岢临高速公路高填石路堤设计

2015-04-05颜芳华葛忻声

山西交通科技 2015年1期

颜芳华，葛忻声

（1.山西省交通科学研究院，山西太原 030006；2.太原理工大学，山西太原 030024）

1 工程概括

岢岚至临县高速公路是《山西省高速公路网规划》“三纵十二横十二环”中西纵高速公路的重要组成部分，沿线地形地质条件复杂，河谷发育，沟壑纵横，峡谷深切，路线在岢岚县阳坪乡坝湾村附近跨越一条与主线斜交的Y字型天然沟渠，沟渠两侧悬崖峭壁，幽深险峻。沟底为强风化灰岩，其上覆盖有约30 cm厚坡积物，沟底地势总体上相对较为平缓，根据该段地形地质条件，为减少桥梁规模，有效利用隧道弃渣和降低工程造价，经边坡稳定性计算和经济对比，拟对K32+670—K32+980段采用高填石路基方案，路基右侧最大填土高度为67.1 m，中桩处填土高度为45.2 m。

2 设计方案选择

a）由于路线与Y字型深沟斜交，如采用桥梁方案通过，右幅桥长为300 m，左幅桥长210 m，而实际冲沟顶宽度仅为150 m左右，沟底宽度仅为20～50 m，上宽下窄，且如采用填方路堤，部分路基坡脚将落在Y字型深沟一侧的山坡上，对路堤稳定有利。

b）该沟渠实测深为45.2 m，深沟两侧山坡较陡，桥墩承台难以落在两侧陡坡上，桥墩以及承台上临空面过高，施工难度大，对桩基施工会带来一定安全隐患，而且受桥梁跨度的影响造成边孔浪费，如采用填方路堤，施工难度小，且没有安全隐患。

c）由于沟底弯道较多，线路又与深沟斜交，如采用填方路堤，部分填方坡脚多落于山坡上，对路基稳定有利。

d）深沟上游汇水面积较小，且本项目位于山西省西北部，降雨稀少，据当地老乡讲述，此沟从未有洪水出现。因此，如采用高填方路堤，只需设置一座2—4.0 m的波纹管涵即可满足排洪要求，同时解决了高填方路堤的涵洞设置问题。

e）冲沟沟底为强风化灰岩，其上覆盖有约30 cm厚坡积物，地基承载力较高，沟底地势总体上相对较为平缓，对修筑路基有利。

f）线路在深沟两侧均采用隧道方案穿越，隧道单洞长度分别为3 190 m与335 m，若采用桥梁方案跨越深沟，前后隧道所产生的近90万m3的隧道弃渣将全部转变为弃方，不仅占用大量土地，还将对环境产生较大的破坏，若采用高填路基方案，可以利用隧道弃渣45万余m3。

g）高填路基方案，施工工艺简单，可大大缩短工期，加快工程进度。而采用桥梁跨越方案，桥梁预制场必将设置于隧道口或隧道内，施工交叉较多，施工难度较大，难以保证施工工期。

3 路基设计

3.1 路基边坡设计

K32+670—K32+980段高填路基按填石路堤处理，采用如下坡度：填土高度8 m内边坡坡率为1∶1.5，8～20 m边坡坡率为1∶1.75；大于20 m边坡坡率为1∶2，并在20 m处及大于20 m后每10 m处设置2 m宽平台。考虑到隧道弃渣均为中硬以上岩石，因此路基边坡采用码砌，且边坡码砌应采用强度大于30 MPa的不易风化的石料，填高5～12 m时，边坡码砌厚度不小于1.5 m；填高大于12 m时，边坡码砌厚度不小于2 m，边坡码砌与路基填筑应同步进行，先填筑，后码砌，码砌采用干砌形式。

3.2 路堤基底及路床处理

路堤基底应清除路基范围内原地面浮土及风化岩层并开挖成台阶，台阶宽度不小于2 m，并挖成4%内倾反坡，台阶面粗糙构造深度大于等于4 cm，施工时注意对已经开挖好的部分进行临时保护，可用塑料膜铺覆盖，防止岩面风化及雨水浸泡。路床顶面以下40 cm采用碎石过渡层填筑，压实度应达到要求，过渡层碎石粒径应小于100 mm，其中小于0.05 mm的细粒料含量不应小于30%。

3.3 防护排水工程

路堤边坡防护采用浆砌片石拱型骨架植草防护，为便于拱型骨架植草施工，路基边坡应培土厚0.5 m（不计入路基宽度范围）。路基左侧坡脚（冲沟上游）采用隧道弃渣进行反压，抬高冲沟水位，以便汇水进入排水涵洞，弃渣上覆50 cm黏土+30 cm种植土并植草绿化以防止雨水下渗，路基右侧坡脚（冲沟下游）设置浆砌片石坡脚墙，以起到拦截土体、加固坡角、导流防冲的作用，坡脚墙顶宽4.0 m。墙底采用台阶状，以提高坡脚墙的整体稳定性。

考虑到沟底弯道较多，线路又与深沟斜交，沿沟心底部无法布设涵洞，因此于深沟一侧山坡适当位置设置一座2—4.0 m的波纹管涵；由于波纹管涵底标高大于沟底标高，为排除雨季施工期间上游汇水及两侧渗水，路堤基底至波纹管涵底区域内应按过水路基设计，雨季施工期间上游汇水通过过水路基排除，工后上游汇水的排除由波纹管涵承担。

同时每级边坡平台均设置平台截水沟，尺寸为30×30 cm，平台及截水沟均用25 cm厚浆砌石进行加固防护，截水沟与两侧急流槽或路基排水沟相接，平台向内设3%的反坡；急流槽采用60 cm×60 cm的矩形断面。

4 高填路基稳定性分析

高填路基稳定性分析包括3个部分：路堤堤身的稳定性、路堤和地基的整体稳定性、路堤沿斜坡地基或软弱层带滑动的稳定性[1]。

在高填路堤边坡稳定性计算中，设计把常用的经验数值作为初拟的坡度值，用力学分析法来求其稳定性系数，这样既沿用了多年所积累的经验坡度值，也满足了稳定性系数所要求的界限值，取得了两者的统一。如果采用稳定性系数反求坡度值，会造成低边坡的坡度过陡，而高边坡的坡度过缓的缺点[2]。

路堤堤身的稳定性、路堤和地基的整体稳定性采用简化Bishop法进行分析计算，路基填料为隧道开挖所产生的强—未风化灰岩等中硬质岩石，根据土工试验结果以及地区经验，选用的计算参数如下：c=0 kPa，φ=40°，经过对路堤堤身的稳定性、路堤和地基的整体稳定性试算，滑动面形式采用直线型，计算稳定安全系数为1.483，大于《公路路基设计规范》（JTG D30—2004）规定的稳定安全系数不小于1.35的要求。

5 填石路基施工注意事项

填石路堤施工时，应通过试验段选定施工方法，确定施工参数（机械型号及组合、铺筑厚度、压实功率及压实沉降差等），采用施工参数和压实质量检测联合控制的双控方法控制填石路堤的压实质量，确保填石路堤填筑后的可靠与稳定。填石路堤压实时应采用压实机具激振力为25 t以上的振动压路机和压实机具激振力为50 t以上的振动碾进行碾压，碾压时应先压路基两侧（靠路肩部位）后压中间的纵向式顺序进行，但小半径曲线段应采用从内侧向外侧的纵向式顺序进行碾压，并且压路机碾压时应由低向高推进；压路机两次碾压轮迹重叠宽度不小于轮宽的1/3，纵向接头压路机重叠宽度不小于1.0 m，且每一层面平整稳定、石块嵌挤紧密、无明显的碾压轮迹。对于山坡边角处以及路基与山体结合部位等大型压路机无法正常碾压的地方，采用人工铺筑石块的方法，石料粒径应不小于25 cm，以确保达到碾压均匀，无漏压、无死角；人工铺筑石块时应先铺筑大块石料，且大面朝下小面朝上并摆放平稳，然后再采用小石块对空隙进行补平，石屑塞缝；然后采用振动压路机振动压实，保证石料之间填塞饱满。