浅析高等级公路路基施工技术及防护措施

何兵

（重庆交通建设集团（有限）责任公司，重庆 400060）

1 公路路基的性质及其压实的程度很大程度上取决于填土与压实的强度和稳定性

1.1 路基填料

公路路面基层施工技术规范(JTJ034-2000)中，对路基填料的最小强度和最大粒径给出了量化标准，采用了CBR值表征路基土的强度，引入了路床的概念。对上路床的填料提出了限制条件,高速公路和一级公路路面底以下0～30cm的路床填料CBR值应大于8,下路床及其下面的填土,也给出了相应的规定值。当路基填料达不到规定的最小强度时,应采取掺和粗粒料或换填或用石灰等稳定材料处理,并规定对其他等级公路铺筑高级路面时,也要采用高速公路和一级公路的规定值。

1.2 路基压实

规范规定高速公路和一级公路路面底面以下80～150cm部分的上路堤其压实度必须≥95%,对其他等级公路铺筑高级路面时,其压实度亦应采用高速公路和一级公路的标准。所以公路路基工程中，施工普遍采用大吨位的压路机,碾压效果明显改善,对提高路基压实度起到了很好作用。此外,还增加了路堤基底的压实度不小于93%的规定。如在某国道干线二级专用公路施工中,路面设计标准为高级路面,从路基开始,所有的检验标准均采用一级公路验收标准。

1.3 特殊潮湿地区路基土的压实

在特殊潮湿地区路基的压实是相当困难的,规范对此作出了若干调整:一是压实度标准可根据试验资料确定或较表列数值降2～3个;二是对天然稠度小于1.1、液限大于40、塑性指数大于18的黏质土,当用于下路床及以下的路堤填料时,可采用规定的轻型压实标准;三是改善填料的性质,在土中掺加生石灰,通常可以获得预期的效果,也可采用新型吸水材料加固。

1.4 黄土路基填筑及压实

1.4.1 黄土路堤施工时,应处理好填挖界面的结合部(纵向),清除坡面杂草,挖好向内倾斜的台阶。若结合面陡立无法挖成台阶时,可采用土工钉加强结合。若地基土层具有强湿陷性或较高的压缩性,且容许承载力低于路堤自重压力时,可考虑采用重锤夯实,石灰桩挤密加固。

1.4.2 黄土含水量过小,应均匀洒水再进行碾压;如含水量过大,可翻松晒晾至最佳含水量时再进行碾压,也可掺入适量石灰,降低含水量。掺灰后应将土、灰拌匀,其最大干密度应通过击实试验确定。老黄土透水性差,干湿难以调节,大块土料不易粉碎,使用前应通过试验决定采取的措施。路床填料不得使用老黄土,新黄土为良好填料,可用于填筑路床。黄土路基应分层填筑,分层压实,大于10cm的块料,必须打碎,并在接近最佳含水量时碾压密实。

1.4.3 根据设计及时修筑外侧边缘的拦水、截水沟构造物和急流槽,将水引至坡脚以外。黄土地区应特别注意路基排水,根据设计及时修筑综合排水设施,对地表水采取拦截、分散、防冲、防渗、远接远送等措施,将水迅速引离路基。要在填挖交界处引出边沟水量,并做好出水口的回填加固。

2 路基路面排水

水是影响路基强度和稳定性的另一重要因素,许多路基病害是由水的侵蚀造成的。另外,从保护环境、保证农田灌溉等方面考虑,也须做好路基排水,形成排水系统,并与该地区排水规划相协调。在路基施工中,应重视施工排水,防止给路基、路面施工造成损失。

2.1 地面排水

通常采用的地面排水设施是边沟、截水沟、跌井、急流槽以及地表的排水管。较高等级公路的排水沟渠,一般都要求铺砌防护。通常采用浆砌片石加固,混凝土预制板块也开始广泛采用。公路通过水网地段的路基,过去是逢沟设涵,现在有了改进,对路线两侧的灌溉沟渠重新系统布置,免去了穿越路线的排灌涵洞,从而提高了路基的工程质量。

2.2 路面排水

路面排水的任务是迅速排除路面范围内的降水,减少水从路面渗入,且不冲刷路基边坡。雨水排出路面有两种方式:一是集中排水,在硬路肩外侧设置混凝土预制块拦水带,与硬路肩路面构成三角形的集水槽流水,每隔20～50m间距设一泻水口,与路堤边坡急流槽衔接,使雨水排到坡脚排水沟中。二是分散排水,多用于地势平坦、路线纵坡小于0.3%的长路段,除了硬化路肩和加固路基边坡外,部分路段还应设置路肩排水沟,增大沟坡排水能力。

2.3 地下排水

路基地下排水多采用暗沟、盲沟、渗沟、渗井等,其特点是以渗透力式排水,当水量较大时,多采用带渗水管的渗沟。传统的砂砾料反滤层多改用有反滤功能的土工织物,近几年研制的直径为8～30cm带有钢圈、滤布和加强合成纤维组成的加劲软式透水管很适用于地下排水。

3 路基防护

路基的修筑改变了地层的天然平衡状态,加之路基暴露、遭受自然因素的侵蚀,因此必须经常进行防护。

3.1 坡面防护

坡面防护的目的是防止地表水的冲刷和坡面岩土的风化剥落,并做到与周边环境的协调。近年来,随着对环境保护的重视,高等级公路的边坡多采用种草防护。边坡较高时,采用砌石框格(方型、菱形、拱型、M型)种草防护。由于西部干旱缺水,边坡种草防护类型的选择很重要,现大多采用草坪植生带,即将草籽、肥料和土均匀拌和裹于土工布内,草籽发芽长成草便可起到固土作用,之后无纺布纤维自然腐烂,不会污染环境,效果很好。石砌圬工防护仍较普遍使用。混凝土预制块护坡多用于路堤边坡,连片的带窗孔的护面墙用于路堑边坡。破裂的或易于分化破碎的岩石路堑边坡,采用锚杆挂铁丝网(或高强塑料网格)喷浆或喷射混凝土,或用喷射纤维混凝土防护。由于石砌圬工防护及混凝土防护的造价高且易破碎,从保护环境的角度出发,应大力推广既能改善生态环境、美化景观又一劳永逸的种草防护。

3.2 冲刷防护

沿河路基边坡免受冲刷仍多采用直接防护。传统的砌石、抛石、铅丝石笼、挡土墙等防护措施现有所改进,用高强土工格栅代替铁丝做石笼,用聚酯或聚氨脂类土工织物混凝土做成护面板防护,比较适合土体不均匀沉降的沿河路基路段。

3.3 支挡防护

目前挡土墙用于支挡防护仍占主体。石砌的重力式挡土墙多用于石料丰富、墙体较低、地基较好的场地;钢筋混凝土结构的悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙和板柱挡土墙其受力比较合理,墙身圬工体积小,已广泛用于公路路基的防护;垛式挡土墙易于调整墙的高度,并采用预制构件拼装,是一种特殊形式的挡土墙。

4 软土地基处理

近年来,针对软土地基,在防止路堤失稳、沉降观测控制、软土地基处理技术等方面取得了显著成果。对处理的软土地基用沉降速率作为铺筑路面时间的沉降控制方法进行控制,使得在软土地基上一次建成高级路面 (而不是前期铺筑过渡路面)的关键技术问题得到了解决。

4.1 灰土挤密桩

当软土地层含水量过大或过小时,采取灰土挤密桩。含水量过大,可往孔内填干粉或石灰,以吸收部分水分,或快速成孔浇灌,或边成孔边下套管,或成孔后下套管;含水量过小,应预先浸湿加固范围内的土层,成孔顺序应先外圈、后里圈,并间隔进行。对已成孔,应防止受水浸湿,且当天回填夯实;为避免夯打造成缩颈堵塞,应打一孔,填一孔;当孔桩较密、土质松软时,应采取间隔跳打夯实。孔填料要拌和均匀,并控制其含水量,每个孔填料用量应与计算用量基本相符。夯锤重不小于100kg,锤型以梨型或枣核型较合适,不宜采用平头夯锤,以有利于夯实边缘土,落距一般应大于2m。若地下水位较高,应降低水位后再回填夯实。若出现疏松、断裂或夹层,应全部铲除,按规定重新填夯灰土,以达到设计要求。严格按照操作规程施工,灰土要按配合比称重,搅拌要均匀,干湿要适度,每次下灰厚度、数量、落锤高度、夯实次数按试验规定做到前后一致,施工中严格按质量评定标准抽样检验。

4.2 轻质路堤

用轻质材料填筑路堤可降低对路基承载力的要求。目前国内已有应用粉煤灰填筑路堤的成功试验,使路堤自重减轻25%左右。粉煤灰路堤边坡表层1～2m要用黏质土包裹,以稳定边坡和利于长草,路床顶面用粗粒土封闭,厚度控制在0.3～0.5m。

4.3 土工合成材料加固

浅层(一般厚小于3m)的软土地基先在地表铺筑土工布,再填筑路堤,土工布起着分隔、过滤、排水和加速固结等作用,可取代常规的置换方法。软土层厚度3～5m时,采用土工布与砂垫层联合处治,排水砂垫层的厚度可由50cm减薄至30cm。也可在路堤下面与地表之间铺设多层土工织物,利用材料的高抗拉强度克服地基的滑动变形来保持稳定,通过控制填土速率,配合超载预压,使地基迅速固结。采用聚丙烯或聚乙稀土工隔栅以及网箱席垫处理软土地基,其主要作用是使地基土和填料向上和向两侧的位移受到限制,减少局部荷载。采用网箱席垫可减少总沉降量40%左右。

5 黄土陷穴处理

黄土陷穴是黄土地区路基施工常见的病害。黄土陷穴处理范围视具体情况而定,一般在路基填方或挖方边坡外上侧50m、下侧10～20m。若陷穴倾向路基在50m以外,仍应作适当处理。对串珠状陷穴要彻底处治。处理时,采用灌砂、灌浆、开挖回填等措施,开挖方法采用导洞、竖井和明挖等。

(1)灌砂法适用于小而直的陷穴,以干砂灌实整个洞穴。

(2)灌浆法适用于洞身不大但洞壁起伏曲折较大并离路基中线较远的小陷穴。施工时先将陷穴出口用草袋土堵塞,再在陷穴顶部每隔4～5m打钻孔作为灌浆孔,待灌好的土浆或水泥浆凝固收缩后,再在各孔作补充灌浆,一般须要重复2～3次。

(3)开挖回填夯实适用于各种形状的陷穴,填料一般就地用黄土分层夯实。

(4)导洞和竖井适用较大、较深的洞穴,由洞内向外逐步回填夯实,在回填前,应将穴内虚土和杂物彻底清除干净。当接近地面0.5m时,应用老黄土或新黄土加10%的石灰拌匀回填夯实。处理好的陷穴,其上层表面用石灰与土比例为3∶7的石灰土填筑夯实,或铺填老黄土等不透水材料加以改善。石灰土厚度按设计要求严格执行。如原设计未作要求,其厚度不小于30cm。须将流向陷穴的地面水引离,防止形成地表积水或水流集中产生冲刷。

结束语

近年来,伴随着我国公路事业与公路建设的快速发展,公路建设步伐明显加快。作为公路主体工程的公路路基综合稳定技术取得了明显进展,一是采用了先进的勘察、测量手段为公路路基设计提供了可靠的技术资料。二是研制出了一大批应用于路基工程的新材料 (如土工布、土工格栅、高强度塑料网、塑料排水板、加劲软式透水管、软硬塑料排水管、草坪植生带、轻质填料等)和新型工程机械(如大吨位振动压路机、加固土拌和机、塑料排水板插板机、土工布沉铺机、深层粉体搅拌成桩机等)。三是新技术、新工艺(如粉体搅拌法、塑料排水板法、锚固技术、喷锚支护、轻质路堤、网箱席垫、加筋技术等)得到了充分应用,应用这些新技术的各类专业化施工企业也运用而生。所有这些都为路基工程专项施工奠定了良好的基础。

[1]孙惠兰，徐培华.高等级公路膨胀土地段路基施工技术[J].筑路机械与施工机械化，1999-08.

[2]张传龙，汪洋，张国志.高等级公路路基施工安全的问题[J].黑龙江交通科技，2002-06-30.

[3]李章树.高等级公路路基施工技术管理研究.西华大学[J].煤炭技术，2010-12-10.