多雨地區(qū)高速公路庫區(qū)浸水路堤防護設(shè)計及施工質(zhì)量控制

古振榮，吳 帆，馬治國，袁 超

（中電建路橋集團有限公司，北京 100048）

0 引言

隨著國家《關(guān)于印發(fā)“十三五”現(xiàn)代綜合交通運輸體系發(fā)展規(guī)劃》的持續(xù)實施，山地、丘陵等地區(qū)的高速公路網(wǎng)得到了進一步完善。在山丘地區(qū)高速公路的選線設(shè)計過程中，路線經(jīng)常需要沿河流或水庫而行，因而水庫區(qū)高速公路的浸水路堤建設(shè)不可避免［1］。由于多雨地區(qū)豐富的水資源，水庫區(qū)浸水路堤填料往往受到長期浸泡，強度下降后極易造成路基沉降及邊坡失穩(wěn)［2］；另外，水流的沖刷作用［3］和水位變化導(dǎo)致的滲流作用也會直接影響路堤的穩(wěn)定性，給浸水路堤的設(shè)計施工和運營維護帶來巨大挑戰(zhàn)［4］。因此，針對多雨地區(qū)高速公路浸水路堤工程特點，圍繞高速公路路堤填筑基本要求，從工程實踐中總結(jié)高速公路庫區(qū)浸水路堤的施工方法，對多雨地區(qū)高速公路規(guī)劃與建設(shè)具有重要意義。

1 工程概況

佛清從高速公路北段工程建設(shè)項目 K41+000～K41+160 段位于地方水庫，由于地處多雨地區(qū)，周圍山體匯水量較大，路基形成后，邊坡及坡腳長期受浸泡、沖刷，屬于長期浸水路堤，有必要在防護設(shè)計和施工中采取相應(yīng)措施以提供質(zhì)量保證。

2 防護設(shè)計

不同于一般路堤，庫區(qū)浸水路堤往往會受到更為惡劣的環(huán)境作用。因此，針對庫區(qū)環(huán)境特點，需要從浸水防護的角度對路堤主要設(shè)計參數(shù)進行設(shè)計探討。

2.1 路堤高度

根據(jù) JTGD 30－2015《公路路基設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，路堤高度的計算如式（1）所示。

式中：H為路堤合理高度，m；h1為設(shè)計洪水頻率水位高度，m；hw為波浪侵襲高度，m；hbw為壅水高度，m；Δh為安全高度，m；hl為中濕狀態(tài)路基臨界高度，m；hp為路面厚度，m；hwd為路基工作區(qū)深度，m；hf為季節(jié)性凍土地區(qū)路基凍深，m。

由規(guī)范公式可知，路堤高度主要考慮洪水、中濕路基、施工和凍土因素的影響。另外現(xiàn)行 JTG B01－2014《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，各等級公路受水浸淹的路基應(yīng)滿足洪水期間救災(zāi)通道的功能要求以及保證路基安全穩(wěn)定。結(jié)合水庫區(qū)浸水路堤特點，可得此類路堤高度主要受洪水影響，即水庫區(qū)浸水路堤高程應(yīng)為規(guī)定設(shè)計洪水頻率的計算水位加波浪侵襲高度、壅水高度及安全高度之和，如式（2）所示。

其中安全高度通常取 0.5 m。

2.2 路堤斷面

水庫路堤往往容易受到水位變化［5］、兩側(cè)水位差［6］的影響。多雨地區(qū)水位變化快、水庫路堤兩側(cè)水位差大，極易影響土體中滲透動水壓力方向，導(dǎo)致路堤邊坡凸起或滑坡，破壞路堤邊坡的穩(wěn)定［7］。因此，路堤浸水部分須采用透水能力強、堅硬不易風(fēng)化的材料填筑，如中粗砂、砂礫石、片石或塊石等。結(jié)合當(dāng)?shù)馗鞑牧汐@取成本，綜合考慮選取片石和塊石作為下部填料。路堤上部則主要依據(jù)“因地制宜”的思想，選用取土距離近、水穩(wěn)定性好、壓縮性小的普通土作為填筑材料。

浸水路堤的斷面形式按高邊坡砌筑為梯形。考慮到填筑材料浸水后抗剪強度降低及滲透壓力改變，需適當(dāng)減緩邊坡坡率。參考一般路基邊坡坡率規(guī)定，最終將底部填石路堤邊坡坡率設(shè)置為 1∶2，保證在多雨季節(jié)水庫洪峰、路基底部壓力巨大及水流沖刷強烈［8］的情況下路基依然穩(wěn)定；上部普通土路堤坡率同理進行放緩處理，設(shè)置為 1∶1.75。另外，浸水邊坡頂面處設(shè)置寬度為 2 m 的平臺，加強路堤整體穩(wěn)定性的同時可作為邊坡維護和防洪搶險通道。浸水路堤斷面如圖 1 所示。

圖1 浸水路堤設(shè)計斷面示意圖

2.3 邊坡防護

為防止細小土、石顆粒被滲透水帶走，在填土層與填石層之間設(shè)置反濾層，其從下至上依次為級配碎石、土工織物和砂墊層。級配碎石采用石質(zhì)堅硬、不易風(fēng)化的礫石，其中粒徑不超過 0.5 cm 的碎石不少于 30 %，鋪墊厚度為 20 cm；土工織物采用 350 g/m2的無紡?fù)凉げ迹穸燃s 2.7 mm，CBR 頂破強力超過 1.8 kN，斷裂強力超過 11 kN/m，具有抗拉強度高、滲透性好、抗冷凍、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點，是路堤加固防護的理想材料［9］；砂墊層將土工布與上層填土隔開并保護土工布不被破壞，鋪墊厚度為 30 cm。

另外，路堤邊坡反濾層在砌筑邊坡外設(shè)置土工織物及 12 cm 厚現(xiàn)澆 C20 混凝土護坡。土工織物選用相同規(guī)格的無紡?fù)凉げ迹珻20 混凝土護坡可有效防治水流沖刷［10］，相比于漿砌片石更加穩(wěn)定可靠。

同時，作為路堤“脆弱”部位，坡腳也應(yīng)加固防護。首先在護坡基礎(chǔ)下設(shè)置約 50 cm 砂墊層，提高路基承載力的同時可有效減小沉降量；然后用混凝土砌筑 200 cm 護坡基礎(chǔ)，提高坡腳抗沖刷能力；最后在坡腳設(shè)置片石石垛，緩沖水下障礙物對基底的碰撞。

3 施工工藝

為保證工程質(zhì)量，項目施工工藝仍然遵循準(zhǔn)備、施工和整修“三階段”，填筑、整平、壓實和檢測“四區(qū)段”，施工準(zhǔn)備、基底處理、分層填土、攤鋪整平、灑水或晾曬、碾壓、質(zhì)量檢驗和路基整修“八流程”組織標(biāo)準(zhǔn)［11］，如圖 2 所示。

圖2 浸水路堤施工工藝流程圖

4 施工質(zhì)量控制

4.1 施工準(zhǔn)備

施工前期準(zhǔn)備階段，首先需要對施工人員進行技術(shù)交底，科學(xué)地進行施工組織設(shè)計。然后根據(jù)水庫面積、水量等因素確定抽排水后的無水施工或圍堰施工，圍堰施工受水深、風(fēng)力、地面起伏等多種因素影響，應(yīng)綜合考慮確定圍堰高度及圍堰范圍，并定期維護。最后進行測量放線，利用全站儀測定路基中心線和邊線，并用石灰標(biāo)記，同時設(shè)置基底臨時排水溝。

4.2 基底處理

首先應(yīng)清除基底植被、淤泥和腐殖土，檢驗基底承載能力，若為軟弱地基，可根據(jù)軟土深度選擇澆筑水泥攪拌樁或換填法進行軟土地基處理。水泥攪拌樁施工須嚴(yán)格按照設(shè)計和規(guī)范進行，前期做好試樁試驗，確定相關(guān)技術(shù)參數(shù)，換填法應(yīng)選用強度高、壓縮性小的滲水材料回填，同時注意分層填筑、分層壓實，保證基底具有足夠承載力。

4.3 填料運輸及檢驗

運輸車取料時應(yīng)保證填料的均勻性，避免粒徑、風(fēng)化程度差異過大，對于粒徑過大的石料應(yīng)統(tǒng)一堆放以便改小。自卸汽車應(yīng)根據(jù)天氣情況將填料覆蓋運輸，防止高溫或雨水影響填料的自然含水量。對施工現(xiàn)場堆放的填料應(yīng)進行抽樣檢測，填料中不能出現(xiàn)草皮、垃圾、腐殖土等雜質(zhì)，另外取料場變化時也應(yīng)及時檢驗強度、粒徑、風(fēng)化程度等性質(zhì)的變化，保證同層填料的一致性。

4.4 填料堆放與攤鋪

填料堆放應(yīng)以“便于攤鋪”為原則提前規(guī)劃，科學(xué)地把控堆放量、堆放位置等具體環(huán)節(jié)，在保證施工質(zhì)量的前提下縮短工期，減小成本。攤鋪時應(yīng)首先用推土機將填料基本鋪平，測量此層各部位填料厚度，邊部或中間局部凹凸處用人工調(diào)整，同時時刻關(guān)注天氣狀況，松鋪不可淋雨或過夜。

4.5 整平

攤鋪完成后，平地機應(yīng)由兩邊向線路中心刮平，在平曲線上，平地機應(yīng)由曲線內(nèi)側(cè)向外刮平，必要時可回刮一遍。局部明顯空洞、縫隙處，應(yīng)人工鋪灑小粒徑填料充滿。最終效果應(yīng)達到每層整體平整，無明顯凹凸，表面保持約 3 % 橫坡，側(cè)邊無坍落。

4.6 碾壓

碾壓為路堤填筑施工中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到路堤的填筑質(zhì)量及整體穩(wěn)定性。為達到理想密實度，應(yīng)選用振動壓路機與沖擊式壓路機組合碾壓。碾壓順序應(yīng)按照先低后高、先兩側(cè)后中間進行，操作程序為靜壓與振壓交替進行，且每輪振動強度逐漸提高。各壓實線路應(yīng)相互平行，前后相鄰碾壓區(qū)段應(yīng)重疊約 100 cm，縱向碾壓線路應(yīng)相互重疊約 50 cm，相鄰填料層碾壓接頭應(yīng)大于 300 cm。具體碾壓遍數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗確定，禁止盲目碾壓，振動壓路機碾壓速度應(yīng)控制在 3～6 km/h，40 t 沖擊式壓路機碾壓速度控制在 10～12 km/h，層厚每增加 2 m 即須使用沖擊式壓路機進行補充碾壓，約 20 遍。

4.7 灑水或晾曬

每層填筑碾壓時，均需要測定填料含水率，通過灑水或晾曬調(diào)整達到最佳含水率，保證達到足夠的密實度。灑水主要包括底層潤濕、主灑和補灑三步。

4.8 質(zhì)量檢驗

質(zhì)量檢驗主要指填筑過程中對松鋪厚度、橫向坡度、平整度、填料含水率和碾壓重疊距離等的檢測。攤鋪整平后，若松鋪厚度、橫向坡度和平整度不合格，即應(yīng)重新調(diào)整直至滿足施工要求；填料含水率必須達到相應(yīng)最佳含水率，否則不能碾壓；碾壓重疊距離應(yīng)由專人監(jiān)督記錄，確保規(guī)范合格。每層施工完成報驗合格后，才能進行新一層的施工，同時應(yīng)設(shè)置沉降觀測樁，按要求持續(xù)、長期進行沉降觀測和評估。

4.9 邊坡防護

路堤填筑完成后，應(yīng)對坡面進行整平處理，由監(jiān)理人驗收基面，基面坡度、尺寸等應(yīng)符合圖紙要求。然后鋪設(shè)土工布，鋪設(shè)長度應(yīng)根據(jù)材料受力方向、接頭數(shù)量和位置確定，施工過程中應(yīng)避免一切可能損壞土工布的作業(yè)，鋪設(shè)完成后應(yīng)用柔軟重物壓住，直至上層碎石墊層鋪完。最后立模，布設(shè)排水管，澆筑坡面混凝土。施工時應(yīng)根據(jù)圖紙精準(zhǔn)確定分縫位置，每 20 m 設(shè)置一道 2 cm 變形縫，另應(yīng)設(shè)置橫、縱向 2 cm 施工縫，用瀝青填注。

5 結(jié)語

1）多雨地區(qū)高速公路浸水路堤施工前，應(yīng)充分考慮洪峰、滲透動水壓力和水流沖刷的影響，選取合理的路堤高度、斷面形式，并做好防護處理。

2）根據(jù)路堤填筑施工現(xiàn)狀及相關(guān)規(guī)范，提出了準(zhǔn)備、施工和整修三階段各工序的施工及檢驗方法，為浸水路堤的安全穩(wěn)定提供保障。

3）路堤邊坡防護采用土工織物外澆C20混凝土護坡，另外設(shè)置反濾層、護坡基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)，能有效保護路堤，減小水流的侵蝕。Q