市政路桥工程中路基加固处理技术研究

朱立地

(安徽省公路工程建设监理有限责任公司，安徽 合肥 230051)

引言

经济的进步促使城市建设脚步加快，公共项目与建设工程的规模越来越大，以市政路桥工程为例，此类工程项目是支撑城市发展、保障居民日常出行与生活的基础工程，随着工程规模的提升，路桥设计工作难度也逐渐提升。很多城市将市政道路桥梁工程建设的质量作为评价城市形象、市民生活品质的关键指标。在此类工程施工中，遇到软弱地基是一种较为普遍现象，此种地质基础会影响整个工程建设。因此，必须加强对软基处理技术的研究与应用，以确保市政工程建设的质量、改善城市道路运输、保障居民的出行安全性与平稳性。

1 市政路桥项目实例

工程施工区域为 S133 国道 KT161+870 m～KT164+125 m，在对此项目施工所在地的现场勘验中发现，路桥工程所在路基已经出现大面积塌陷、裂缝现象，部分路基已经出现了显著滑动。

北部路基的平均沉降深度为5 cm，最深处为12 cm；路基南段的沉降平均为4 cm，最深处为15 cm。路基的平均滑动裂缝宽度高达3.8 cm。同时，路基挡墙自身已发生变形、整体结构已经出现失稳，护坡整体质量较差。

据了解，该工程早年曾出现过拦墙垮塌事故，后经过修筑，现如今已发生严重倾斜，有随时坍塌的危险。此种现象不仅对汽车和行人的安全造成了威胁，而且对汽车在道路上行驶自身的损伤产生影响，现阶段已经影响到了该工程的有效使用寿命。

经现场勘察，该路段为软土地基段，最大填土深度为6 m，平均4 m，因此有必要在施工中采取措施进行路基的加固处理。

2 市政路桥工程中路基加固处理技术

2.1 土工格室施工及加固处理

土工格室是一种由多层聚合物格板拼接而成的具有蜂窝或网格状的立体结构，其主要作用是通过限制作用提高其强度和模量[1]。图1 为土工格室基本结构示意图。

图1 土工格室基本结构示意图

图1（a）为网格状立体土工格室结构；图1（b）为蜂窝状立体土工格室结构。在没有黏性的土中，例如沙土、沙砾土，当围压较小时，其剪切和弹性模量一般都比较低，而当土工格栅结构具有一定的附加约束时，则可以通过土工格栅的附加约束来增加其剪切和弹性模量[2]。与其它土工合成材料相比，土工格室具有更好的束缚作用，因此其应用非常广泛[3]。在铁路建设中，土工格室的应用范围包括地基加固、地基处理、边坡绿化等。为实现对市政路桥工程中路基的加固，引入土工格室施工及加固方案，将提升路基整体稳定性作为目标，按照“施工准备→土工格室布设→材料填充→平整碾压”的施工流程进行加固[4]。在铺好土工格室前，应先做好施工准备、中线放样、清理和清理下承层，并参照行业标准，准确地计算出铺好的土工格室后的路面平整程度[5]。土工格室生产出来后，会被压得很紧，首先张拉格室，让其处于紧绷状态，主要是在格室的横梁两端，用一根钢筋桩将其固定在格室的下部，然后将格室吊在上面，根据设计的长度比例来决定其宽度，而不同的格室则要通过格子的连接件进行连接[6]。当土工格室布置好后，再将级配碎石等材料放入土工房，填埋工作将在48 h 内完成。物料的填充高度通常要比土工房高10 cm 以上，超出的部分可以作为防护层。在完成上述施工后，在该结构上增加侧向限制加固机制，其限制作用原理见图2。

图2 土工格室侧向限制作用原理示意图

除此之外，上部结构产生的荷载能够使土工格室产生一个竖直向下的变形弯曲，进而产生拉力，见图3。

图3 土工格室加固膜效应示意图

竖向张力的分力有利于减轻路面的荷载，减少路面的垂直沉降，增加路基的承载力。通过上述两方面的加固作用，促进路基承载力提升，减少路基沉降，并能够在一定程度上缩短市政路桥工程施工的时间。

2.2 增加混凝土楔形体结构

在上述土工格室施工基础上，为进一步实现对路基的加固，增加混凝土楔形体结构。根据市政路桥设计规范，在路桥路基表层下方设置一定长度的混凝土楔形体，以此达到提升路基刚度的作用[7]。结合图4 所示的市政路桥过渡段纵断面示意图，确定混凝土楔形体结构参数。

图4 市政路桥过渡段纵断面示意图

在上述市政路桥过渡段纵断面结构基础上，确定过渡段的具体长度，其公式为

式中：L 为市政路桥过渡段长度；a 为过渡段顶部沿着市政道路方向的长度；H 为路堤高度；h 为路基基床表层厚度；n 为常数系数。在确定混凝土楔形体结构时，可通过建模与模拟施加荷载的方式确定不同混凝土楔形体结构参数对应的路基结构在竖直方向上的沉降变量。选择将沉降量最小时对应的参数作为混凝土楔形体结构的基本参数，严格按照参数完成对这一结构的设置。在混凝土楔形体结构的加固作用下，路基的刚度能够得到有效提升，在市政路桥上行车荷载的作用下，沉降能够得到显著降低，并且呈现出更加平滑的过渡状态。

2.3 市政路桥沥青混凝土垫层加固施工

铺筑沥青垫层的目的在于改善地基的荷载分配，降低地基的压力，具有防水功能，对土体质量不佳的地基具有良好的承载力。稳定的沥青地基可以提高运营效率，降低维修费用，对铁路及轨道运输企业具有长远的经济效益[8]。基于此，在完成对混凝土楔形体结构的设置后，进行路桥沥青混凝土垫层加固施工。要求沥青混凝土垫层材料的密度应为240 kg/m3；弹性模型应为120 MPa；泊松比应为0.25。图5 为沥青混凝土垫层加固位置示意图。

图5 沥青混凝土垫层加固位置示意图

在市政路桥路基基床表层设置厚度为0.3 m，长度为20 m 的沥青混凝土地层。通过对施加行驶车辆荷载进行计算后，得到路基竖直方向上沉降位移变化数值，并根据具体数值确定垫层结构参数。在经过沥青混凝土垫层的加固后，市政路桥路基的沉降得到有效控制。

3 实证分析

以上述项目为例，结合工程项目所在地的基本情况，设计以下加固方案：

使用套管灌浆法，在路基上按照一定的角度，在土层上打出一定的孔洞，填入套管，安装外筒，使其在土体内永久保持。灌浆外管以外留出浆孔，并在出浆口增设截流阀，灌浆时，将带有封堵机构的灌浆内管置于灌浆外管中，对需要灌浆的部位进行灌浆。从而在软土层裂缝中便可以形成具有较高剪切强度的网状浆脉复合物，起到加固基础结构的综合作用。

为了使加固施工达到预期的工程效果，做好在施工前的准备工作，根据纯水泥浆在不同配比下的基本性能，进行施工材料的配制。基本性能见表1。

表1 纯水泥浆在不同水灰比配合比下的基础性能

根据上述结果，在施工中结合工程需求与实际情况，选择对应的水灰比配置路基加固施工材料。

按照设计要求进行布线，孔位，并严格按照图纸进行施工；根据放线孔的位置，将钻机安装到指定的位置，测量垂直度和倾斜角度后，进行钻进施工。在作业中，应做好工程数据的详细记录，包括钻进方向等，及时掌握异常情况，采取有效的处理措施，并由现场技术人员确认后，才能进行下一步骤的作业。设计孔位误差不能超过10 cm；根据设计的配比或者泥浆的比例来制备泥浆。攒拌浆料不能少于3 min，准备好的料浆不能存放2 h 以上。根据工程需求，设计的技术参数见表2。

表2 施工设备、技术与参数

采用采巧贝克曼梁法，在加固处理前后，测试路基回弹弯沉，为评价加固技术在路基路面结构中的应用提供依据。实验结果见表3。

表3 路基加固处理前后回弹弯沉

4 结论

根据上述研究，得到以下几个方面的结论：

（1） 根据表3 路基加固处理前后回弹弯沉结果，路基加固处理后回弹弯沉值＜路基加固处理前回弹弯沉，证明设计方法可以起到控制路基回弹弯沉的效果，即加固工作的实施可以在应用中起到一定稳固结构的作用。

（2） 本次研究受多方因素的影响，未能从多角度进行方法的校验，下一步骤的工作中，将结合理论推导与实践检验的方式，对施工中不同变量之间的关系进行深入论证，以设计施工材料最优配合比，为该方法的设计与研究成果给予全面修正。