公路路基工程防护与加固浅析

2014-05-26张小斌

外语与翻译 2014年2期

张小斌

（中铁十二局集团第四工程有限公司，陕西西安，710021）

路基是路面结构的基础，同时也是整个道路工程非常重要的组成部分。路基工程数量较大，例如丘陵地区的三级公路，土石方工程量约为（0.8~1.6）×104m3/km，山岭地区的三级公路可达（2~6）×104m3/km，对于高速公路，数量则更为巨大。因此保证路基的各项使用性能满足要求，具有十分重要的意义。随着时间的推移，路基填土强度逐渐降低，岩体会渐渐风化，受地表水和地下水侵蚀、冲刷产生路基病害，软弱地基产生路基沉陷等。因此须提前采取防护措施，预防可能产生的各种路基方面的病害。

一、路基防护

路基防护要遵循因地制宜、综合治理、预防为主以及防治结合等原则。对于那些有较大隐患、软弱地基、地下水源情况等问题，应遵循先治患后修路的原则；而附属设施如坡面防护或路基用地范围等防护和加固设施等问题，要按照轻重缓急的措施来分期实施，然后逐步完善；对于造较价高、工艺复杂的工程技术措施，应作方案比较分析，追求经济适用的原则[1]。同时应注意保护环境，增进道路的美容，加强与环境的协调。

（一）坡面防护

路基边坡表面的防护，主要注重防止地面水流的冲刷。也可能涉及到坡面封闭隔绝等问题，以避免坡面与大气直接接触，进一步阻止岩土风化造成的破坏。沿河路基的一些坡面的防护问题，尤其是浸水部分的坡面与其坡脚防护等方面的加固问题，如果处理得当，可在一定程度上防止水流引起的冲刷、冲击和淘空。基于干旱地区的可能出现的路基坡面防护问题，主要防止风蚀或积沙的出现，植物防护和工程防护是常用的防护措施。

1. 植物防护

植物的防护，在一定程度上可以起到美化和协调环境的作用。适用于较平缓、坡高不大的土质，或严重风化的岩质边坡。其原理是：① 植物的根系发达，深入土层，使表层土固结；② 植物茎叶覆盖坡面，可以调节表层土的湿度，保持湿润，防止扬尘风蚀；③ 植被阻滞地面迳流，阻止冲刷，有利水土保持。植物防护有植草、铺草皮和植树三种方法。

种草防护对短时间内浸水或不浸水边坡，坡度≤1:1，边坡满足地面径流速度≤0.6m/s时较为适用。当边坡陡峭，坡面受到较为严重的冲刷时，应具体情况具体分析，采用平铺水平叠置草皮、垂直叠置草皮和采用网格式铺置草皮。植树适用于坡度≤1:1.5的边坡及以外的河岸、漫滩。

2. 工程防护

当考虑就地取材或路基工程不适宜采用植物防护时，坡面防护也可以采用石灰、砂石、水泥等材料，其主要采用隔离原理防止风化。防护形式主要有灌缝、砂浆抹面、喷涂、石砌护坡及坡面墙等。灌缝是借助灰浆的粘结力，使坡面胶结成整体，防止岩块坠落或坍塌[2]。抹面防护是将表面封闭，阻止面层风化，以防止边坡剥落和零星碎落。抹面厚度视坡面状况和材料而定，通常为2~10cm。护面墙就是浆砌片石坡面覆盖层，其不承受墙后土压力，也不承受除自重外的其他荷载，其高度一般≤10m。

（二）冲刷防护

由于水位涨落与河道历史变迁，沿河路基经常受到流水冲刷作用，因此需要对路基进行防护。水流冲刷作用包括动水压力、波浪压力和冰体压力等许多因素，在设计时均需予以计算与分析，据此选择相应的防护措施。因水流性质变化较大，防止冲刷的方法可以大致归纳为直接防护和间接防护两大类。

1. 直接防护

直接防护是指对河岸或路基边坡所采取的直接加固措施。适用场合如下：① 在水流速度较缓，流向与堤岸接近平行，宽阔的河滩、凸岸、台地边缘等水流破坏作用较弱的地段。②不得不采取直接防护措施的情况，此时须重点考虑防护体的坚固稳定[2]。堤岸直接防护措施，包括植物防护、石砌防护或抛石与石笼防护，以及必要时设置的支挡措施。

2. 间接防护

采用导流或阻流的方法，改变水流性质或者迫使主流流向偏离被防护的路段，也可减小流速，减缓和消除流水对堤岸的直接破坏，改变河槽中冲刷和淤积部位，以及必要时改变河道等。

导流结构物的布置，应综合考虑，避免过多压缩河道，同时应考虑水流方向、河道宽窄、防护要求、地质条件、施工条件、材料来源和工程经济等因素，避免水流改向和水位提高，对河岸及附近地面建筑物、农田水利造成危害。

二、软土地基加固

土木工程中，地基是最终承受荷载的部分，所以地基的好坏直接影响工程质量。地基需具有足够的承载力、稳定性，同时应保证在某些自然因素的不利作用下路基不产生有害变形。

（一）软土地基概述

公路路基在软土地基上的设计内容包括三部分：路基沉降量计算，路基稳定性验算和软土地基处理方法设计[3]。软土的鉴别依据如下表：

土质类别天然含水量（%）天然孔隙比直剪内摩擦角（°）十字板剪切强度（kPa）压缩系数（MPa）粘质土、有机质土≥35 ≥液限 ≥1.0 ＜5 ＜35 ＞0.5粉质土 ≥30 ≥0.9 ＜8 ＞0.3

在软土上修建路基时，会产生较大的沉降及侧向位移，这种位移须控制在容许范围之内。路面设计使用年限内的剩余沉降即为容许工后沉降，我国的容许工后沉降标准如下表：

项目桥台与路相邻处涵洞或箱型通道处一般路段

（二）软土地基处治

1. 处理方法种类及选择

在进行路基设计时，应考虑以下两点：① 对于天然地基，或者对于路基的承载力以及稳定性问题能否有保证；② 压缩性土固结容易引起的路基沉降方面的问题（包括相应的沉降量和沉降速率）是否影响路正常的道路的问题。因此在路基范围内有软土时，需要对软土地基进行处理。

软土地基处理的方法有沉降处理和增加稳定性两类，沉降处理方法包括加载预压法、竖向砂井（插塑料板）和挤密砂桩法等。增加稳定性包括换填土法、反压护道法、加石灰桩法等[4]。对于选择哪种处理方法应具体问题具体分析，着重从以下几个方面考虑：① 道路等级、路基深度和宽度；② 考虑地质条件、地基土质情况和土层结构分布；③ 考虑施工工期、材料供应情况、水文条件和施工机具实力。总之应综合考虑，确定几种可行的处理方法，然后从技术、经济以及施工工期等几个方面进行综合比较，选择最合理的处理方案。

2. 砂垫层法

砂垫层法就是在软土地基上直接铺设 0.5~1.2m厚的垫层，材料宜为透水性良好的砂或砂砾。此种处理方法适用条件如下：软土层（不包括膨胀土和湿陷性黄土）不太厚；施工工期不紧迫；工程所在地有砂材料且运距不太远。其作用有以下几种：① 砂垫层作为路基底部的排水层，可以使路基内水位得到降低，同时也可以增加路基内的干燥程度；② 同时辅助其它排水措施，砂垫层也可作为上部排水层，满足软土层固结的需要；③ 当软弱土层较薄时，可直接单独作为固结排水这种地基处理措施。

3. 换填土法

也就是指用强度较高而且透水性较好的土全部或者部分替换现状软土的一种通常使用的方法，换填材料一般是选用那些承载能力高和排水性能好的，而且平常是处于地下水以下的砂、砂砾或者其它粗粒料。此种处理方法可以分为全部开挖换填、部分开挖换填和强制换填法三种。全部开挖换填是指先将路基全宽范围内需要处理的软土挖除，随后换填为强度高且透水性好的土。全部开挖换填适用于软土层厚度小于3m，路基的施工工期处于非常紧迫的情况下。一般来说，部分开挖换填主要是针对那些挖除软基表层的最软弱的部分，然后换填为强度高且透水性好的土，使沉降量满足要求，此种方法适用于填挖深度小于2m的情况。强制换填法也就是利用路基填土的重力，把下方的软土向前方和两侧适当的挤出一部分，或者把炸药埋入软土层，通过爆破等方法将部分软土挤出。

4. 挤密桩法和加固土桩法

挤密桩。用振动或者冲击的方法，将砂、碎石等粒料合理地、按照一定比例的挤入软土地基内，以形成较大直径的桩体，这些桩体和原有的地基一起形成复合地基，称为砂桩。砂桩的作用有以下几种：① 使桩体四周土体变的密实；② 路基重量的一部分由桩体来承担；③ 可以加速桩体周围软土的固结速度；砂桩与砂井有明显的区别，主要如下：① 虽然形状相同，但作用不同；② 砂井井径较小，井间距较大，主要作用是排水，但砂桩间距则较小；③ 砂桩适用于松散砂、乱填土、普通软粘土等地质条件，而砂井则适用于过湿软土层。

石灰桩。通常采用石灰桩的方法来加固土桩，即用螺旋钻在软土层内开孔，或者将末端闭合式的套管压入软土层内，然后在孔内灌入加固材料（生石灰、水泥和粉煤灰等）。石灰桩通常采用旋转喷浆法施工，桩的直径一般为A 0.3～0.5m，间距为0.75～1.5m，最大深度可达 30m。石灰桩通过化学反应原理起作用，其利用加固材料的吸水消解和生成水化物，降低桩体周围粘性土的含水量，从而提高地基的强度和减小沉降量[5]。

5. 其他方法

除以上介绍的几种处理方法外，还有竖向排水固结法、反压护道法、分阶段施工法、超载预压法、重锤夯实法、化学加固法、加筋法等许多加固方法，此处不再一一详细介绍。总之应遵循技术水平可行、经济效益合理、工期满足要求等原则，综合考虑，选择最佳的处理方案。