公路高填方路基設(shè)計(jì)及施工關(guān)鍵技術(shù)

苑 藝

中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710069

1 工程概況

陜西洛南至河南盧氏高速公路由洛南縣經(jīng)柏峪寺、靈口、陜?cè)ソ绾笾帘R氏縣，長(zhǎng)55.535km，整體式路基寬度為26m，分離式路基寬度為13m，設(shè)計(jì)速度為100km/h。路面結(jié)構(gòu)方面，主線采用的是瀝青混凝土，汽車荷載等級(jí)為公路Ⅰ級(jí)，最大縱坡為3.5%。

2 公路高填方路基的設(shè)計(jì)原則

（1）綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)地形、地質(zhì)條件，遵循因地制宜的原則，做好平、縱、橫綜合設(shè)計(jì)工作，有針對(duì)性地優(yōu)化邊坡坡率。（2）遵循材料效益最大化的原則，合理利用挖余土石方，將該部分材料用于路基填筑施工，減少材料運(yùn)輸工作量，縮短作業(yè)時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)效益。（3）注重細(xì)節(jié)部位的設(shè)計(jì)，如橋涵及結(jié)構(gòu)物臺(tái)背，尤其是深挖方路段、臨河路段等一系列特殊的路段，視現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件采取防護(hù)措施，包含但不限于工程防護(hù)、植物防護(hù)以及兩者的綜合型手段。（4）加強(qiáng)防排水設(shè)計(jì)，綜合應(yīng)用截、排、引等相關(guān)措施，使公路排水自成系統(tǒng)，避免積水，緩解因水的流動(dòng)而帶來(lái)沖刷邊坡、水土流失等問(wèn)題。

3 公路高填方路基設(shè)計(jì)

3.1 高填方路基的高度和分級(jí)

高填方路基的規(guī)模較大，宜采取分級(jí)設(shè)計(jì)的方法，各級(jí)高度設(shè)為5m，為了保證其穩(wěn)定性，不宜超過(guò)3級(jí)，即高度需在15m以下。若因特殊情況而導(dǎo)致填方高度達(dá)到15m以上，需考慮橋梁建設(shè)方案，從技術(shù)可行性、安全性、經(jīng)濟(jì)效益性等多角度對(duì)路基和橋梁兩項(xiàng)方案做對(duì)比分析，確定綜合應(yīng)用效果較佳的方案。

3.2 路基邊坡設(shè)計(jì)的考慮因素

（1）高填方路段較為適宜的是分級(jí)放坡的方法，一級(jí)最陡坡度控制為1∶1.5，后續(xù)的兩級(jí)邊坡適當(dāng)放緩，分別為1∶1.75、1∶2。在相鄰兩級(jí)邊坡間設(shè)2m寬的平臺(tái)，并于該處修筑排水溝，提高排水效率。此外，在最后一級(jí)邊坡的坡腳處加強(qiáng)防護(hù)，可以設(shè)置護(hù)腳擋墻。分級(jí)放坡示意圖如圖1所示。

圖1 分級(jí)放坡示意圖

（2）做好高填方路基邊坡的防護(hù)工作，較為可行的方法為植物防護(hù)、工程防護(hù)，或是兼容兩者的綜合型防護(hù)模式，切實(shí)保證邊坡的穩(wěn)定性，提高水土涵養(yǎng)水平，避免滑塌。

3.3 高填方路基填料的質(zhì)量控制

（1）以級(jí)配良好的粗粒土為宜，礫類土、砂類土等均具有可行性，最大粒徑在15cm以下。（2）在細(xì)粒土的選擇方面，液限＞50%、塑性指數(shù)＞26的細(xì)粒土不可直接投入使用。（3）腐殖土、雜填土等各類病害土體不可投入使用。（4）就近取土，充分利用挖方產(chǎn)生的土料，經(jīng)協(xié)調(diào)后盡可能用于周邊高填方路基段的施工，此舉一方面可以降低材料的取用難度，縮短材料運(yùn)輸時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)效益；另一方面可以避免挖方土料隨意堆放的問(wèn)題（易造成環(huán)境污染）。

3.4 高填方路基和邊坡的計(jì)算復(fù)核

通過(guò)極限平衡方法進(jìn)行計(jì)算與分析，對(duì)高填方路基和邊坡的施工狀況形成準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。各類邊坡的破裂面形狀存在差異，在分析時(shí)需選定與之相適配的特定分析模式，對(duì)于含大量粗粒土或砂性土的破裂面，其在形態(tài)方面通常呈直線形；對(duì)于含大量細(xì)粒土的破裂面，則以圓弧形為主；滑坡的滑動(dòng)面則缺乏規(guī)則性，通常呈變化較大的折線形。

經(jīng)過(guò)計(jì)算與分析，若實(shí)際結(jié)果滿足安全性要求，則意味著所設(shè)置的坡度以及采取的防護(hù)措施具有可行性，可以按流程進(jìn)入后續(xù)工作環(huán)節(jié)；若計(jì)算結(jié)果不達(dá)標(biāo)，則需再次分析，重新定義邊坡，優(yōu)化填料類型和防護(hù)措施后再做計(jì)算，直至實(shí)測(cè)結(jié)果滿足要求為止。

以邊坡計(jì)算結(jié)果為參考依據(jù)展開(kāi)計(jì)算，以便確定公路高填方沉降量，其中以路基容許工后變形量最為關(guān)鍵，分情況考慮，快速路、主干路為30cm，次干路、支路為50cm。在此方面的計(jì)算中，常采用的是彈塑性模型的方法，將計(jì)算結(jié)果與變形許可范圍做對(duì)比分析，若不滿足要求，則做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，直至得到有效的控制為止。

3.5 特殊地段高填方路基的處理方法

從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況出發(fā)，選擇合適的施工技術(shù)，制訂科學(xué)可行的方案，通過(guò)先進(jìn)技術(shù)、優(yōu)質(zhì)材料及機(jī)械設(shè)備、高素質(zhì)人員的共同配合，降低特殊地段高填方路基的處理難度。關(guān)鍵處理方法如下：（1）若自然地面的土質(zhì)條件較好，含水量、承載力等方面均可滿足要求，則采取先清表、后填筑的處理方法，清表厚度以60cm左右為宜。（2）若現(xiàn)場(chǎng)存在雜填土層（人工填土層），缺乏足夠的穩(wěn)定性，需將其清理干凈，直至到達(dá)原土層為止，此后再于該處組織路基填筑作業(yè)，使路基恢復(fù)完整狀態(tài)，并保證路基的平整性與密實(shí)性。人工填土層厚度達(dá)到5m以上時(shí)，與樁基處理方案做對(duì)比分析，選擇綜合應(yīng)用效果最佳的方案。（3）若施工現(xiàn)場(chǎng)的地下水位較高，則會(huì)加大清表作業(yè)難度。對(duì)此，首先可采取淺層片塊石換填的處理方法，此部分厚度約1m，再填筑路基。（4）遇膨脹土、軟土等特殊路段時(shí)，分情況考慮，淺層可以采取換填片塊石的方法，深層則按照先樁基處理、后路基填筑的思路有序操作。

通過(guò)上述相關(guān)方法的合理應(yīng)用，可有效改善施工條件，避免了公路成型后路基在水的侵蝕作用下出現(xiàn)變形、沉降等異常狀況。

4 公路高填方路基施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 準(zhǔn)備工作

（1）正式施工前做好技術(shù)交底，使全體施工人員掌握?qǐng)D紙的要求以及各項(xiàng)細(xì)節(jié)，對(duì)高填方路基的施工情況形成準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，提高施工的規(guī)范性，從源頭上規(guī)避質(zhì)量問(wèn)題和安全問(wèn)題。（2）以施工要求為導(dǎo)向，配置高素質(zhì)的施工隊(duì)伍，安排材料和機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)，加強(qiáng)對(duì)材料的質(zhì)量檢驗(yàn)以及對(duì)設(shè)備的性能檢驗(yàn)，由此滿足現(xiàn)場(chǎng)施工對(duì)于物資的需求。（3）以設(shè)計(jì)圖紙為準(zhǔn)，完成路基兩側(cè)邊線、道路中心線等處的測(cè)量放樣工作，并設(shè)置控制樁，間距不超過(guò)50m，給正式施工提供參照基準(zhǔn)。（4）根據(jù)上文分析可知，填料的質(zhì)量是影響整體施工效果的關(guān)鍵因素，因此需在施工前抽樣并做物理力學(xué)試驗(yàn)，通過(guò)此途徑判斷填料的質(zhì)量，若滿足要求則投入使用，若不滿足要求則調(diào)配合格的填料。（5）施工現(xiàn)場(chǎng)存在軟基時(shí)，采取清淤換填處理措施。（6）根據(jù)高填方路基施工現(xiàn)場(chǎng)的水文條件，埋設(shè)合適規(guī)格、合適數(shù)量的塑料排水管等相關(guān)設(shè)施，增強(qiáng)排水效果，減小水損害。

4.2 攤鋪?zhàn)鳂I(yè)

根據(jù)填料供應(yīng)場(chǎng)地和施工現(xiàn)場(chǎng)的位置關(guān)系，提前規(guī)劃一條運(yùn)輸距離短、平順性好的路線，配置適量的自卸車用于材料轉(zhuǎn)運(yùn)。自卸車裝料后，沿著該路線有序運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，確保填料供應(yīng)充足，以免因材料供應(yīng)不及時(shí)而中斷填筑作業(yè)。填筑施工采取的是水平分層的方法，按先低后高、先兩側(cè)后中間的順序卸料，考慮到路基邊緣部分的穩(wěn)定性要求，每側(cè)鋪設(shè)寬度宜超過(guò)設(shè)計(jì)寬度50cm，對(duì)該部分做適當(dāng)?shù)膲簩?shí)處理，使邊緣區(qū)域也具有足夠的穩(wěn)定性與完整性。在攤鋪環(huán)節(jié)，先用推土機(jī)粗平，再用平地機(jī)精平。

4.3 含水率的控制

含水率是路基填筑施工中的重點(diǎn)控制指標(biāo)，要根據(jù)室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果確定最佳含水率，將其作為施工中的控制基準(zhǔn)，保證實(shí)際含水率與該值的差值不超過(guò)2%。若實(shí)測(cè)含水率偏高，則通過(guò)晾曬的方法降低該值，若偏低則灑水，以提高含水率。經(jīng)灑水處理后，安排2～4h的悶料時(shí)間，經(jīng)過(guò)此操作后方可對(duì)填料做碾壓處理。

4.4 碾壓作業(yè)

碾壓所用設(shè)備為振動(dòng)壓路機(jī)，從兩側(cè)靠路肩處開(kāi)始，逐步向中間推進(jìn)，按順序?qū)⒛雺汗ぷ髀鋵?shí)到位。壓路機(jī)運(yùn)行遵循勻速的原則，以2km/h為宜，盡可能避免速度的大幅度變更。從底部開(kāi)始逐步向高處推進(jìn)，中線段按先兩側(cè)、后中間的順序碾壓，小半徑曲線段則從內(nèi)側(cè)開(kāi)始，向外側(cè)有序碾壓。前后相鄰區(qū)段重疊量控制在100～150cm，以保證銜接部位的碾壓效果。在路基邊緣處碾壓時(shí)，調(diào)整壓路機(jī)的姿態(tài)，使其與線路橫斷面呈45°，全面完成各處的碾壓作業(yè)，避免漏壓。振動(dòng)壓路機(jī)在各階段以不同的模式運(yùn)行，首先靜壓、弱振各1遍，然后做5～7遍的強(qiáng)振施工，直至實(shí)測(cè)壓實(shí)度達(dá)標(biāo)為止，最后做1遍靜壓處理，目的在于提高面層的平整性。

4.5 排水固結(jié)措施

排水固結(jié)技術(shù)的應(yīng)用可以有效降低地基中的水分含量，以較快的速度使地基達(dá)到固結(jié)的狀態(tài)。從排水系統(tǒng)的組成來(lái)看，排水砂墊為主要的結(jié)構(gòu)，其寬度需超過(guò)路基邊緣寬度1m以上，并輔以豎向排水設(shè)施，共同參與排水作業(yè)。在實(shí)際操作中，可在地基上鋪設(shè)30cm以上的排水砂墊，再連接豎向排水結(jié)構(gòu)，構(gòu)成完善的排水體系，在排水期間采取壓密措施，使地基達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，高填方路基的施工質(zhì)量要求較高，危險(xiǎn)系數(shù)較大，對(duì)施工技術(shù)也提出了較高的要求。因此，對(duì)高填方路基的設(shè)計(jì)以及施工所涵蓋的關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)探討，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。