谈黄土地区高填土冲沟涵的施工

2011-06-13张勃蓬

山西建筑 2011年32期

张勃蓬

1 我国黄土地区概况

我国是世界上黄土分布较多的几个国家之一，其总面积多达60万km2。尤其在山西、陕西和甘肃省分布最为广泛，我国黄土地区的一般特点为:底层发育好，地层完整，面积大，地貌类型多，层序清楚[1]。在我国广大的黄土分布中，湿陷性黄土占了很大一部分的比例，约为60%。湿隐性黄土在西北、华北地区分布广泛，其结构为上层覆盖着湿陷性新黄土，承载力较低;下层是以前堆积的老黄土;地貌表现为地形破碎，黄土碟形洼地，沟谷切割强烈，地下水匮乏，暗沟、陷穴、黄土桥发育，水土流失严重。特别是在暴雨期间，冲沟侧向溯源侵蚀和缓蚀非常严重，特别容易出现浅层滑坡事故。黄土地区的公路涵洞在设计施工过程中，不可避免地会遇到地基承载力不足及湿陷性黄土等问题，因此必须加强对这方面的重视。

2 黄土地区高填土涵洞的设计及处理

2.1 黄土冲沟

国道主干线连霍高速天水至定西段，坡面冲沟切割非常强烈，冲沟多处分布。依据施工经验和经济比较，对黄土冲沟处治原则一般为:较大冲沟采取设桥形式，较小冲沟采取坝式路基或高填路基高位涵相结合形式。

冲沟大部分是地表受流水的侵蚀作用形成的，属于暂时性的线状沟谷地形，地貌特征表现为条状的凹地(长度约为几米至几十米，深度约为几米至几十米)。

冲沟的形成一般要经过三个发展阶段。首先是细谷的形成:冲沟向上游与下游两个方向不断发展扩大，经常在最上游形成较大落差的顶部跌水，这种沿上游方向不断扩展的过程叫做向源侵蚀。其次是“悬挂”状出口的形成，这主要是由强烈的下蚀作用产生的。下蚀作用到达一定基准面(一般是某一盆地的水面或冲沟排泄口河流)后便会受条件限制而不能继续下蚀，这一基准面叫作侵蚀基准面。最后一个阶段，谷底逐渐变缓，冲沟岸坡塌落逐渐形成稳定的天然坡度。在这三个阶段常会伴随不同的破坏形式。在黄土地区进行道路施工时，对冲沟进行处理尤其重要，因为各个阶段冲沟的存在会使工程质量存在重大隐患。

2.2 高填土涵洞的冲沟治理

涵洞稳定的基础是路基稳定。高填土涵洞的稳定与填土、路基、排水等方面密切相关。

进行沟壁的扩沟处理包括开挖沟壁陷穴和台阶两部分。开挖范围和对象为坡脚外的上游方向50 m与下游方向20 m的内沟壁和沟底处的黄土陷穴，特别要注意对大陷穴的处治，一定要将其开挖彻底。在纵向方向上开挖结合槽，结合槽宽深依据冲沟而定，同时考虑土质台阶的施工。对路基填挖结合部的处理，依次采取翻挖强夯、整平强夯开挖区、分层碾压等操作，最终使其压实度达到95%以上的要求;进行路堤施工时应当采取分层填筑的方式，且对局部位置(自基底处填土5 m处)进行强夯处理。强夯施工完成之后，在土基和基底层之间，顺着路线纵向在其前后10 m之内分层进行土工格室铺设之后，用砂砾进行填筑。然后在土工格室下铺设3层土工格栅(每层间距约为0.6 m，宽度为填挖方两侧各5 m)[2]。铺设土工格栅与土工格室的工作应在强夯完成之后进行。

2.3 路基边坡形式

对原状土样进行剪切与常规土工试验，使用原始的试验指标对边坡进行稳定性分析计算后得出的规律如表1所示[3]。

表1 路基边坡施工依据

坝式路基具有能够有效利用挖方弃方提高涵位，减短涵长，降低工程造价和防止水土流失等优点，它适用于沟底无常流水，汇水面积小或者无车辆与行人通行的要求、黄土湿陷性较小、沟底纵坡较陡的冲沟。

依据西北地区使用的边坡形式和进行的圆弧法稳定验算，坝式路基一般采用台阶式边坡:20 m以下每隔20 m设置一道宽2 m的边坡平台(坡率从上至下依次取 1∶2.25，1∶2.5 与 1∶2.75);20 m以上每10 m设置一道宽2 m的边坡平台(坡率从上至下依次取 1∶1.75 与 1∶2)[4]。

3 高填土涵洞的防护与排水

采取有效的减荷措施是高填土涵洞的好的防护手段之一，减荷措施的核心是充分发挥“土拱效应”，使涵体本身与外侧土柱共同承担涵顶重量。以下为常用的减荷方法:充分利用沟谷与地形;在涵洞顶部一定范围内使用“中松侧实”填土法或高压缩性填料;采用低压缩性填料等方法将涵台背后填土的压实度增大;采用加固涵台两侧地基或使用相对松软的地基等地基处理方法使地基产生负的沉降差。

在涵洞进口处设置急流槽能够有效减少流水对涵洞产生的冲刷作用，如果出现纵坡较大的情况，最好在进口处设置一个跌水井与在出口处设急流槽。坡脚线外隔20 m设置一消力池，同时每隔5 m设置一道防滑坎，这样能够很好降低涵洞受到的冲刷[5]。路堤防水对高位涵同等重要，具体措施如下:为预防蓄水下渗造成管涌现象，应在迎水面铺设双层(一布一膜)复合土工膜，土工膜嵌入沟壑和底面的深度约2 m;设浆砌片石护坡，其基础嵌入地面深度不应小于1.25 m。浆砌片石护坡同复合土工膜的设计标高都不应低于涵洞顶面1 m的高度;在背水面边坡处与迎水面护坡以上，设置拱形骨架起到加固的作用。

4 高填土涵洞施工工艺

钢筋盖板涵的施工:首先，清理施工现场，进行涵洞基础放样，然后进行基础施工。地表排水工作，将基坑加宽0.5 m的工作面，边坡为1∶0.5。挖掘机开挖，并进行人工刷坡，当开挖至设计基底0.2 m左右时进行人工清底，立模浇筑基础混凝土。地基夯实工作，承载力必须达到设计要求，否则必须进行基底处理，并且保证其填实度达95%以上[6]。山区冲沟涵布设时可以根据地形条件适当移动涵洞设置，将涵洞设置在沟谷的侧坡上[7]。

因此，布设于侧坡上的涵洞，对顶填土大于8 m的高填土涵洞或置于填方上的涵洞一般采取反开挖法施工，施工工艺流程为:同路基一并填土或开挖至换填底标高后，在涵洞范围和两侧基础边缘大于3 m的范围依据《特殊路基设计工程数量表》进行强夯施工，之后进行换填层填筑、涵洞基础混凝土浇筑的工作，使处理后的复合地基承载力达到设计要求值。为防止混凝土的水分流失，基础混凝土四周满铺一层塑料布并扳倒连接钢筋。进行路基填筑工作，使其高度至涵顶标高1 m处后，垂直方向开挖涵洞基坑(基坑宽度仅为台身两外缘之间的距离)，将连接钢筋扳起，进行涵洞台身混凝土浇筑(同时注意提起基础外包塑料布，铺放在基坑边上，这样能够有效防止混凝土内的水分流失)，凿毛基础连接部位同台身的混凝土后对应焊接连接钢筋。最后进行架设盖板，回填涵顶工作。

涵洞急流槽依据早接远送原则进行设置，基坑开挖之后的地基必须进行强夯，使压实度达到95%以上。急流槽应在地质变化处或每隔5 m～8 m设沥青麻絮沉降缝(为防渗漏水应包裹防水土工膜)。如果急流槽底的纵坡坡度大于10%，则应每隔5 m设底宽约1 m的防滑坎。急流槽底厚度应大于0.4 m，且采取台阶状达到消能的作用。急流槽的布置应以实际地形为参考依据，同时尽量保证将其设在原状土上。为确保急流槽安全稳定，施工时应做好周围冲沟、陷穴等不良地质的处理工作。