渭北中西部山區(qū)公路高填路基與棄土場結(jié)合布置方法研究

任建洲，趙弋舟，涂 川

(中國水電顧問集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710065)

山區(qū)公路由于需要克服地形起伏較大、溝谷縱橫、地質(zhì)復(fù)雜多變的難點(diǎn)一般會產(chǎn)生大量的棄方量，而且由于沿線溝谷發(fā)育，跨線構(gòu)造物設(shè)置比例高，為此棄土場和橋梁的設(shè)置較為普遍。本文結(jié)合涇河?xùn)|莊水利樞紐工程進(jìn)場道路的實(shí)際布線情況，提出了高填路基結(jié)合棄土場布置的設(shè)計(jì)方法，不僅利于消化棄渣、減少橋梁構(gòu)造物的設(shè)置，也大大節(jié)約了工程造價(jià)，在此類地區(qū)具有代表性，最后從工程實(shí)施的實(shí)際情況分析了此方法的經(jīng)驗(yàn)和適用性。

陜西渭北中西部山區(qū)地貌形態(tài)基本上受構(gòu)造控制，地勢北高南低，地貌類型以中低山、黃土丘陵和黃土臺塬為主，地形起伏大，地質(zhì)復(fù)雜多變。公路路線布設(shè)在跨越大型沖溝時(shí)會出現(xiàn)橋梁和高填均有一定可行性的情況。橋梁方案一般具有泄洪斷面大、占地面積小、施工工藝成熟、造價(jià)偏高的特點(diǎn)，而高填路基在路基穩(wěn)定和壓實(shí)質(zhì)量控制等方面存在難點(diǎn)，但工程造價(jià)一般較低。鑒于此，本文結(jié)合工程實(shí)際，提出高填路基加棄土場的綜合設(shè)計(jì)方案，可在保證路基穩(wěn)定的前提下有效解決道路棄渣(方)，較適合渭北中西部山區(qū)道路建設(shè)實(shí)際，在工程應(yīng)用上取得了一定的效果。

1 項(xiàng)目簡介

涇河?xùn)|莊水利樞紐工程位于陜西省渭北中西部山區(qū)，咸陽市淳化、禮泉兩縣交界東莊村附近的涇河主河道上，是陜西省“十二五”水利發(fā)展規(guī)劃中首選的重大防洪骨干水利樞紐工程。進(jìn)場道路為連接現(xiàn)有禮泉縣道X215 至樞紐低線施工區(qū)的主要道路。本論文僅以進(jìn)場道路路右岸部分作為案例進(jìn)行論述。右岸部分由右岸對外交通結(jié)合段與右岸明線段組成，右岸對外交通結(jié)合段起點(diǎn)自禮泉縣道X215東莊村南，經(jīng)老墳坡面后跨小老池溝設(shè)回頭曲線，終點(diǎn)至納家坡;右岸明線段起點(diǎn)接右岸對外交通結(jié)合段終點(diǎn)，終點(diǎn)至跨涇河大橋橋頭。由于路線起終點(diǎn)間距離較近，起終點(diǎn)高差的限制，路線走廊帶唯一。兩條道路情況如表1所示。

表1 道路基本情況表

2 路線方案比選論證

2.1 右岸對外交通結(jié)合段

如圖1，路線在跨越小老池溝時(shí)擬定了2 個(gè)方案，A 方案在小老池溝設(shè)置半徑為61.576 m 回頭曲線后跨小老池溝，采用高填路基和棄土場相結(jié)合的設(shè)計(jì)思路，過小老池溝后在北側(cè)坡面展線下行。B方案在小老池溝設(shè)置半徑為69.236 m 回頭曲線后沿小老池溝南側(cè)繼續(xù)下行，在K28+207 處架設(shè)小老池溝大橋跨越小老池溝。詳細(xì)比較如表2。

圖1 小老池溝(對外路結(jié)合段)局部比較一

表2 小老池溝局部方案比較表一(對外路結(jié)合段)

2.2 右岸明線段

路線在K2+968 至K3+096 間需再次跨小老池溝時(shí)也存在高填和橋梁2 種方案，為此在同樣的線位處做了橋梁和高填路基加棄土場方案比較，不同之處在于此處棄土場位于路基左側(cè)，小老池溝上游。如圖2所示。詳細(xì)比較見表3。

圖2 小老池溝(右岸明線段)局部比較二

表3 小老池溝局部方案比較表二(右岸明線段)

經(jīng)過表2和表3可以看出，橋梁方案造價(jià)較高，高填路基加棄土場方案整體造價(jià)低，雖然占地較多但是因占用土地為荒地和林地，因此推薦采用高填路基加棄土場的綜合設(shè)計(jì)方案來跨越小老池沖溝。這樣做不僅有利控制工程造價(jià)，同時(shí)也有利于消化道路沿線棄渣，有利于控制施工周期。經(jīng)計(jì)算路基與棄土場結(jié)合設(shè)計(jì)的路基整體安全性系數(shù)均大于1.25，滿足規(guī)范中對路基整體穩(wěn)定的要求。2 處棄土場與路基結(jié)合設(shè)計(jì)平面圖見圖3、圖4。

圖3 小老池溝(對外路結(jié)合段)棄土場與路基結(jié)合設(shè)計(jì)平面圖

圖4 小老池溝(右岸明線段)棄土場與路基結(jié)合設(shè)計(jì)平面圖

3 棄土場和路基穩(wěn)定性及壓實(shí)質(zhì)量控制

3.1 棄土場和路基相結(jié)合段整體穩(wěn)定性

為保證路基和棄土場整體穩(wěn)定，本工程采用Slide—6.0 軟件對2 處路基和棄土場整體穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算方法按照《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D30—2004)中相應(yīng)要求以及數(shù)值分析理論，路堤的堤身穩(wěn)定性、路堤和地基的整體穩(wěn)定性宜采用簡化Bishop 法(圖5)進(jìn)行分析計(jì)算，穩(wěn)定系數(shù) Fs按式(1)計(jì)算。

圖5 簡化Bishop 法計(jì)算圖示

式中:Wi為第i 土條重力;αi為第i 土條底滑面的傾角;Qi為第i 土條垂直方向外力;Ki為第i 土條穩(wěn)定系數(shù)。

根據(jù)地勘報(bào)告中黃土的計(jì)算力學(xué)參數(shù)取值為:黃土天然密度1.88 g/cm3，滲透系數(shù)量級為10－7cm/s，凝聚力為 12.09 kPa，內(nèi)摩擦角為 22.7°。棄渣填土:天然密度1.88 g/cm3，凝聚力為0 kPa，內(nèi)摩擦角為20°，對外交通結(jié)合段下游棄土和路基相結(jié)合的棄土路堤是整體穩(wěn)定的，穩(wěn)定系數(shù)1.638。如圖6。

圖6 對外路結(jié)合段路堤和地基的整體穩(wěn)定性(K=1.638)

右岸明線段棄土場和路基填筑料主要為石渣，計(jì)算中選取了K3+020 典型斷面采用SLIDE 軟件進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)地勘報(bào)告中巖石的計(jì)算力學(xué)參數(shù)取值為:天然密度2.8 g/cm3，凝聚力為0 kPa，內(nèi)摩擦角為35°。棄渣填石:天然密度2.8 g/cm3，凝聚力為0 kPa，內(nèi)摩擦角為35°。經(jīng)計(jì)算其上游棄渣加高填路基的路堤是穩(wěn)定的，穩(wěn)定系數(shù)1.757。如圖7。

圖7 右岸明線段路堤和地基的整體穩(wěn)定性(K=1.757)

3.2 壓實(shí)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

對外路結(jié)合段為土質(zhì)路基回填，要求對填料——黃土采用強(qiáng)夯的路基處理方式，同時(shí)對路基壓實(shí)度要求上路堤不小于94%，下路堤不小于92%。棄土要求分層碾壓，棄土場邊緣壓實(shí)度不小于90%，一般部位要求不小于85%。

右岸明線段路基為石料回填，要求石質(zhì)填料采用分層振動碾壓，同時(shí)路基壓實(shí)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)(填料為中硬石料)為上路堤孔隙率不大于22%，下路堤孔隙率不大于24%，回填棄渣孔隙率不大于25%。

除此之外，在兩處高填路基和棄土場結(jié)合設(shè)計(jì)處需周密布置排水措施，保證路堤和棄土場周邊地基排水暢通。

4 工程實(shí)施中的問題

經(jīng)過各級審查，上述路線方案通過審查并付諸實(shí)施。但工程實(shí)施中也暴露出一些問題，主要有如下兩個(gè)問題:

1)由于施工管理不善引起的棄方不足。由于棄土場和路基填方在設(shè)計(jì)階段是按照環(huán)保的要求嚴(yán)格進(jìn)行調(diào)配的，但施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)棄渣沿線亂棄亂倒，一方面破壞了生態(tài)環(huán)境，另一方面造成了路基和棄土場的填筑方量不足。

2)邊坡防護(hù)不及時(shí)帶來的水土流失，施工過程也看到在已完成路基填筑的路段，由于邊坡防護(hù)不及時(shí)造成的水土流失問題。

5 結(jié)論

在渭北中西部山區(qū)采用高填路基加棄土場的總體布線方法有效控制了工程造價(jià)，有利于消化沿線棄渣，縮短了施工周期，在本地區(qū)有廣泛的適用性。同時(shí)也看到由于施工管理和邊坡防護(hù)等問題導(dǎo)致的一些問題，為此要在工程管理方面加強(qiáng)監(jiān)理和現(xiàn)場管理工作，確保工程的順利實(shí)施。

［1］王正民，楊崇民，魯平印.復(fù)雜山區(qū)環(huán)境條件下公路路線方案的比選論證——以西漢高速公路寧陜連接線為例［J］.中外公路，2009，29(4):276 －279.

［2］吳華金，張林洪.山區(qū)公路選線［M］.北京:人民交通出版社，2012.

［3］譚 鵬.山區(qū)高速公路棄土場基本特性及其穩(wěn)定性分析［D］.重慶:重慶交通大學(xué)，2010.