城市连接线深挖高填路基施工技术研究

赵 亮

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610000)

1 城市连接线深挖高填路基项目介绍

某项目依托高速乐山城区连接线工程二期(通江连接线)道路工程，工程位于四川省乐山市市中区境内，道路全长2 110m，等级为城市主干路，道路宽度24～40m。

工程场地位于四川省乐山市市中区北部通江片区(场地地貌见图1)，起点位于通江街道檀木嘴村，线路由南向北至已建乐山绕城高速公路通江收费站。道路沿线属丘陵地貌，沿线地面高程约367.68～457.41m，其中，起点～S308段相对高差约8m，地势起伏相对较小；S308～终点段相对高差达89m，地形起伏较大。施工的场地是四川盆地里面的西南缘，该地区的气候相对比较温和，下雨量也是比较多，所以该地区相对比较潮湿，在对乐山这几年气象站资料的收集过程中，得出了该地区的具体信息：属于常年下雨，而且下雨一般都是暴雨，很少出现小雨的情况。大多下雨集中在夏天和秋天这两个季节。地层主要由第四系全新统(Q4pd)耕土，第四系全新统人工填土层(Q4ml)素填土、第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)粉质黏土、细砂、卵石，白垩系上统灌口组(K2g)粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，白垩系下统夹关组(K1j)砂岩组成。

图1 工程场地地貌照片

工程存在高度大于30m的深挖岩质路堑边坡，挖方路堑边坡最高位置位于桩号K1+800～K1+980段，边坡最大高度73m，边坡设计采用锚杆框架梁+挂镀锌钢丝网喷混植生的组合防护。由于本边坡较高，地质条件也是非常复杂，需要根据施工的要求来实现动态设计和信息化的施工。工程K1+130～K1+410段左侧辅道与主线净高差较大，且地质条件特殊，大部分处于软弱地基范围内。

上述73m高的道路边坡在城市连接线道路中比较少见，同时处于典型的红层砂岩地区，且工程场址降雨较为丰沛，开挖施工中存在失稳坍塌风险；同时工程局部路段横向主、辅道高差达到14m，高差大、支挡结构受力大，路基结构稳定性问题突出。

针对上述问题，开展道路深挖高填路基施工技术研究，从红层砂岩高边坡稳定性角度出发，研究适宜的开挖施工程序和控制参数，同时研究适应特殊道路结构的泡沫混凝土路基填筑工艺，解决路基结构稳定和高效施工难题。结合工程所处地区地形地质和工程性质的代表性，本文研究的相关成果具有较高的推广应用价值。

2 城市连接线深挖高填路基项目内容分析

城市连接线公路深挖高填路基首先在通过使用集对分析法，在运用该方法的一些技术时，可以直接建立一个高速公路斜坡的模型，这个模型需要将施工现场的地质特点，滑坡的实际情况，还有施工的各种因素和当地环境都考虑进去，最后对这个模型的滑坡稳定性进行分析评价。接着工程地质类比法与赤平极射投影法，比如对浙江省三门核电厂高边坡进行稳定性评价中，使用该方法得到的结果表明结构面的不良组合对边坡稳定性没有影响,而且当坡脚不超过60°时该边坡保持稳定。同时根据高填方建筑施工堤岸边坡滑坡和路堑山体边坡崩塌等地质现状,并结合铁陵沁线杨寨河至西河底段K5+820～K6+120段等高填方建筑公路堤岸的滑坡病害问题，通过在建设施工现场的研究调查中，针对实际滑坡的形态特征,通过剖析该滑坡的主要产生因素及其基础理论问题,通过定性分析和通过理论分析等方式对该滑坡的稳定性做出了判断,进而对其预防与加固问题提供了较为科学合理的对策与方法。

城市连接线公路深挖高填路基项目在防护形式上需要对环境的影响提高关注，对城市连接线公路上斜坡的防护技术的研究需要从环境保护的角度出发，在对环境进行保护的情况下，使用合适的防护技术，使得防护设备融入到环境中，对环境不会产生恶劣的影响。目前对于边坡在生态环保方面存在的问题进行了分析研究，提出了在斜坡防护方案不仅需要对技术进行关注，而且需要对环境的保护也重视起来。指出目前社会对边坡保护方法的需求也愈来愈高,不但要符合稳定性要求,而且必须符合环保、美观的需求。通过各个地区的城市连接线公路案例总结出了绿色柔性防护系统概念,该保护型式相比于我国传统的保护型式更具备环境、生态等优势,也很好地表达了构建绿色生态高速公路的基本思想。

通过对国外一些边坡稳定性的学习与研究。知道对具有土性空间变异性的边坡稳定可靠度研究是非常有必要。同时了解到了斜坡一般有着好几个不同的临界滑动面，而且还存在着非常多的破坏机理，需要研究人员可以综合地考虑到多种破坏机制，从而对斜坡的稳定性进行评判。对倾倒也有了更深刻的了解，倾倒属于一种在层状或块状岩体中广泛存在的边坡失稳形式，同时对倾倒破坏的一般机制有了深刻的理解。对于软岩层中需要挖出的边坡，需要考虑到是否会受时间影响的稳定性问题。对地下水的流量与边坡变形的关系也需要注意到，通过对比水平排水沟和和降渗对山体稳定性的影响，确定了水平排水沟对山体更具有稳定性。分析结果表明，边坡的安全系数随着基脚边缘距离、基脚深度和土壤相对密度的增大而增大，但随着坡角的增大和对基脚施加压力的增大而减小。对于影响岩质的边坡稳定性的因素需要在施工现场进行判断，因为对岩质边坡稳定性的影响因素非常多，需要在现场进行勘探，通过判断各个因素对于施工现场的影响是否明显来进行确定。同时，在活性黏土的研究过程中，可以添加一些非活性的材料。

在城市连接线公路深挖高填路基施工过程中，泡沫混凝土填筑因施工速度快、轻质和有效减小不均匀沉降而进入了人们的视野。研究认为,在主桥和引桥连接处用泡沫混凝土作为填筑材料，施工简单且速度快，能减少事故的发生，是较好的环保材料。通过对EPS(发泡聚苯乙烯)混凝土材料特性进行总结,分析了桥头跳车病害产生的机理，结合材料特性解析处置桥头病害的适用性，叙述了EPS混凝土的施工技术，实践结果表明泡沫混凝土是良好的填筑材料。对两种不同技术进行对比后发现轻质材料能满足桥头填料的要求,能减小台后土压力，不挤压台背，有效降低了盖梁和桩基开裂的风险。依托实际工程，介绍了泡沫轻质土在施工现场的应用,采用数值模拟的方法研究密度与抗压强度对沉降的影响,根据安全性和经济性，设计密度为700kg/m3的泡沫混凝土效果较佳。对预压期不足造成运营道路沉降量较大,采用横向导管的形式换填气泡混合轻质土,处置后沉降速率趋于稳定,沉降量明显减少，避免了封闭交通。

3 城市连接线深挖高填路基项目技术分析

3.1 高边坡生态治理和稳定控制技术研究

3.1.1 红层砂岩高边坡开挖施工稳定控制技术

本工程开挖路段地层岩性基本为红层砂岩，岩石岩性偏软，受雨水冲刷侵蚀速度快，跨雨季施工时容易发生垮塌等问题，路段范围内最高边坡高达73m，在城市道路中比较少见。针对高边坡施工期稳定问题，开展岩石自然和饱和状态下的强度测试，开展岩层倾角、倾向等地质要素分析，结合经典边坡理论和必要的有限元分析，研究在不同开挖支护策略下的边坡稳定状况，根据分析成果，选择合理的高边坡开挖支护程序和施工策略，以保证红层砂岩道路高边坡施工期安全稳定。

3.1.2 城市道路高边坡生态治理技术

路段范围内边坡基本为岩质边坡，设计要求开挖后应完成绿化和植被覆盖，目前对于道路边坡生态治理，多采用喷播草籽的施工方法，但受基层、基质、坡度等生境条件影响，施工后植被可能存在生长不良等问题。

根据现场实际情况，开展以砂岩破碎料作为基质的边坡喷播生态治理技术研究。工程场址范围内土料缺乏，同时对于基层为岩石的边坡，喷播植被容易受到雨水冲刷的影响。结合项目团队已有研究基础，以砂岩破碎料作为基质，分析最佳喷播配比，并研究形成砂岩破碎料作为基质的边坡喷播生态治理工艺工法。

3.2 高填方路基泡沫混凝土填筑施工技术

3.2.1 高填方路基填筑料选择和路基稳定分析

拟建道路部分路段为S308两侧拓宽，拓宽段为高填方路基，填筑高度较大，且地质条件特殊，大部分处于软弱地基范围内。若直接采用衡重式路肩挡墙通过该段，地基承载力不能满足要求；路基挡墙高达14m，若采用常用普通土填筑，荷载加大，影响原有衡重式挡墙的稳定性。

针对上述问题，借鉴泡沫混凝土的轻质性优点，将泡沫混凝土引入路基填筑，进行砂砾石等普通填料和泡沫混凝土材料的技术、经济对比分析，结合路肩挡墙的稳定性分析，确定泡沫混凝土作为路基填筑的结构设计。

3.2.2 路基泡沫混凝土配合比设计和试验研究

基于泡沫混凝土的密度和强度等设计的要求，需要对它的配合比进行设计，然后通过室内的试验，来确保泡沫混凝土的配合比和合理的施工工艺都可以满足施工现场的要求。

3.2.3 路基泡沫混凝土填筑施工工艺研究

根据路基填筑和路肩支挡结构，设计路基填筑施工工艺流程，研究以挡墙作为模板的泡沫混凝土填筑施工方案，对材料、人力、设备投入进行分析统计，形成路基泡沫混凝土填筑施工工法。

3.3 技术与经济的指标

技术指标：①高速乐山城区连接线工程二期(通江连接线)施工质量达到优良水平；②总结一套成熟的红层砂岩地区道路高边坡开挖施工稳定控制方法；③总结红层砂岩高边坡开挖施工和路基泡沫混凝土施工技术，促进工程安全优质高效地完成；④形成红层砂岩高边坡开挖施工方法和路基泡沫混凝土施工方法。

社会经济指标：①项目研究的红层砂岩道路高边坡开挖施工技术，可以解决施工进度慢、施工安全风险高等问题，并节约施工成本；②研究应用路基泡沫混凝土填筑，可以有效解决路肩挡墙稳定问题，简化路基填筑沉降控制，加快施工进度；③保证边坡生态治理效果，因地制宜，合理利用当地材料，避免资源浪费，保护环境，对类似工程施工有参考价值。

所以城市连接线公路深挖高填路基项目主要考虑的是高边坡深挖施工技术和泡沫混凝土填筑施工技术，这两种技术都是需要考虑到城市连接线公路深挖高填项目上的整体稳定性以及生态环境不会受到太大的影响。同时对城市连接线公路深挖高填路基项目中两种技术的设计也需要研究人员将这些因素考虑全面，才可以正式进行施工。

4 结束语

项目从工程实际地形地质条件出发，结合岩石强度试验和理论分析计算，确定合理的道路高边坡开挖施工程序和参数，根据现场工艺试验分析，获得砂岩破碎料为基质的喷播植草工艺方法和参数；针对高填方路基、地质条件复杂的问题，结合路基结构稳定分析计算，提出泡沫混凝土路基填筑方案，根据室内和现场试验以及工程应用，形成一套经济实用的路基泡沫混凝土填筑施工工法，从而将项目工程完整地呈现出来。

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