公路路基綜合防護方案簡介

張少華

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公路路基綜合防護方案簡介

張少華

南平市公路局浦城分局

介紹國道316線水毀路基工程地質(zhì)特征，水毀原因，綜合防護方案選擇、設(shè)計及施工技術(shù)措施。

公路路基 綜合防護 施工技術(shù)

1 原路概況

國道316線邵武段設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為山嶺重丘區(qū)二級公路，K307+900~K307+970路基寬8.5m，路面寬7.0m，1996年建成通車，路基防護工程為仰斜式漿砌片石路堤墻，高3.0m、寬0.8m，邊坡采用漿砌片石護坡，高2.5m、厚0.25m。該路段毀于“98”洪災(zāi)，嚴(yán)重威脅路基穩(wěn)定，影響道路行車安全。

2 工程地質(zhì)特征

2.1 地形地貌

該水毀地段踐路分布于富屯溪Ⅰ級階地，北臨富屯溪，處于東西兩側(cè)山嘴，中間為緩坡地的圈椅地貌上。

2.2 水文地質(zhì)

河段開闊，河面較寬，有邊灘，比降較緩，河床泥砂較細，河灘有較厚的細顆粒沉積物，屬山區(qū)河流，穩(wěn)定程度為Ⅱ~Ⅲ級。地下水為第四系松散孔隙潛水，主要賦于細砂層中，向河水中滲流，靜止水位埋深9.0m。

2.3 地質(zhì)巖性

根據(jù)勘探資料本段地層結(jié)構(gòu)主要由雜填土、細砂、中粗粒黑云母花崗巖組成，鉆孔位于路肩外3.5m處，自上而下巖土結(jié)構(gòu)分述如下：

(1)雜填土：灰色、黃褐色，稍濕或干燥，松散，厚3.5m左右，為路基填土或原沉積物，

(2)細砂：淺黃色，稍濕，中密或松散，以石英砂為主，厚4m。

(3)花崗巖：灰色，全晶結(jié)構(gòu)，表層為全風(fēng)化厚0.90~ 1.60m，該層未鉆穿，[σ]=500Kpa/cm2。

3 水毀原因分析

本工點線路為沿溪線，路基以半填半挖為主，也是最容易發(fā)生毀情和病害路段，根據(jù)調(diào)查資料并結(jié)合勘探報告及相關(guān)理論分析毀因和機理。

3.1 河流彎道凹岸沖刷及附加的滲透動水壓力作用。沿河公路常年受水流淘沖，主要體現(xiàn)為彎道凹岸沖刷和對岸挑流頂沖。該路段位于溪流凹岸處，因河彎、繞流等原因，水流在重力和離心力作用下形成螺旋流、旋渦沖刷路基坡腳，導(dǎo)致腳墻淘空。同時由于水位驟然降落，路基受到滲透動水壓力作用產(chǎn)生邊坡凸起和滑坡，最終使路基失穩(wěn)而坍塌。

3.2 特殊的工程地質(zhì)條件。由鉆探資料可知，在雜填土與巖層之間夾有厚達3~5m的細砂層，且坡腳處的砂層大部分處于常水位之下，地基容許承載力[σ]=120kPa/cm2。

3.3 防護工程設(shè)計不合理。未充分考慮地形、地質(zhì)、水文等自然條件影響，采用的防護措施單一，對基礎(chǔ)埋置深度、地基承載力、路基及構(gòu)造物強度和穩(wěn)定性未進行必要的驗算，盲目套用標(biāo)準(zhǔn)圖。

3.4 工程質(zhì)量控制不嚴(yán)。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查分析，砌體用漿標(biāo)號偏低，空洞較多，石料規(guī)格偏小，砌筑工藝差，填方路基邊坡土松散，未分層壓實，且存在任意混填現(xiàn)象。

4 設(shè)計方案選擇

按省、地、市對“98”洪災(zāi)水毀修復(fù)工程的要求，根據(jù)地質(zhì)勘察報告，在精心分析地形、地質(zhì)、水文等自然因素的作用下，研究擬定三套修復(fù)方案。

4.1 硅化法加固地基及漿砌片石護坡(腳墻)防護方案

針對基礎(chǔ)存在細砂層，以化學(xué)漿液為主劑利用壓力或電動灌漿進行加固，可避免繁重的水下施工，提高細砂層強度、不透水性及防沖能力，改善基坑開挖條件。但機械設(shè)備和料源受限制，化學(xué)漿液對河水會造成污染，且質(zhì)量較難控制。

4.2 漿砌護坦基腳擋土墻及護坡防護方案

該方案能改變水流方向，消耗洪水動能，避開或消弱洪水沖刷，構(gòu)造簡單，效果明顯。但因地基承載力較小，需先對地基進行加固，投資增大，同時護坦頂面必須埋入河床下至少0.5m，加上垂裙高度，基礎(chǔ)需埋置較深使挖基工程量增大，且挖基時極易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象，不利安全，水下施工具有一定難度，成本較高。

4.3 柔性混凝土塊板沉排及漿砌片石護坡(腳墻)防護方案

混凝土塊板沉排是一種強有力的柔性護面，能隨基礎(chǔ)沖刷自動沉入沖刷坑內(nèi)，覆蓋坑壁不使淘刷角向后發(fā)展，保持基礎(chǔ)穩(wěn)定。塊板可以隨時接長與減短，能夠比較合理地解決由于不能正確的找出沖刷深度而適當(dāng)選擇工程措施的問題。腳墻除承受自重及季節(jié)性浸水的影響外，其它荷載及外力作用較小，故對地基承載力要求不高。塊板可進行工廠和機械化施工，施工條件較圬工為優(yōu)，無需進行水下施工，所需機械設(shè)備簡單。

綜上所述以第三套方案最為可行，能充分考慮各種自然和人為因素的影響，因地制宜，具有結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟合理，施工簡便，工期短，工效高等優(yōu)點，故采納該方案。

5 設(shè)計要點

5.1 混凝土塊板沉排

塊板的鋪設(shè)長度，根據(jù)該工點的河床地質(zhì)條件，按最大可能沖刷深度2倍計算，另加2m的安全長度，故鋪設(shè)長度采用5m。為防止塊板位移、便于制安、節(jié)約成本，塊板采用板厚0.25m、平面尺寸1.0m×1.0m、C15混凝土。板內(nèi)設(shè)置鋼筋并作為連接鉤環(huán)用，板內(nèi)及環(huán)套鋼筋采用Φ20mm，固定端的錨定鉤環(huán)采用Φ28mm鋼筋。為滿足塊板底部受淘刷后，能夠使構(gòu)件旋到垂直位置而不損壞構(gòu)件，塊板間縫隙按5cm設(shè)置，并采用瀝青麻筋填縫。基礎(chǔ)輪廓線為直線，鋪設(shè)分組按7列連成一組設(shè)置(當(dāng)基礎(chǔ)輪廓線為曲線時，可采用梯形塊板，按放射狀扇形排列)。連接鉤環(huán)錨固在腳墻基礎(chǔ)內(nèi)，基底設(shè)置0.10m砂礫反濾層。如圖1所示。

圖1 防護示意圖

5.2 漿砌片石腳墻

考慮混凝土塊板沉排的水平拉力，為防止腳墻產(chǎn)生滑動，適當(dāng)加大結(jié)構(gòu)斷面尺寸，腳墻頂寬1.25m，墻身高1.5m，背坡垂直，胸坡1：0.5，采用M5.0砂漿砌筑，沿其縱向每隔14.70m設(shè)置一道沉降縫，并用瀝青麻筋填塞。為便于錨固鉤環(huán)，腳墻基礎(chǔ)采用C15片石混凝土，厚度0.6m。

5.3 漿砌片石護坡

邊坡防護采用M5.0漿砌片石護坡，厚0.25m，并設(shè)置厚0.15m砂礫墊層，護坡坡度1：1.5，高4.0m。

5.4 路基填土

采用透水性較大的砂性土或砂礫，原路基邊坡需開挖臺階，寬度不小于1.0m，臺階頂面反向橫坡度3%。

5.5 穩(wěn)定性驗算

假定填料容重γ=19.50kN/m3，浮容重γ′=11.50kN/m3，內(nèi)摩擦角φ=35°，δ=φ/2，f=0.4，邊坡坡率1：1.5，混凝土塊板沉排拉力T=6.32kN/m，主動土壓力按《路基》設(shè)計手冊表3~2~1第一類公式計算，驗算如下：

(1)滑動穩(wěn)定性：Kc=(∑G+Eby-P)·f/( Ebx+T)=1.307＞1.30， 穩(wěn)定。

(2)傾覆穩(wěn)定性：K0=(∑G·ZG+ Eby·Zbx-P·Zp)/ ( Ebx·Zby+T·ZT) =7.35＞1.5，穩(wěn)定。

(3)偏心距：e=B/2-Zn=0.015＜B/6=0.4

(4)基底應(yīng)力(枯水期)：σ=(∑G+Ey)(1±6e/B)/B= 42.56(39.60)kPa/cm2＜[σ]=120kPa/cm2

符合設(shè)計規(guī)范要求。

6 施工注意事項

6.1 塊板需鋪平或鋪成1:10的緩坡，施工時宜盡量放低塊板的標(biāo)高，以與低水位平為最好。

6.2 塊板鋪設(shè)前應(yīng)清除河床大孤石，并將基底河床整平。

6.3 因塊板間以活動套環(huán)連接，故塊板底應(yīng)切角，連接處留缺口，使塊間縫小，易于彎曲。

6.4 漿砌片石護坡的中下部應(yīng)留出足夠的泄水孔，以排除護坡后面的積水減小滲透壓力，泄水孔后0.5m范圍內(nèi)應(yīng)設(shè)置反濾層。

6.5 護坡應(yīng)在路基邊坡夯實后施工，以免因邊坡不密實而引起護坡的破壞。

6.6 路基邊坡按規(guī)范要求分層填筑，夯實機具選用蛙式打夯機為佳。

7 結(jié)語

7.1 工程竣工已十年，經(jīng)現(xiàn)場查驗，邊坡穩(wěn)定、坡面平整、腳墻完好、勾縫無脫落、沉排處己產(chǎn)生淤積，實踐證明，該處治方案經(jīng)濟合理。

7.2 路基防護的種類和方法是多種多樣的，均應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件和具體情況分析、處治，選用適當(dāng)?shù)姆雷o類型和綜合措施，加強質(zhì)量管理，精心組織、精心施工，才能建造出合格、安全、經(jīng)濟的精品工程。

[1] 公路路基設(shè)計手冊[M]. 北京：人民交通出版社，1996.