強風化白砂土高填方路基的設(shè)計與施工

柯賽華，謝 群，曹俊昌

（江西贛北公路勘察設(shè)計院，江西 九江 332700）

0 引言

省道S304修水縣遼源至南樓嶺段公路是江西第一橫（省道304）中一段，為出境公路，連接湖北通城與江西修水，交通量較大。本次施工按照一級公路標準進行改建。原公路線形較差，個別路段有回頭彎等盤山線形。分水嶺進出口高程差達70m，直線長度1 000m，如果采用隧道方案，難以滿足規(guī)范要求，且工程投入也較大。為了通過該區(qū)域，使路線達到一級公路標準，決定采用填挖方案。由于該路段地質(zhì)為全風化巖層，如采用上述方案，會涉及到高填深挖路基邊坡的穩(wěn)定分析、高填方路基質(zhì)量控制、填筑沉降計算分析及涵洞等附屬結(jié)構(gòu)設(shè)計四大問題。

1 邊坡穩(wěn)定性分析

由于路堤填挖土為砂性土，路堤及路塹邊坡穩(wěn)定性分析采用直線力學(xué)分析法。邊坡破壞時，破裂面近似于平面，土的抗力以內(nèi)摩擦力為主，黏聚力較小，其穩(wěn)定系數(shù)K采用（1）式進行計算：

式中：F為沿破裂面的抗滑力（kN）；T為沿破裂面的下滑力（kN）；G為土楔體重量及車載換算重量（kN）；ω為破裂面對于水平面的傾斜角（°）；φ為路堤土體的內(nèi)摩擦角（°）；c為路堤土體的單位黏聚力（kPa）；L為破裂面的長度（m）。

本土體經(jīng)過土工試驗確定內(nèi)摩擦角為25°，單位黏聚力為10kPa。通過多個破裂面的試算，高填方路堤堤身穩(wěn)定性計算值為1.423。深挖方路塹堤身穩(wěn)定性計算值為1.273。陡坡路堤堤身穩(wěn)定性計算值為1.664，路堤沿斜坡滑動的穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。由此可知，填方邊坡采用三級邊坡（1.5∶1.75∶2.0），挖方邊坡采用四級邊坡（1.0∶1.25∶1.5∶1.75）。穩(wěn)定性要求可以滿足。個別特殊路段采用上下?lián)鯄Φ淖o坡輔助方式，可使邊坡達到計算要求。在實際開挖過程中，挖方路段弱風化巖較多，更有利于邊坡的穩(wěn)定。

2 高填方路基質(zhì)量控制

2.1 路基填筑試驗

K508+800～K511+000路段內(nèi)，填挖土方共計85萬m3，工程量較大，利用外運土明顯不經(jīng)濟，利用原挖方土則更為實際。

本路段內(nèi)都是風化花崗巖，表層是10～40m不等的強風化砂性土，簡稱白砂土。在江西省九江市，對該土的高填深挖施工還屬首次。為了避免填筑后出現(xiàn)難以處理的病害，滿足路基規(guī)范要求，需在填筑前進行填筑壓實試驗和土工試驗，掌握該土的填筑特性。

工可階段進行了土工試驗，掌握了詳細的土工數(shù)據(jù)。該砂土為中砂土，相對密實度為0.71g/cm3，為密實土，整體強度較高。

路基的層間壓實是路基填筑控制的重點，路基壓實度是保證路基強度和路面使用質(zhì)量的關(guān)鍵，直接影響到路面的使用性能及壽命。如果路基壓實度不足，運營過程中路面就可能產(chǎn)生轍槽、裂縫、沉陷等病害，使路面產(chǎn)生剪切破壞。填筑試驗選在K508+800～K509+000填方段，填高為25～28.62m。按照10m一層控制壓實度，最底層壓實度≥95%，表層壓實度≥97%。分層填筑分層碾壓，攤鋪厚度控制在25cm內(nèi)，填筑效果較好。

2.2 路基填筑施工及監(jiān)控

采用水平分層填筑法施工，機械壓實過程中，分層的最大松鋪厚度不應(yīng)超過25cm。填筑至路床頂面最后一層的最小壓實厚度，不應(yīng)小于8cm。路堤邊緣往往壓實不到位，土體較松散，易造成雨后滑坍，故在施工過程中邊緣部位要求寬填50cm，以保證全寬路基的壓實。碾壓時，要求按由外側(cè)向內(nèi)側(cè)的順序進行，碾壓遍數(shù)應(yīng)與試驗路段中確定的相符，以保證每層達到設(shè)計規(guī)定的壓實度。施工中松鋪厚度的控制采用插桿掛線，隨機挖孔及水準量測綜合控制。

填筑過程中，K510+000～K510+100填方段，路基換填沒有處理到位，雨季出現(xiàn)過透水崩塌病害。經(jīng)研究，重新處理路基，做好硬面護坡、邊溝和截水溝排水，有效避免了類似情況的再次出現(xiàn)。

3 填筑沉降計算分析和病害監(jiān)控

路基沉降主要是自重作用。在填筑階段控制好填筑質(zhì)量，處理好路基下部的換填和加固工作，就可以準確分析出最后路基填筑的最大沉降量。最大填筑沉降量由兩部分組成：路基沉降和路堤固結(jié)沉降。實際施工過程中，按照表1所示進行質(zhì)量控制和病害監(jiān)控，效果較好。

表1 沉降控制和病害監(jiān)控表

K508+990～K509+000填方段，路基填高達到28.62m，是本次設(shè)計的最高填土高度。在路基夯實和換填基礎(chǔ)上，路基沉降為157.6mm，路堤固結(jié)沉降為19.98mm；總沉降量為177.6mm；考慮到其他因素的影響，填土預(yù)定上拱度為25cm。與沉降監(jiān)控實際數(shù)據(jù)較為吻合。水泥混凝土面板運營情況較好，沒出現(xiàn)影響安全性和舒適性的病害。

4 高填方涵洞設(shè)計

本高填深挖路段經(jīng)過實地勘測，需要設(shè)置五道過水或者過車涵洞。由于白砂土的化學(xué)環(huán)境決定了不能采用鋼波紋管等新型涵洞形式，考慮到填土高度較大，決定采用混凝土拱涵。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。根據(jù)水力和涵身結(jié)構(gòu)計算，確定拱圈尺寸如表2所示。

表2 拱圈尺寸表

5 結(jié)論

（1）對于地形不適合建設(shè)隧道，但又要滿足路線線形指標的砂性土地段，如采用高填深挖方案，則經(jīng)濟效益較明顯。

（2）在防護措施到位，排水構(gòu)造合理的前提下，白砂土邊坡填挖方高度在30m內(nèi)，采用3～4級邊坡，經(jīng)過分析計算，邊坡穩(wěn)定系數(shù)均大于1.25，滿足規(guī)范要求。實際工程的效果也較好。

（3）密實的中砂土，采用水平分層填筑法施工，以壓實度作為控制指標，滿足本文其他的參數(shù)要求，填筑路基整體強度和穩(wěn)定性都可以滿足工程要求。

（4）填筑沉降分為路基沉降和路堤固結(jié)沉降，前者是后者的6～9倍，表明處理好地基對路基整體穩(wěn)定的重要性。填筑質(zhì)量與路面病害有直接關(guān)系，施工中要引起足夠的重視。總預(yù)拱度在1.2Sd～1.4Sd內(nèi)，較為合理。

（5）高填方涵洞采用水泥混凝土拱涵較為安全和經(jīng)濟，使用本文所列技術(shù)參數(shù)，可以滿足相關(guān)的工程要求。

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