探索路段弯沉失控的起因与处理措施方案.docx
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探索路段弯沉失控的起因与处理措施方案
探索路段弯沉失控的起因与处理措施
1前言
道路铺筑沥青面层前进行的基层验收过程中，常因检测计算弯沉值偏大，而验收不通过，影响到工程的进程；或因产生问题的原因不清，处理不当造成了不必要的浪费，为分析情况，采取对策，就一些影响因素进行分析研究，提出个人的看法，试图引起工程有关的设计、施工、检测、监理、建设管理等方面的重视和关注，综合强度抓源头，以便把问题及早解决在施工进程中，并从中吸取教益，得到改进提高。
验收弯沉和弯沉曲线反应了路基路面综合承载能力，作为道路整体结构的综合强度指标，受材料、施工因素、水温环境影响，与地基承托能力等直接有关。
就本人所参与验收工程的情况分析，除个别情况明显的主要由某一二种原因造成的弊端外，如河圹填土处理不当，路床长期浸水等主导因素外，一般都由多方面不利条件综合影响的结果，如地基偏潮为多数，无机结合料的配比和碎石级配不好，缺陷修补压实不均等不利因素误差的综合积累。
对验收存在问题的处理，本着从根源上找原因，哪里出了问题，就从哪里翻修，予以彻底解决。
如确系因故不能作翻挖处理，通过经济技术比较后，才谋求结构补强方案。
本文结合设计和施工实践，列举了一些实例和技术参数供参考，有不当之处，敬请批评指正。
2道路基层检测验收问题
2.1基层质量
基层质量，主要受下列几方面的影响较大，少有不当，则可能降低了基层半刚性板体结硬，以至破坏失效。
2.1.1原材料质量
选择好材料，使其符合施工技术规中各项技术指标，是生产配合比的基础。
如：
集料要有足够地强度，其碎石压碎值要求不大于30％，针片状含量宜不大于15％，5mm以下颗粒用级配比例适当取低限值，0.075mm以下的细料不应大于7％等，对于有风化的砂石料，强度低易压碎，造成细颗粒量增多，又影响到级配围，降低了骨架的嵌挤作用。
再如：
要求用Ⅲ级以上的石灰；粉煤灰中SiO2,AL2O3和Fe2O3的总量应大于70％，烧矢量不超过10％，含水量不超过35％的材料，按一定量的配比，才能保证良好的胶结作用和减少裂缝。
2.1.2生产配合比
2.1.2.1二灰碎石的配比和级配
强度高一定要刚度好，实践证明二灰碎石中的碎石集料比例一般采用80～85％，不宜少于80％。
二灰碎石混合料中碎石的级配比例，按规定执行公路沥青路面设计规JTJ014-97表5.1.5-2，级配围的有关规定如下表所列：
层位
通过下列方筛孔（mm）的质量百分比
40
31.5
19.0
9.5
4.75
2.36
1.18
0.60
0.075
基层
—
100
81-98
52-70
30-50
18-38
10-27
6-20
0-7
底基层
100
90-100
72-90
48-68
30-50
18-38
10-27
6-20
0-7
在施工未满足级配时，而要达到基层材料的设计强度1500MPa几乎是不可能的，其灰土碎石混合料在级配不好以至无级配的情况下，嵌挤和密实度作用降低，可能达到的抗压模量介于1100～600MPa之间。
设案例：
取城市主干路土基抗压模量30MPa，20cm12％灰土底基层，36cm二灰碎石基层，12cm沥青砼面层的结构组合，用不同抗压模量底层，模拟试算验收弯沉值进行比较（详见表一）。
表一底基层取不同材料试算弯沉表
案例表中弯沉值单位：
mm
地基回弹模量
（MPa）
底基层材料强度E（Mpa）
弯沉值（mm）
路面结构
250
6％灰土
450
10％灰土
650
12％灰土
800
碎石灰土
1000
石灰土
碎石
1250
石灰水泥碎石
1500
二灰碎石
1750
2000
备注
E0＝34干燥状态2.48
1、12cm沥青砼面层
0.243
0.235
0.222
0.214
0.205
0.197
0.190
0.184
0.180
2、36cm二灰碎石基层
0.328
0.304
0.282
0.270
0.257
0.244
0.235
0.227
0.221
3、20cm***底基层
1.958
1.618
1.391
1.274
1.156
1.047
0.962
0.898
0.844
E0＝30中湿状态2.79
1、12cm沥青砼面层
0.269
0.248
0.234
0.225
0.216
0.207
0.199
0.194
0.189
2、36cm二灰碎石基层
0.357
0.322
0.298
0.285
0.272
0.258
0.248
0.240
0.233
3、20cm***底基层
2.206
1.75
1.502
1.373
1.245
1.126
1.034
0.964
0.905
E0＝26中湿状态3.20
1、12cm沥青砼面层
0.206
0.264
0.248
0.239
0.229
0.219
0.211
0.205
0.200
2、36cm二灰碎石基层
0.381
0.344
0.319
0.304
0.290
0.275
0.264
0.255
0.248
3、20cm***底基层
2.421
1.913
1.637
1.495
1.353
1.222
1.121
1.045
0.980
E0＝22潮湿状态3.74
1、12cm沥青砼面层
0.308
0.284
0.267
0.257
0.246
0.235
0.227
0.220
0.240
2、36cm二灰碎石基层
0.413
0.372
0.344
0.329
0.312
0.297
0.284
0.275
0.267
3、20cm***底基层
2.695
2.119
1.808
1.649
1.490
1.344
1.232
1.147
1.075
E0＝20过湿状态4.20
1、12cm沥青砼面层
0.32.2
0.296
0.278
0.268
0.256
0.245
0.236
0.229
0.223
2、36cm二灰碎石基层
0.432
0.389
0.360
0.343
0.326
0.310
0.297
0.287
0.279
3、20cm***底基层
2.863
2.246
1.913
1.743
1.574
1.418
1.299
1.209
1.133
说明：
①表中抗压回弹模量Ei（MPa）取值——沥青砼：
细粒式（4cm）E1＝1400，粗粒式（8cm）E2＝1000，二灰碎石E3＝1500，底基层按不同材料的抗压模量如表列250～2000MPa代入的试算值。
②不同强度材料换算成同一种材料强度的当量厚度，如取E0＝30MPa以20cm12％灰土底基层弯沉150.2为例，当材料换成二灰碎石（1500MPa）约相当于12％灰土［（150.2-103.4）÷
］+20＝27.26cm
如表中E0＝30MPa时，当二灰碎石抗压模量由1500降到1000MPa时，验收弯沉值由1.034mm增大到1.245mm，强度下降20％。
当二灰碎石抗压模量由1500再降到650MPa时，验收弯沉值将由1.034mm增大到1.502mm，强度下降45％。
检验时可选择弯沉实测偏离点处，取样作级配复验查找原因。
施工拌和取样控制。
2.1.2.2无机结合料含灰量
以灰土为例，灰土底基层同样按上述表一所列结构组成，取30MPa地基抗压模量，20cm灰土底基层，则按不同含灰量的强度试算比较（详表一中E0＝30MPa时）
当石灰含量12％（抗压模量650MPa）验收弯沉值1.50mm
当石灰含量10％（抗压模量450MPa）验收弯沉值1.75mm
当石灰含量6％（抗压模量250MPa）验收弯沉值2.20mm
可见灰土的灰剂量由12％降到10％时弯沉值由1.5mm增大到1.75mm，该层强度下降16.6％，也使上基层弯沉值由0.298mm增大到0.322mm，强度下降8％，影响到沥青面层弯沉由0.234mm增大到0.248mm，强度下降6％。
如灰土底基层的灰剂量再降到6％时，其弯沉值将由1.5mm增
大到2.2mm，该层强度下降46.6％。
影响到上基层弯沉值由0.298m增大到0.357mm强度下降20％。
影响到沥青面层弯沉值由0.234mm增大到0.269mm强度下降15％。
2.1.3施工程序
2.1.3.1层间作业处理
半刚性材料施工要求，含水量适度，拌和均匀，养护及时，特别要注意把握好碾压时间，碾压一次到位，按规定采用先轻型后重型压路机碾压，直达到按重型击实试验法确定的要求压实度，同时没有明显的轮迹，接着湿润养护7天～14天后铺筑上面的层次，当不具备按规要求的养护周期条件而要连续施工上层时，建议提高压实强度1％～2％，再同步养生。
要安排好碾压时机，不能靠后期补水多次碾压或不规通行车辆。
也有压实破坏，强度失效的例子：
2004年底施工的玉龙路（新机场路～河海路段），据现场验收人员描述，二灰施工完20多天，表面已发白，拟似已成型，但未形成板体，脚踢碎裂松散，弯沉上不来，事前二灰以下地层次已通过验收，最后对本层次作翻挖处理了事。
2.1.3.2均匀压实与搭接处理
压实不均
碾压不密实或局部压不实，压不到位，与材料含水量、选用的碾压机械、碾压程序、碾压遍数与碾压速度等有关，也与压不到边、压不到底、压不到难点处有关，使弯沉的偏离值增多、增大，标准差值也增大，导致代表弯沉值降低。
检验时，可通过弯沉车靠边（路边、井边、台端、侧墙边、缺陷修补处、塔接部位等处），将上述部位距离50cm以的测点，分别统计计算出代表弯沉值，进行比较，可以明显的判断碾压到位的程度。
同样密实度检查到底（选择回填土处，上述靠边处）按规定试坑取样到层厚的2/3深度处。
均匀压实是促进结构整体成型和连续传力效果，提高弯沉强度和结构稳定性，确保整体质量长期使用的重要环节。
拌和不匀
灰土的含灰量不匀；二灰碎石的混合料离析，粗细料相对集中不成级配比例，降低了颗粒间的嵌挤功能等。
搭接处理不当
①岸坎、陡坡处理，新老路结构层搭接补强未按要求做到位。
②沟槽回填土质量，特别是未按由下往上施工程序进行的，如道路基层成型后再挖支管沟槽，回填土压实不好的情况比较常见。
③上道工序缺陷修补不到位或未压实。
④过渡段施工未按程序进行，对半刚性基层而言，现象偶有发生。
2.1.4气温与水环境
①气温影响无机结合料稳定结构层：
根据有关试验资料，施工期平均气温低于5ºC时强度增长缓慢，以至停止增长。
因此计划安排时尽可能避免冬季施工，如不得已冬季施工时，除应采取有效的技术措施外并不宜短期开放交通。
②积水影响：
按要求压实后的半刚性结构层30天不得受水浸泡，如道路施工围长期积水或处于过湿状态影响路面结构成型强度，以创业西路（龙路——龙江路）二灰碎石基层交接验收为例说明：
创业西路工程，于2003年底施工结束，因其中桥梁施工延期，未进行沥青路面摊铺，以二灰碎石基层过冬。
其间由于基层顶面低于两侧地坪，两侧排水系统又不健全，曾形成长时间的积水。
在富达监理公司接受此项工作——作沥青路面招标过程的交接验收中，二灰碎石顶面实测计算弯沉值0.5mm大于设计弯沉值0.33mm，而验收未通过。
根据路段，分别干燥、潮湿及尚有积水的三种地块探查情况看出：
干燥处镐刨二灰碎石结硬状况较好，粗集料尚形成嵌挤作用；潮湿处表面能用铁锹铲出松散层1～3cm，下层铁锹难以翻挖；积水地段表面除有一层1～3cm浮土淤积，清除淤积层后下面松软未结硬的层次，用铁锹铲除松软层次约有2～5cm，然后用镐轻刨能轻易掀动结硬层，且处于潮湿状态（兼有压实不到边之嫌）。
处理方案是：
①排除积水，清除淤泥与松散层，铲除松软层，晾干后检测复验，针对不足处进行再处理或补强。
②对基层顶面清除松散湿软层后不得薄层补贴，用面层料补足。
可见：
施工和环境等因素一旦处治不当，会直接影响到道路相关层次施工质量和板体结构的成败强度。
2.2承托层质量
当受检层次本身配比、灰剂量、压实度等情况均符合要求时，而实测弯沉又不足，自然要检查到下层，包括地基承托能力。
对实测数据中弯沉值偏大比较集中成一段、一块、一侧、一条的现状，进行重点分析找出问题采取措施。
如新北区东海路K3+580～K4+000一段二灰基层弯沉验收不通过，经核查为河圹集中地段与清淤不彻底，土路床（土基）压不实有关。
2.2.1地基承托能力
按《公路路面基层施工技术规》（JTJ034-2000）第342条准备下承层（承托层）的要求：
①对地基不论路堤还是路堑，必须用12-15t三轮压路机或等效的碾压机械，进行3-4遍碾压检验，在碾压过程中如发现土过干，表土松散，应适当洒水，如土过湿，发生弹簧现象，应处理。
②对于底基层，应进行压实检查，凡不符合设计要求的路段，必须根据具体情况，采取措施，使之达到规规定的标准
③对于底基层或老路面层上的低涯坑洞，应仔细填补压实，搓板和辙槽应刮除，松散处应耙松、洒水、重新碾压，达到平整密实。
以上规定主要是对承托层的含水量，压实度和均匀性的要求，有相辅相成作用，地基压不密实，空隙大，可进入的水分多，强度降低多，同样地基过湿，含水多孔隙大，压不实强度更降低。
对于城市道路而言多数处于浅挖或低填路基，直接受地面水和上层滞水的影响，不仅要确定土基的回弹模量，还必须有达到这一指标的技术措施。
所以十分强调道路施工排水降水，土基处理和均匀压实，确保道路的使用寿命。
2.2.2地基干湿状态
地基达到承托强度的要求，设计上以抗压回弹模量示出，抗压回弹模量又基于使路床下80cm深度，土基达到一定的干湿情况下施工成型而定。
根据要求：
城市道路路基回弹模量设计，快速路、主干路取值≥30MPa地基要求处于中湿状态以上，潮湿状态、过湿状态的地基必须进行处理。
城市次干路、支路取值≥22MPa，地基处于潮湿状态以上，过湿状态的地基必须进行处理。
一般处理方法有排水降水、翻晒、撒建筑垃圾、换土、掺灰等。
提升地基的承托能力，是系统提高道路综合强度，适应交通发展的基础。
以同一种路面结构为例比较（详表一12％灰土底基层一览），如下：
可以大幅度提高交通量。
地基22MPa沥青面弯沉0.267mm适应累计交通量570万次
地基26MPa沥青面弯沉0.248mm适应累计交通量830万次
地基30MPa沥青面弯沉0.234mm适应累计交通量1100万次
地基34MPa沥青面弯沉0.222mm适应累计交通量1400万次
同样地基强度未满足要求，如主干道设计要求34MPa，施工时只达到26MPa的地基强度，其适应累计交通量将减少40％，换句话说按均匀流量计算，道路15年的使用期只能用到9年，保证地基的强度和稳定性理应得到有关方面的理解和重视。
地基的干湿状态定义：
参见《公路沥青路面设计规JTJ014-97》
表6.1.2-1土基干湿状态的稠度建议值
干湿状态
土组
干燥状态
中湿状态
潮湿状态
过湿状态
粘质土
ωc≥1.10
ωc＝1.1-0.95
ωc＝0.95-0.8
ωc＜0.80
粉质土
ωc≥1.05
ωc＝1.05-0.90
ωc＝0.90-0.75
ωc＜0.75
注：
ωc—为路床表面以下80cm深度的平均稠度按下式计算
ωc＝（ωL-ω）/（ωL-ωP）
ωL—土的液限
ω—土的平均含水量
ωP—土的塑限
路表回弹弯沉能全面反映路基和路面各结构层，尤其是路基抵抗垂直变形的能力。
理论研究表明，70％～95％的弯沉变异是由路基造成的。
灰土处理的含灰量宜由用土性质通过试验确定，由3～8％不等，目前城区一般常用的6％灰土处理地基的围和厚度参考建议，表列如下：
干湿状态
地基回弹
模量E0（MPa）
6％灰土处理地基厚度（cm）
干燥
中湿
潮湿
过湿
34
/
20
≥30
≥40
30
/
/
≥25
≥35
26
/
/
≥15
≥25
22
/
/
≥15
根据密实度和水文地质情况基层下设垫层，在6％灰土层下再增设3％的灰土处理层。
对河圹、软土地可根据情况再增加灰土层次或采取抛石挤淤等措施。
施工中未处理好的地基，或虽处理但深度不够，或虽用灰土处理但掺灰量不够或不均匀，不但影响地基的承托能力，且都会直接影响到整体结构的弯沉检测效果即代表弯沉值的大小，因此应重视验基过程。
2.3局部处理
2.3.1缺陷消除
①根据规定：
当道路施工碾压过程中发现有弹簧、松散、起皮等现象，应及时翻开重拌或用其他方法处理后压实。
②检测未达标地段处理压实后要得到复验通过。
2.3.2局部处理
前后工作段衔接（包括同步施工段和过养护期施工段），注意搭接段（3～8m）拌和、碾压、防二次污染（已施工段上复塑料布或油毡上10cm的复土，避免已成型的基层收到损害）；接缝地段有：
原路拓建或与老路连接、不同路面过渡段、河边岸坎、陡坡处理等处理效果的验证。
以上地段宜产生不良情况，归结其主要原因是碾压工艺存在的不到边、不到底、不到难点处致使局部不密实，或虽经局部处理未得到核验通过，将在上层得到不良反应。
2.4应重视基础工程测试质量
弯沉失控路段一般是对道路基础施工检测试验监控的重视程度不够，少检、漏检、碾压的薄弱部位不检的情况时有发生，愈到底层这种情况愈多，一旦下层产生的不足当按要求不允许不合格的弯沉点在面层上出现，应在铺路面之前消除所有隐患，从这一点来说基层顶面的综合强度验收可视为重要关卡，要求严密检查时，基底强度不足的真实情况就会暴露出来。
3处理方法
当道路基层，对弯沉实测结果达不到验收要求的地方，进行翻修是最正常的处理手段也是解决根本问题的办法。
如确系基础问题，非翻到下层以至要加深地基处理而又受工期或施工条件等因素所限，采取路面结构补强的方法：
如增加相应的结构层厚度，提高材料强度，改变路面类型等。
对已施工结束的工程，尚有采取加铺土工织物，玻纤格栅延长缺陷期方法等。
3.1翻修
3.1.1舍弃点翻修
弯沉测点中个别的舍弃点的处理——一般是将测点中超出[（平均值）±（2-3）S（标准差）]的弯沉特异值舍去，进行翻修处理，翻修的围应通过加密测点（点距不大于5m）确定界限，结合实地翻挖情况修正，翻挖面尽可能切齐，用原材料修补或提高强度的材料修补，抛高夯压密实，以求彻底解决修补处的后续破坏现象（常见于修补块周边碎裂缝蔓延破坏状）或凹陷网裂。
3.1.2底层翻修
对于代表弯沉值分段计算综合强度与要求值相距较大，或舍弃点局部集中，偏离值又大的，超出了本层可能补救的围（如调整配比、补足含灰量、提高压实度等影响围的，则须检查下层，直至从地基要求开始。
地基处理的目的，在于使其处于设计所要求保持的干湿状态下的强度和稳定性。
不保证地基要求，指望结构加强是不合理的也是不经济的，例如附表一案例中所列，当标准轴载的累计交通量1400万次，设计弯沉0.222mm，路基路面综合设计中取地基回弹模量34MPa，配路面结构20cm12％灰土，36cm二灰碎石，12cm沥青砼面层，满足要求。
当地基抗压回弹模量达不到时，结构层要相应加厚加强，如与地基E0＝22MPa比较，相当于12％灰土层要加厚5cm，而相当于沥青面层要加厚7cm。
在地基施工达不到要求时往下翻挖处理的重要性显而易见。
3.1.3实例——万福路常澄路景观工程
①简况：
万福路常澄路景观改造工程由西新桥至城北干道全长1947m，工程容包括中间36m主路改造，两侧各20m景观林带及林路，最外边各5～8m的辅道三部分组成。
万福路段辅道工程，于2003年岁末施工，与园林绿化种植浇水围护同步作业，长时间的水浸路基，为防基层受冻，曾采取了覆土过冬措施。
辅道路面结构及设计弯沉LS为：
9cm沥青砼面层LS＝0.43（mm）
18cm二灰碎石上基层LS＝0.58（mm）
20cm12％灰土下基层LS＝1.64（mm）
地基回弹模量取值26（MPa）
②验收问题
2004年4月6日，万福路西侧辅道二灰碎石基层顶面分三段进行弯沉检测验收，实测计算所得的代表弯沉值Lr分别为：
第一段2K0+049～2K0+135Lr＝1.52（mm）
第二段2K1+750～2K1+850Lr＝0.66（mm）
第三段2K2+000～2K2+310Lr＝0.80（mm）
③分析及处理
第一段：
二灰碎石顶面代表弯沉值仅与设计要求的下基层灰土顶面弯沉值相近，产生的主要原因是进入冬季施工又受较长时间过湿影响，碾压不实，部分结构顶面冻融松散，因实测点弯沉值普遍偏低，无法用局部的缺陷修补来解决，宜全段从土基开始翻修。
第二段：
代表弯沉值基本接近设计弯沉值，通过舍弃偏离点处理办法，可以达到要求。
第三段：
代表弯沉值小于季节影响系数1.4影响围，水害情况好于第一段，通过对二灰碎石的含灰量、压实度、地基含水量的检查情况判断是否作部分翻修还是全部翻挖。
3.2增加相应结构层厚度
增加相应结构层厚度，采取缺多少补多少的办法，增加相应的结构厚度来补强，方法虽然简单，但需要根据补强所需要的厚度路面有抬高的可能性，还应得到有关方面的同意，设计方的顺坡处理。
3.3提高结构层材料强度
3.3.1二灰碎石更换灰土
用二灰碎石（抗压回弹模量1500MPa）更换12％灰土底基层（抗压模量650MPa）可以提高强度（即减小弯沉值）。
（详见表一）
直接更换的下基层强度增长31％带动相应的上基层增长17％，面层增长15％。
3.3.2实例——外环路城市化改造工程
①简况
外环路城市化改造工程长19882m。
建设标准：
本次改造沿用城市主干道标准，完善非机动车道；对现有出入口交通进行重组；处理病害及补强；部分桥梁拓宽，桥面系改造；完善地下7种管线工程的新建和改造。
地质水文：
地面以下0.4～3.7m为杂填亚粘土层，平均厚2.3m土样一般处于过湿状态；地下水类型为上层滞水埋深0.5～1.5m。
老路面现状评价
原路面机动车道结构为9cm沥青砼，20cm三碴，38cm10％灰土，1994年建成，2004年10月中旬机动车道弯沉普查，统计代表弯沉值0.6～0.9mm（考虑1.4的季节影响系数时，不利季节的代表弯沉值取0.84～1.26mm）经过10年使用原路面实测强度仅略高于拟新建路面结构的底基层强度。
新建路面
适应标准轴线的累计交通量1400万次以上，采用以下路面结构组合设计，满足设计弯沉值0.22（mm）。
12cm沥青砼面层顶面弯沉设计值LS＝0.22（mm）
36cm二灰碎石基层顶面弯沉设计值LS＝0.28（mm）
20cm12％灰土底基层顶面弯沉设计值LS＝1.39（mm）
地基抗压模量取值E0＝34MPa（弯沉值2.48mm）
②工程改造
根据本工程沿线水文地质情况及原路基偏低，多数处于挖槽地段的实情，工程改造方案的初衷是利用老路作为改造工程的底基层，在其上加铺36cm的二灰碎石基层（分两层施工）加12cm的沥青砼面层，连调坡在共需加高50～60cm，后因沿线桥梁及交叉路口的调高所限，经研究采用适量调高兼作结构材料补强方案，即采用挖除沥青路面及原三碴基层，测定原10％灰土顶面的弯沉——当弯沉代表值≤1.39mm时直接加铺36c
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