山区公路高填方路基经济实用的断面型式选择

徐艳海,刘 同

(1.黑龙江省路友工程招标代理有限公司;2.北就建宏兴顺市政工程有限公司)

1 方案的提出

1.1 大方量路基断面多

鹤大国家高速公路七台河—鸡西段扩建工程七台河至鸡西段辅道工程,三级公路,路线长 75.5km,行车道宽7.0m,路基宽 8.5m,土石方数量 256万 m3,平均每公里3.4万 m3。其中鸡西市城子河区(K41+500～K62+800)20km多为崇山峻岭路段,地形十分复杂,土石方数量199.68万方,占全线的 78%。一个断面面积在 1000m2以上的有25段,在2000m2以上的有 4段,最大面积在 K41+590断面面积 2726m2。如 K46+650～K59+000计12.35km,路基预算 0.78亿,平均 631.6万元/km,工程量、工程经费和施工难度之大可想而知。

1.2 落空高填方路基断面多

全线 75.5km,涉及坡脚到路基边缘高度 H≥8m的路段有 27段,长 8.85km,占全线的 11.7%;H≥20m且边坡有三个台阶以上的路段有 18段,长 2.69km,占全线的 3.6%。填方断面一侧是沟谷另一侧是高山的地形,出现下大上小即落空高填方的断面,全线有 9段 51个断面,长 3.11km占全线的 4.1%,最典型断面为 K43+480,填方数量较大,边坡稳定很成问题。

1.3 高填方的半填半挖路基断面多

全线 75.5km,涉及半填半挖路段 30段,154个断面,长2.5km,占全线的 6.8%,其中半填部分 H≥20m的路段有5段,12个断面,全部分布在 K57～K64计 7km路段之内,最典型断面在 K63+380。边坡存在严重的不稳定因素和不安全因素。

1.4 设计边坡与自然坡坡率大致相同的路基断面多

全线 75.5km,由于山高沟深,水平距离≥50m、高度H≥20m且自然坡坡率与设计坡率大致相同的路段有 18段,39个断面,长 875m,占全线的 2.4%,其中 K42～K50有45个断面,最典型断面为 K43+336,水平距离 56.2m,高度21.3m。

1.5 挡墙路基多

全线 75.5km,自上山变坡点至下山变坡点止全长20km,设挡墙路段 25处,砌体 2.55万 m3,总经费为 582万元,每公里 15.7万元,其中路肩挡墙 23段,计 2.47万 m3,≥1000方的挡墙 10处,数量 2.04万 m3,占总数的 80%,由此可见挡墙数量之多,经费之高。

以上可以看出,鹤大国家高速公路七台河—鸡西段扩建工程七台河至鸡西段辅道工程大填方路基多;大挡墙路基多,每公里达 15.7万元;下大上小即落空路基多,占全线的13.1%;半填半挖高填路基多,占全线的 6.8%;设计坡率与自然坡率相同路基多,占全线的 2.4%;这三种断面累计达22.3%,近 1/4。能否在边坡上部截断,减少下部大面积的土方量,又不因上部截断需做大型挡墙,造成经费大量增加,因此选择一种经济适用可行的路基断面型式,显得十分必要。

2 方案比较

2.1 挡墙方案

所谓挡墙方案即原设计方案,就是在路基左侧设置路肩挡墙,以减少左侧填方。原设计挡墙长 110m,墙身最高14m,总高最高 16.23m,7.5#浆砌片石 4018m3,填石方5223m3,经费 54万元。在挖基施工时,由于原地面线倾斜角 70°左右,挡墙基底应力要达到设计要求,经钻探须再挖深 20m,这样挡墙总高度达 36.23m,浆砌片石挡墙断面将特别巨大,设计困难且施工难度大,安全难以保证。如改成混凝土挡墙,则经费猛增。因此,从设计、施工、安全、经费角度考虑,均无法实施。

2.2 填方方案

所谓填方方案,就是将上述路段路基左侧填方全部自下而上填筑至设计标高。该路段填土高平均 11.5m,水平距离平均 51.23m,填挖均为石方,施工方法采用人工开炸解小,挖机挖后往下倒,装载机往前后运土(汽车无法运输),推土机分层平土,压路机分层碾压。施工难度大,仅修压路机便道需 2km以上,因路段短,便道陡,装载机、推土机、压路机等进入施工点后,不可能来回在前后施工路段作业,只有待路基达到标高后,才能到其他施工路段作业,设备牵制较多,机械活动范围小,不能发挥机械的正常效率,工程进度慢,施工安全难于保证。该路段原设计为挡墙路基,全部改为填方后,由于该路段均为下大上小的落空路段和高半填半挖路段,增加土石数量较多,计填石方 7.2万m3,增加经费53.5万元,成本较高。

2.3 砌石路基方案

所谓砌石路基方案,就是既不设置挡墙,也不填左侧大方量的填方,而是采用比挡墙坡率缓,比路基坡率陡的干砌片石路基。规范规定,岩石地段的半填半挖路基等,当填方较大,边坡伸出较远或落空而不易填筑时,可采用砌石路基。规范同时还规定,砌石路基的砌石必须用不易风化片石砌筑,内侧填石,高度≤15m,外坡最大坡率不陡于 1∶0.75,高度超过 8m的砌石路基,底部 0.5m高度范围内应用 M5水泥砂浆砌筑,从上往下每隔 4m用M5水泥砂浆砌筑一条水平加强肋带。K42+560～K42+810正是这种情况的典型路段,边坡伸出远和落空路基不易填筑,全部为填石路段。根据地形、地质等实际情况,经设计砌石路基高 13m。考虑边坡内侧虽然填石内摩阻力大,但应考虑因边坡较高可能还有较大土压力和施工方便,为确保一次成功,决定提高标准,全部采用 M7.5浆砌片石,砌体数量 1587m3,填石 22113m3,经费 32万元。可达到减小施工难度的目的,增加施工安全系数。

砌石的施工方案为:

(1)浆砌石施工。包括选石、冲洗、拌浆、砌筑、勾缝等工序。浆砌石工程砌筑前石料应挑选、石质坚硬、无剥落层或裂纹,大片石和小片石应分别砌筑在不同位置;

(2)底部砌筑。铺砌垫层厚度(符合设计要求),挂好线,立放砌筑片石小头向上、大头向下,片石之间接触融合;细石混凝土灌浆,原浆勾缝。外露片石应大小均匀;勾缝面应平整、光滑;

(3)边坡砌筑。座浆铺厚度 5～10cm细石混凝土,挂好线,砌筑片石,小头向外、大头向里要求平整,对片石适当摇动或敲击,使其平稳密实,严禁石块之间接触,最小缝宽 5～8cm,砌筑二层片石应错缝;细石混凝土外露部分片石必须横平竖直,座浆及竖缝砂浆填塞应饱满密实,并及时用砂浆勾缝平整、光滑;

(4)砌体养护。砌体完工 12～18h后,表面发白即可洒水养护;经常保持外露面的湿润,养护期为 21d。

3 方案比较表

表 1 方案比较表

4 方案采用

从以上三种方案比较可以看出,原设计的挡墙方案,因基底应力无法达到要求,使墙高达 36m多,不论采用浆砌片石还是混凝土,挡墙断面将特别巨大,强度、刚度、稳定性均需重新设计验算,造成工程量增大,经费增加,且设计困难;施工时挖基作业面小、容易坍方且砌筑困难,安全难以保证。因此,从设计、施工、安全、经费角度考虑,不予采纳。

填方方案由于施工便道长、陡,便道费用高,机械下去后无法再至其他施工路段作业,机械效率得不到最大发挥,进度缓慢,经费高达 75.5万元,投入太大,因此,从进度、经费考虑,不予采纳。

砌石路基方案既解决了填方方案土石方量大、经费高、进度慢的不足,又解决了挡墙方案不确定因素太多,设计、施工难度大、经费高和进度慢的不足,同时充分利用现有的石方填筑砌石路基内侧,满足了规范要求。因此,砌石路基由于经费 32万元最低、质量容易保证、施工难度最小、工程进度最快、安全系数最大而被采纳。

5 结 语

方案确定后,于 2009年 7月施工,现在已完成路基经过行车和雨水作用后,砌石部分无下沉开裂现象,路基内侧也无下沉引起的纵横裂缝,说明砌石路基从设计、施工角度都是可行的。同时采用砌石路基方案,不仅可以大大减少高填方落空路基和半填半挖路基的土石方数量,也可以大大减少高填方挡墙路基的挡墙数量,使工程造价经济,质量容易保证,施工难度小且边坡稳定有保证,因此,山区公路在高填方落空路基、高半填半挖路基、设计坡率与自然坡率大致相同路基和大挡墙路基相对较多的路段,应尽可能地选用经济实用可行的砌石路基这种断面型式。

[1]公路路基设计规范(JTJ013-95)[S].

[2]公路路线设计规范(JTJ011-94)[S].

[3]公路路基施工技术规范(JTJ033-95)[S].