山嶺區道路高填方場地整平設計要點研究

華貴龍

(1.安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司,安徽 合肥 230088；2.公路交通節能環保技術交通運輸行業研發中心，安徽 合肥 230000)

1 工程概況

本次高填方場地整平工程位于快捷通道隧道洞口北側、黃沙湖公園壩頂路下游、還建路南側,平整面積約94 824 m2。高填方場地整平區域南北兩側均為填方邊坡,最大填方高度約56 m左右。整平范圍內現狀存在環山坎水庫沖溝,長度約2.1 km,呈南西至北東走向。現狀水庫于本次場地整平范圍內采用鋼筋混凝土明溝排水,水流流量較小,雨季水量較大。溝岸有植被覆蓋,兩側岸坡坡度較陡,北西側坡度10～15°。南東側坡度25～40°,匯水面積約3.5 km2。

圖1

2 場地地質條件

路線所經區域出露的地層主要為第四系植物層(Q4pd)、第四系坡洪積(Q4dl+pl)層、第四系坡殘積(Q4dl+el)層、侏羅系中統自流井組(J2z),局部區域出現部分缺失,巖層由新到老分別如下:

植物層②2:紫紅、紫褐、褐紅色,由黏性土混植物根系組成,結構松散,稍濕～濕。

粉質黏土③:紫紅、紫褐色,呈硬塑狀態,局部可塑狀態,稍濕。無搖振反應,有光澤,干強度及韌性中等。

粉質黏土④:紫紅、褐紅色,呈硬塑狀態,局部可塑狀態,稍濕。無搖振反應,有光澤,干強度高,韌性中等。含泥巖風化碎塊、碎屑,碎塊表面均可見褐黑色鐵錳質氧化膜。

強風化泥巖⑥11:紫紅色,泥質結構～砂泥質結構,薄～中層狀構造,強風化,節理裂隙極發育,巖體破碎～極破碎,巖芯呈2～8cm的碎塊狀及少量短柱狀,碎塊手可折斷,巖芯采取率R為80%,RQD為0～10%,屬于極軟巖。

中風化泥巖⑥13:紫紅色,泥質結構～砂泥質結構,中厚層狀構造,中等風化,節理裂隙不發育～較發育,巖體較完整～完整,巖芯呈10～80 cm的長柱狀、柱狀、短柱狀及5～8 cm的碎塊狀,碎塊錘不易擊碎。巖芯采取率R=60%～100%,RQD為30%～60%,屬于極軟巖。

表1 各巖土層主要物理力學指標建議值表

根據勘察結果,擬建場地整平區域場地內無全新世活動斷層通過;場地原始地形為低山丘陵及山間凹地,起伏較大。場地內未見滑坡、泥石流及地面沉降等影響場地穩定性的不良地質作用發育;場地表層分布的植物層、黏性土、風化巖為場地內特殊性巖土,考慮到植物層厚度較小可進行清除,對黏性土進行地基處理后對路基影響較小。綜合評價,擬建場地整體穩定,具備場地整平條件。

3 場地整平總體方案

3.1 整平方案

每次填筑5.0 m,初步整平后采取強夯施工處理,強夯完畢后靜置1～2周,填筑下一級,直至填平至設計場地高程563.0 m,擋墻設置區域20 m范圍內未避免強夯施工對墻體構造造成損壞,設計采用分層碾壓施工,同時考慮到場地整平561至563高程時填筑厚度較小,設計采用分層碾壓法施工。

3.2 強夯設計參數及施工工藝

3.2.1 設計參數

本工程場地整平采用分層回填、分層強夯的施工方法,填筑體回填強夯按照由下至上的原則分層施工,按照每層厚度5 m層進行強夯處理。

(1) 錘重與落距:要求單擊夯擊能不小于4 00 kN·m,錘重可選擇20 t,落距20 m左右,據試夯情況調整。錘底面積5～8 m2,應控制夯錘的寬高比,以防止偏錘現象。

(2) 夯擊點布置與間距:① 夯擊點布置本次設計夯擊點布置為正方形。強夯處理范圍坡腳外側不小于3 m。

② 夯擊點間距、夯距的確定,根據地基土的性質和處理深度,第一遍(主夯)及第二遍(副夯)的夯擊點間距為5 m,以保證使夯擊能量傳遞到深處和保護夯坑周圍所產生的輻射向裂縫為基本原則。至于，夯距，施工時可據試夯資料調整。

(3)夯擊擊數與遍數：

① 擊數：每遍每夯點的擊數可通過試驗確定,且應同時滿足下列條件:最后兩擊的夯沉量不大于50 mm;夯坑周圍地面不應發生過大隆起;不因夯坑過深而發生起錘困難。

總之,各夯擊點夯擊數,應使土體豎向壓縮最大,而側向位移最小為原則,一般為4～10擊。

② 遍數:夯擊的遍數應根據地基土的性質和平均夯擊能確定。一般采用1～8遍,對粗粒土夯擊遍數可少些,對細粒土則夯擊遍數要求多些。最后一遍是以低能量“搭夯”,即錘印彼此搭接。

(3)間歇時間:各遍間的間歇時間取決于加固土層中超靜孔隙水壓力消散所需要時間,黏性土地基一般為3～4周。

3.2.2 施工要求

(1)強夯施工次序:

①滿夯:由道路外側向道路內側,由處理范圍的起終點向中間,采用低能量逐排(落距暫定10 m)滿夯,夯印重疊1/4,擊計數由試驗段確定,暫定為3擊。

②點夯:由道路外側向道路內側,由處理范圍起終點向中間,間隔強夯,直至滿足夯沉量不大于10 cm要求,擊數由試驗段確定,暫定為7擊。

③滿夯:采用低能量逐排滿夯(落距暫定10 m左右),夯印重疊1/4,擊數由試驗段確定。

(2)強夯施工要求：

強夯施工可按下列步驟進行:

① 清理并平整場地;場地地下水位以上必須保持3.5 m以上的覆蓋層厚度,當不滿足這一要求時,應采取降水措施。

② 標出第一遍夯擊點的位置,并測量場地高程。

③ 起重機就位,使夯錘對準夯點位置。

④ 測量夯前錘頂標高。

⑤ 將夯錘起吊到預定高度,待夯錘脫鉤自由下落后放下吊鉤,測量錘頂高程;若發現因坑底傾斜而造成夯錘歪斜時,應及時將坑底填平。

⑥ 重復步驟⑤按設計規定的夯擊次數及控制標準,完成一個夯點的夯擊;當夯坑過深出現提錘困難,又無明顯隆起,而尚未達到控制標準時,采用碎石土將夯坑回填不超過1/2深度后,繼續夯擊。

⑦重復步驟④⑥,完成第一遍全部夯點的夯擊。

⑧ 用推土機將夯坑填平,并測量場地高程。

⑨ 在規定的時間間隔后,按上述步驟逐次完成全部夯擊遍數,最后用低能量滿夯,將場地表層土夯實,并測量夯后場地高程;若地下水位較高,夯坑積水影響施工時,宜采用人工降低地下水位。夯坑或場地積水應及時排除。

(3)滿夯施工要求:

滿夯施工可按下列步驟進行:

① 平整場地。

② 測量場地高程,放出一遍滿夯基準線。

③ 起重機就位,將夯錘置于基準線端。

④ 按照夯印搭接1/4錘徑的原則逐點夯擊,完成規定的夯擊數。

⑤ 逐排夯擊,完成一遍滿夯,用方格網測量場地高程。

⑥ 場地整平。

(4) 保護措施:為避免強夯施工產生的震動可能帶來的不利影響,在臨近道路、建筑(構筑)物一側進行強夯施工時需在施工紅線以外開挖隔震溝。隔振溝開挖寬度為2 m,深度不小于1.5 m。

(5) 現場測試設計:現場的測試工作是強夯施工中的一個重要組成部分。為此在大面積施工之前應選擇面積不小于400 m2的場地進行現場試驗,以便取得設計數據。對地面沉降、深層沉降和水平位移進行觀測。其目的是：

① 了解地表隆起的影響范圍及墊層的密實度變化。

② 研究夯擊能與沉降量的關系,用以確定單點最佳夯擊能量。

③ 確定場地平均沉降和搭夯的沉降量,用以研究強夯的加固效果。

3.3 場地整平設計安全性驗算

3.3.1 路堤沉降計算

取K2+695處填土高度最大斷面(填土高度約56 m),借助GEO5巖土工程有限元分析軟件地基固結沉降分析模塊,進行該斷面處高路堤填筑固結設計驗算。

圖2 理論計算模型

設計路堤填筑,每5 m分層強夯一級,邊坡坡率不小于1∶1.5,場地整平至場地高程563 m后,自然靜置2年,待沉降穩定后,再填筑快捷通道路堤部分。計算結果如圖3、圖4所示。

圖4 路基沉降固結豎向位移值(道路運行15年后)

經計算,施工2.5年道路建成后路基沉降已趨于穩定,在運行15年后,道路基本無豎向沉降,滿足《公路路基設計規范》(JT GD30-2015)[1]、《城市道路工程設計規范》(CJJ 37-2012)(2016版)[2]、《城市道路路基設計規范》(CJJ 194-2013)[3]、《公路路基施工技術規范》(JTG F10-2006)[4]中的路基沉降相關要求。

3.3.2 邊坡穩定性計算

采用GEO5巖土工程有限元分析軟件土質邊坡穩定性分析模塊,對K2+695斷面進行邊坡穩定性分析,計算理論模型如圖5所示。

圖5 邊坡穩定性分析模型

在忽略坡腳路堤擋墻支擋作用下,經計算邊坡穩定安全系數為1.43>1.35,滿足規范要求。鑒于在未設置路堤擋墻的情況下,邊坡穩定安全系數富余較小,考慮到足夠的安全儲備,設計于迎賓路路堤坡腳位置增設路堤擋墻,擋墻埋深5.0 m,外露2.0 m。

4 結束語

相對于分層碾壓法,強夯法具有工藝簡單、受填料粒徑制約小、施工效率高、施工質量容易保證、工后沉降小且費用較低的優點。該方案可用于山嶺區高填方工程項目中。