公路高填方路基設(shè)計(jì)要點(diǎn)

江端輝

摘 要：每個(gè)公路工程都有其特殊的地質(zhì)地形條件、施工要求，比如高填方路基條件，其施工難度較大，特別要注意路基設(shè)計(jì)。基于此，結(jié)合工程案例重點(diǎn)分析了公路工程中高填方路基的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，對(duì)同類型項(xiàng)目具有指導(dǎo)與借鑒價(jià)值。

關(guān)鍵詞：公路工程；高填方路基；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

中圖分類號(hào)：X734 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2023）02-0010-03

0 引言

公路工程的結(jié)構(gòu)體系龐大，路基做為其中的一個(gè)部分，是承載路面的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，承受著來自路面的行車荷載。在各種規(guī)模與類型的公路中都要重視路基設(shè)計(jì)，以提高路基成型效果，增強(qiáng)路基的承載力。路基受到自重、路面荷載、降雨等因素的影響，穩(wěn)定性會(huì)逐步下降。特別是對(duì)高填方路基而言，填料老化后，路基的沉降、變形難以避免，如未及時(shí)采取有效的控制措施，路基將出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，易引起公路工程的坍塌等事故，造成人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失。因此，高填方路基設(shè)計(jì)是十分重要。

1 項(xiàng)目概況

高填方路基的設(shè)計(jì)施工難度大，為達(dá)到路基穩(wěn)定性、安全性等要求，設(shè)計(jì)人員需根據(jù)路基條件優(yōu)選填料，并做好排水等處理。

大埔縣X007線五家輋至高陂段路面改造工程，項(xiàng)目位于梅州市大埔縣高陂鎮(zhèn)境內(nèi)。路線起點(diǎn)位于高陂鎮(zhèn)五家輋村，起點(diǎn)樁號(hào)：K11+400，途經(jīng)平原、三崗，赤山村，終點(diǎn)于高陂鎮(zhèn)烏槎村，與大潮高速赤山出口相接，終點(diǎn)樁號(hào)：K25+700，全長14.3 km。項(xiàng)目處于山嶺重丘區(qū)，其中多處為路基高填方地段。施工企業(yè)需做好高填方路基設(shè)計(jì)與施工，保障路基條件符合標(biāo)準(zhǔn)。

2 高填方路基常見病害

2.1 路基下沉

高填方路基的路基高度相對(duì)較大，為保障路基達(dá)到承載力要求，在施工中必須要保障路基的壓實(shí)度。否則，后續(xù)在行車荷載等作用下可能會(huì)出現(xiàn)局部下沉現(xiàn)象，引起路基裂縫。而此裂縫延伸到面層結(jié)構(gòu)后，一旦遭遇強(qiáng)降雨天氣，降水將沿著裂縫進(jìn)入路基結(jié)構(gòu)中，將會(huì)損壞路基并引起更嚴(yán)重的問題[1]。

2.2 路堤失穩(wěn)

各類高填方路基中，邊坡失穩(wěn)是較為常見的問題，主要由雨水沖刷、地震作用力導(dǎo)致。路堤失穩(wěn)路基土的抗剪強(qiáng)度持續(xù)下降，最終誘發(fā)路堤失穩(wěn)、沉降等問題。

2.3 路基邊坡滑動(dòng)

高填方路基的高度較大，施工建設(shè)中應(yīng)確保土體有較高的穩(wěn)定性。斜坡與斜角等特殊位置上發(fā)生滑移的幾率較高，一旦產(chǎn)生傾斜角，填方土壤將沿著傾斜角發(fā)生結(jié)構(gòu)性滑移，造成更為嚴(yán)重的質(zhì)量或者安全問題。

2.4 排水溝設(shè)置不完善

高填方路基施工中，為達(dá)到路基施工標(biāo)準(zhǔn)，施工人員需根據(jù)實(shí)際要求來設(shè)置排水溝，并配置相應(yīng)的排水設(shè)施，以保障路基排水的順暢性。部分高填方路基施工中，因未做好路基排水處理，出現(xiàn)如排水設(shè)施布設(shè)過少、未規(guī)范設(shè)置排水溝等問題，導(dǎo)致后續(xù)路基排水過慢。積水問題導(dǎo)致路基承載力達(dá)不到要求，增大了公路的結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)。

3 公路高填方路基設(shè)計(jì)事項(xiàng)

3.1 前期準(zhǔn)備

3.1.1 填料選擇

高填方路基施工中，對(duì)填料質(zhì)量有著嚴(yán)格的要求。如在工程建設(shè)中路基區(qū)段內(nèi)的土石方量較大，施工中可選用符合規(guī)范、級(jí)配較好的輕質(zhì)巖塊作為填料，填料的最大粒徑應(yīng)在層厚的2/3以內(nèi)。

填石路堤施工作業(yè)中應(yīng)堅(jiān)持分層性原則，不僅要分層填筑也需分層壓實(shí)，每一層的松鋪厚度不超0.5 m，以保障路基壓實(shí)度，避免壓實(shí)度不達(dá)標(biāo)石料之間有空隙而引起路基下沉。路床頂面以下0.5 m位置的填料，一般選擇粒徑不超10 cm、級(jí)配良好的填料[2]。

現(xiàn)場(chǎng)的逐層填筑作業(yè)中，為高效開展施工作業(yè)，有關(guān)人員需綜合現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)計(jì)好石料的運(yùn)輸路線，并選派專人負(fù)責(zé)指揮與統(tǒng)籌工作。填筑時(shí)，按水平分層填筑，先低后高，從兩側(cè)向中央卸料的方式開展工作，由大型推土機(jī)推平。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)局部不平整的地方，則需配合人工用細(xì)石填，石屑找平。如石料級(jí)配較差、粒徑較大、填層厚度大、石塊間空隙較大，需在每一層表面的空隙中嵌塞石渣和石屑，將空隙填充完全。如用人工方式鋪填粒徑超過25 cm的石料，需率先鋪填大塊石料（大面朝下小面朝上，擺放要平穩(wěn)），隨后用小石塊找平，用石屑塞填石料之間的縫隙，最后完成壓實(shí)處理。

3.1.2 挖臺(tái)階

路基填筑作業(yè)中，挖臺(tái)階為關(guān)鍵步驟，一旦地面自然橫坡或縱坡陡于1：5，需將原地面開挖成臺(tái)階。開挖時(shí)的臺(tái)階寬度要超過2 m，為后續(xù)的攤鋪、壓實(shí)作業(yè)提供便捷。開挖的臺(tái)階高30 cm，臺(tái)階頂需做成2%～4%的傾斜坡[3]。如公路工程高填方路基施工作業(yè)中面臨的是砂性土條件，一般不采用條開挖臺(tái)階的處理方式，而需翻松原地面以下0.2～0.3 m的表土。如為覆蓋層較小的傾斜巖石基底條件，一旦橫坡在1：5～1：2.5，施工人員需挖除此處的覆蓋層，將基巖開挖成臺(tái)階。

3.1.3 原地面處理

當(dāng)原地面按照相關(guān)規(guī)定完成清表處理以后，施工人員需立即恢復(fù)路基中樁、施工邊樁，并用石灰沿樁劃線標(biāo)明，用此作為后續(xù)施工建設(shè)的依據(jù)。現(xiàn)場(chǎng)配備特定型號(hào)的推土機(jī)，將此機(jī)械沿著灰線間就地整平，構(gòu)建單坡或者兩邊坡路拱保障排水的通暢性，避免現(xiàn)場(chǎng)有積水現(xiàn)象。當(dāng)以上工作按照標(biāo)準(zhǔn)完成后，利用20 t光輪壓路機(jī)碾壓3～4遍，如在碾壓中存在局部“彈簧”現(xiàn)象，人工翻挖，并適當(dāng)添加石灰拌合均勻，重新進(jìn)入碾壓環(huán)節(jié)以保障壓實(shí)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 高填方路基高度和分級(jí)

高填方路基的施工作業(yè)中，路基高度與分級(jí)是必須關(guān)注的內(nèi)容。路段的填高超過5 m時(shí)，對(duì)施工的技術(shù)要求較高，操作不當(dāng)可能會(huì)引起沉降現(xiàn)象。為避免出現(xiàn)這一方面的問題，施工人員可對(duì)該高填方路基實(shí)施分級(jí)處理，每一級(jí)的高度為5 m，總級(jí)數(shù)最多3級(jí)。如在一些特殊的施工條件下填方高度超15 m，施工人員則需考慮是否建橋，從技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性等角度分析選擇最佳的施工方案。

3.3 路基邊坡設(shè)計(jì)

針對(duì)高填方路基中可能出現(xiàn)的邊坡失穩(wěn)問題，相關(guān)人員需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況與施工要求來設(shè)計(jì)路基邊坡，主要需注意以下4個(gè)方面：①根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件，按施工技術(shù)規(guī)范設(shè)計(jì)，保障邊坡坡度的合理性。②高填方路段內(nèi)采用分級(jí)放坡的方式，每一級(jí)的坡度各有不同，一級(jí)最陡坡度為1：1.5，二級(jí)和三級(jí)坡度應(yīng)適當(dāng)減緩，一般為1：1.75或1：2，相鄰兩級(jí)邊坡之間應(yīng)設(shè)置寬2 m的平臺(tái)，并在此平臺(tái)中修筑排水溝，用排水溝來減緩邊坡，控制水流對(duì)邊坡的沖刷作用。③采取邊坡防護(hù)處理措施，根據(jù)邊坡特點(diǎn)選擇恰當(dāng)?shù)姆雷o(hù)方式。如可選擇植物防護(hù)，這種防護(hù)方式下的效果好，美觀且實(shí)用。④應(yīng)重點(diǎn)處理最后一級(jí)邊坡坡腳部位，設(shè)置護(hù)腳擋墻，并嚴(yán)格控制尺寸。

3.4 高填方路基和邊坡的計(jì)算復(fù)核

公路高填方路基的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員也需綜合多種因素來計(jì)算和復(fù)核高填方路基、邊坡。為提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，可采用整體極限平衡法，計(jì)算和分析每個(gè)參數(shù)。邊坡破裂面各有其形狀特征，在分析與計(jì)算中選擇的模式也有一定差別。邊坡失穩(wěn)的破裂面形狀在不同土質(zhì)中的表現(xiàn)不同，如細(xì)粒土、黏性土的破裂面為圓弧形，粗粒土、砂性土的破裂面為直線形，滑坡的滑動(dòng)面形狀有圓弧狀、不規(guī)則折線兩種。分析和計(jì)算邊坡情況時(shí)需考慮這些因素，當(dāng)?shù)玫竭吰碌挠?jì)算結(jié)果后，有關(guān)人員需在此基礎(chǔ)上計(jì)算高填方的沉降值，確保其沉降量符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3.5 路基排水設(shè)施的設(shè)計(jì)

高填方路基中一旦有排水不暢的現(xiàn)象，必將影響路基的穩(wěn)定性。因此，在高填方路基設(shè)計(jì)中，需關(guān)注排水設(shè)計(jì)，特別是現(xiàn)場(chǎng)有地表水或者地下水的情況下。因?yàn)榇嬖谒那治g作用，路基穩(wěn)定性很難達(dá)到要求。為減小水的侵蝕破壞，設(shè)計(jì)人員需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況來設(shè)計(jì)路基排水體系，以通過排水來抑制路基失穩(wěn)、沉降。為提高排水設(shè)計(jì)的合理性，前期應(yīng)安排專人進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)展開一系列調(diào)查，確定現(xiàn)場(chǎng)的水文條件，以此為參考設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)，以高效、快速排出地表水、地下水。高填方路基的排水設(shè)計(jì)中，需在坡腳、分級(jí)平臺(tái)位置布設(shè)排水溝或者截水溝、急流槽。

3.6 特殊地段高填方路基地處理

每個(gè)公路工程的高填方路基段都有各自的地質(zhì)地形特征，在路基設(shè)計(jì)中需考慮這種特殊性。對(duì)于特殊地段的路基設(shè)計(jì)，應(yīng)具體情況具體分析，如自然地面的土質(zhì)條件相對(duì)理想，承載力、含水量等關(guān)鍵指標(biāo)都符合施工標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)處理中應(yīng)先清表后填筑，將清表深度保持在0.6 m左右。部分公路工程的高填方路基地段含有雜填土層，對(duì)此施工中需將這一部分土層清理干凈，直到達(dá)到原土層再停止清理。一般清理深度為2 m，當(dāng)清理結(jié)束后進(jìn)入填筑環(huán)節(jié)。如雜填土層的厚度超過了5 m，施工人員可考慮采用樁基形式，對(duì)比分析清表填筑、樁基處理兩種方案的經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性，從多個(gè)角度選出最佳的施工方案。

3.7 土工格柵

高填方路基施工作業(yè)中經(jīng)常應(yīng)用土工格柵來提高路基穩(wěn)定性。一般是在地層、分級(jí)層周邊鋪設(shè)土工格柵。采用這一處理方式可保障各層路基沉降的科學(xué)性，將沉降量控制在正常標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。每間隔1 m就需設(shè)置一層土工格柵，以通過這一方式來強(qiáng)化沉降控制效果。為發(fā)揮土工格柵的作用，有關(guān)人員需注意選擇土工格柵，具體可參考高填方路基情況來確定。很多高填方路基均采用的是50 kN×50 kN鋼塑土工格柵，這類型材料的穩(wěn)定性、耐久性相對(duì)理想，基本可達(dá)到施工要求。

4 公路高填方路基施工技術(shù)要點(diǎn)

4.1 準(zhǔn)備工作

高填方路基施工的技術(shù)要求較高，為提高施工質(zhì)量，前期的準(zhǔn)備工作十分重要，施工人員主要需做好以下準(zhǔn)備：①正式進(jìn)入施工作業(yè)之前做好技術(shù)交底，使每個(gè)施工人員都掌握相應(yīng)的施工要求、技術(shù)規(guī)范，從思想上重視高填方路基施工，并明確每個(gè)施工細(xì)節(jié)。②以施工要求為參考，在企業(yè)內(nèi)組建一支高素質(zhì)的施工團(tuán)隊(duì)，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的情況和要求合理安排材料、設(shè)備進(jìn)場(chǎng)，并在此過程中分配專業(yè)的管理人員負(fù)責(zé)材料的質(zhì)量驗(yàn)收、機(jī)械的性能測(cè)定，避免不符合要求的材料和設(shè)備入場(chǎng)。③嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙的規(guī)定，由專人完成路基兩側(cè)邊線、道路中心線的測(cè)放，規(guī)范設(shè)置控制樁，間距保持在50 m左右，以作為后續(xù)施工的參考。④填料質(zhì)量對(duì)高填方路基穩(wěn)定性、承載力的影響較大，現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)中應(yīng)在正式施工之前完成填料的抽樣檢測(cè)，判定填料質(zhì)量是否與施工要求相一致。⑤如現(xiàn)場(chǎng)有軟基條件，施工人員需采用清淤換填處理方式。

4.2 攤鋪?zhàn)鳂I(yè)

施工人員在高填方路基施工現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)結(jié)合填料供應(yīng)地、施工現(xiàn)場(chǎng)的距離、位置等，提前規(guī)劃一條運(yùn)輸距離短的路線，并配備特定型號(hào)的自卸車，為材料運(yùn)輸提供便捷。自卸車裝料以后，應(yīng)始終沿著規(guī)劃路線運(yùn)輸，避免因?yàn)椴牧瞎?yīng)不及時(shí)而無法保障填筑連續(xù)性的情況。填筑施工中應(yīng)遵循水平分層原則與要求，按照先低后高、先兩側(cè)后中間的順序來卸料，參考工程項(xiàng)目中路基邊緣的穩(wěn)定性規(guī)范，每側(cè)鋪設(shè)寬度需超過設(shè)計(jì)寬度0.5 m，并做好超出部分的壓實(shí)工作，提高壓實(shí)度。攤鋪處理中先利用推土機(jī)粗平，再使用平地機(jī)精平。

4.3 含水率的控制

高填方路基的填筑施工中，將含水率控制在合理的范圍內(nèi)是重要的施工要求，施工人員要在現(xiàn)場(chǎng)開展擊實(shí)試驗(yàn)，通過處理和分析試驗(yàn)結(jié)果來得到最佳含水率，以此為基準(zhǔn)控制含水率指標(biāo)，減小偏差。如在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中的含水率較大，可通過晾曬方式來降低含水率。如含水率較低，需適當(dāng)灑水。

4.4 碾壓作業(yè)

碾壓作業(yè)環(huán)節(jié)除了要保障所選擇的碾壓設(shè)備符合要求外，還需嚴(yán)格遵循碾壓操作規(guī)范，公路工程的高填方路基作業(yè)中，碾壓可配備振動(dòng)壓路機(jī)。碾壓操作時(shí)從兩側(cè)靠路肩部位開始，逐步向中間推進(jìn)。壓路機(jī)的運(yùn)行中應(yīng)保持速度的均勻性，一般速度需保持在2 km/h，避免速度過大或者過小。碾壓操作中也需從底部向高處推進(jìn)，對(duì)于中線段則需按照先兩側(cè)、后中間的順序?qū)嵤?，前后相鄰區(qū)域需有100～150 cm的重疊，以確保銜接部位的碾壓施工達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)路基邊緣部位的碾壓作業(yè)，施工人員需根據(jù)要求適當(dāng)調(diào)整壓路機(jī)的姿態(tài)，使其與線路橫斷面呈45°，正常完成碾壓處理，保障碾壓的完整性，避免漏壓。

4.5 排水固結(jié)措施

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施排水固結(jié)處理可大大降低地基的含水量，使短時(shí)間內(nèi)地基能固結(jié)。路基施工作業(yè)中，排水砂墊為排水系統(tǒng)中的關(guān)鍵構(gòu)成部分，其寬度一般超過路基邊緣寬度1 m以上，與豎向排水設(shè)施相配合，排水效果相對(duì)理想。現(xiàn)場(chǎng)的排水固結(jié)處理中，施工人員要在地基上鋪設(shè)0.3 m以上的排水砂墊，將其與豎向排水結(jié)構(gòu)相連接，在排水的同時(shí)實(shí)施壓密處理，保持地基穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

高填方路基是許多公路工程建設(shè)中的突出問題，為達(dá)到最佳的施工效果，工程企業(yè)需結(jié)合高填方路基施工段的具體情況，參考行業(yè)內(nèi)的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念與方法，提高高填方路基的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

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