强风化白砂土高填方路基的设计与施工

柯赛华，谢 群，曹俊昌

（江西赣北公路勘察设计院，江西 九江 332700）

0 引言

省道S304修水县辽源至南楼岭段公路是江西第一横（省道304）中一段，为出境公路，连接湖北通城与江西修水，交通量较大。本次施工按照一级公路标准进行改建。原公路线形较差，个别路段有回头弯等盘山线形。分水岭进出口高程差达70m，直线长度1 000m，如果采用隧道方案，难以满足规范要求，且工程投入也较大。为了通过该区域，使路线达到一级公路标准，决定采用填挖方案。由于该路段地质为全风化岩层，如采用上述方案，会涉及到高填深挖路基边坡的稳定分析、高填方路基质量控制、填筑沉降计算分析及涵洞等附属结构设计四大问题。

1 边坡稳定性分析

由于路堤填挖土为砂性土，路堤及路堑边坡稳定性分析采用直线力学分析法。边坡破坏时，破裂面近似于平面，土的抗力以内摩擦力为主，黏聚力较小，其稳定系数K采用（1）式进行计算：

式中：F为沿破裂面的抗滑力（kN）；T为沿破裂面的下滑力（kN）；G为土楔体重量及车载换算重量（kN）；ω为破裂面对于水平面的倾斜角（°）；φ为路堤土体的内摩擦角（°）；c为路堤土体的单位黏聚力（kPa）；L为破裂面的长度（m）。

本土体经过土工试验确定内摩擦角为25°，单位黏聚力为10kPa。通过多个破裂面的试算，高填方路堤堤身稳定性计算值为1.423。深挖方路堑堤身稳定性计算值为1.273。陡坡路堤堤身稳定性计算值为1.664，路堤沿斜坡滑动的稳定性满足规范要求。由此可知，填方边坡采用三级边坡（1.5∶1.75∶2.0），挖方边坡采用四级边坡（1.0∶1.25∶1.5∶1.75）。稳定性要求可以满足。个别特殊路段采用上下挡墙的护坡辅助方式，可使边坡达到计算要求。在实际开挖过程中，挖方路段弱风化岩较多，更有利于边坡的稳定。

2 高填方路基质量控制

2.1 路基填筑试验

K508+800～K511+000路段内，填挖土方共计85万m3，工程量较大，利用外运土明显不经济，利用原挖方土则更为实际。

本路段内都是风化花岗岩，表层是10～40m不等的强风化砂性土，简称白砂土。在江西省九江市，对该土的高填深挖施工还属首次。为了避免填筑后出现难以处理的病害，满足路基规范要求，需在填筑前进行填筑压实试验和土工试验，掌握该土的填筑特性。

工可阶段进行了土工试验，掌握了详细的土工数据。该砂土为中砂土，相对密实度为0.71g/cm3，为密实土，整体强度较高。

路基的层间压实是路基填筑控制的重点，路基压实度是保证路基强度和路面使用质量的关键，直接影响到路面的使用性能及寿命。如果路基压实度不足，运营过程中路面就可能产生辙槽、裂缝、沉陷等病害，使路面产生剪切破坏。填筑试验选在K508+800～K509+000填方段，填高为25～28.62m。按照10m一层控制压实度，最底层压实度≥95%，表层压实度≥97%。分层填筑分层碾压，摊铺厚度控制在25cm内，填筑效果较好。

2.2 路基填筑施工及监控

采用水平分层填筑法施工，机械压实过程中，分层的最大松铺厚度不应超过25cm。填筑至路床顶面最后一层的最小压实厚度，不应小于8cm。路堤边缘往往压实不到位，土体较松散，易造成雨后滑坍，故在施工过程中边缘部位要求宽填50cm，以保证全宽路基的压实。碾压时，要求按由外侧向内侧的顺序进行，碾压遍数应与试验路段中确定的相符，以保证每层达到设计规定的压实度。施工中松铺厚度的控制采用插杆挂线，随机挖孔及水准量测综合控制。

填筑过程中，K510+000～K510+100填方段，路基换填没有处理到位，雨季出现过透水崩塌病害。经研究，重新处理路基，做好硬面护坡、边沟和截水沟排水，有效避免了类似情况的再次出现。

3 填筑沉降计算分析和病害监控

路基沉降主要是自重作用。在填筑阶段控制好填筑质量，处理好路基下部的换填和加固工作，就可以准确分析出最后路基填筑的最大沉降量。最大填筑沉降量由两部分组成：路基沉降和路堤固结沉降。实际施工过程中，按照表1所示进行质量控制和病害监控，效果较好。

表1 沉降控制和病害监控表

K508+990～K509+000填方段，路基填高达到28.62m，是本次设计的最高填土高度。在路基夯实和换填基础上，路基沉降为157.6mm，路堤固结沉降为19.98mm；总沉降量为177.6mm；考虑到其他因素的影响，填土预定上拱度为25cm。与沉降监控实际数据较为吻合。水泥混凝土面板运营情况较好，没出现影响安全性和舒适性的病害。

4 高填方涵洞设计

本高填深挖路段经过实地勘测，需要设置五道过水或者过车涵洞。由于白砂土的化学环境决定了不能采用钢波纹管等新型涵洞形式，考虑到填土高度较大，决定采用混凝土拱涵。K509+332，填高9.62m；K509+675，填高9.11m；K509+684，填高 14.20m；K510+198，填高 25.68m；K510+215，填高27.2m。根据水力和涵身结构计算，确定拱圈尺寸如表2所示。

表2 拱圈尺寸表

5 结论

（1）对于地形不适合建设隧道，但又要满足路线线形指标的砂性土地段，如采用高填深挖方案，则经济效益较明显。

（2）在防护措施到位，排水构造合理的前提下，白砂土边坡填挖方高度在30m内，采用3～4级边坡，经过分析计算，边坡稳定系数均大于1.25，满足规范要求。实际工程的效果也较好。

（3）密实的中砂土，采用水平分层填筑法施工，以压实度作为控制指标，满足本文其他的参数要求，填筑路基整体强度和稳定性都可以满足工程要求。

（4）填筑沉降分为路基沉降和路堤固结沉降，前者是后者的6～9倍，表明处理好地基对路基整体稳定的重要性。填筑质量与路面病害有直接关系，施工中要引起足够的重视。总预拱度在1.2Sd～1.4Sd内，较为合理。

（5）高填方涵洞采用水泥混凝土拱涵较为安全和经济，使用本文所列技术参数，可以满足相关的工程要求。

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