对路基土的压实度进行检测，达到规范要求后再进行后续的工序施工。

3.2 注重后期的养护管理

交界处的路基病害较大部分是由于不均匀沉降造成的，运营过程中的动载作用是直接因素。在使用过程中，需要加强对超载超限行为的监管。其次日常养护期间，当遇到车辙、裂缝时需要及时修补裂缝，填筑冷补料，防止病害的进一步扩展影响到路基，当病害较严重时，需要挖除做换填和加筋处理。

4 结语

公路填挖交界处的处理一直是路基工程的重点和难点，因其路基土的原始状态不同，在施工中通过工程手段难以保证双向的工程特性一致，因此在通车后的一段时间内会出现路基路面的病害。本文结合室外试验和相关研究成果从冲击压实、防排水及土工格栅的布置提出了防治措施，并要求施工中加强监管和质量控制，后期注重管养，通过综合手段来有效降低路基的差异沉降，保证公路的安全畅通。