多雨地區(qū)高速公路庫(kù)區(qū)浸水路堤防護(hù)設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量控制

古振榮，吳 帆，馬治國(guó)，袁 超

（中電建路橋集團(tuán)有限公司，北京 100048）

0 引言

隨著國(guó)家《關(guān)于印發(fā)“十三五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃》的持續(xù)實(shí)施，山地、丘陵等地區(qū)的高速公路網(wǎng)得到了進(jìn)一步完善。在山丘地區(qū)高速公路的選線設(shè)計(jì)過程中，路線經(jīng)常需要沿河流或水庫(kù)而行，因而水庫(kù)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(kù)區(qū)浸水路堤填料往往受到長(zhǎng)期浸泡，強(qiáng)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(huì)直接影響路堤的穩(wěn)定性，給浸水路堤的設(shè)計(jì)施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)帶來巨大挑戰(zhàn)［4］。因此，針對(duì)多雨地區(qū)高速公路浸水路堤工程特點(diǎn)，圍繞高速公路路堤填筑基本要求，從工程實(shí)踐中總結(jié)高速公路庫(kù)區(qū)浸水路堤的施工方法，對(duì)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(xiàng)目 K41+000～K41+160 段位于地方水庫(kù)，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(zhǎng)期受浸泡、沖刷，屬于長(zhǎng)期浸水路堤，有必要在防護(hù)設(shè)計(jì)和施工中采取相應(yīng)措施以提供質(zhì)量保證。

2 防護(hù)設(shè)計(jì)

不同于一般路堤，庫(kù)區(qū)浸水路堤往往會(huì)受到更為惡劣的環(huán)境作用。因此，針對(duì)庫(kù)區(qū)環(huán)境特點(diǎn)，需要從浸水防護(hù)的角度對(duì)路堤主要設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)探討。

2.1 路堤高度

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

式中：H為路堤合理高度，m；h1為設(shè)計(jì)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(jí)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(kù)區(qū)浸水路堤特點(diǎn)，可得此類路堤高度主要受洪水影響，即水庫(kù)區(qū)浸水路堤高程應(yīng)為規(guī)定設(shè)計(jì)洪水頻率的計(jì)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(kù)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(kù)路堤兩側(cè)水位差大，極易影響土體中滲透動(dòng)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(qiáng)、堅(jiān)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?？紤]到填筑材料浸水后抗剪強(qiáng)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(kù)洪峰、路基底部壓力巨大及水流沖刷強(qiáng)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(jìn)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(tái)，加強(qiáng)路堤整體穩(wěn)定性的同時(shí)可作為邊坡維護(hù)和防洪搶險(xiǎn)通道。浸水路堤斷面如圖 1 所示。

圖1 浸水路堤設(shè)計(jì)斷面示意圖

2.3 邊坡防護(hù)

為防止細(xì)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(jí)配碎石、土工織物和砂墊層。級(jí)配碎石采用石質(zhì)堅(jiān)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?，厚度約 2.7 mm，CBR 頂破強(qiáng)力超過 1.8 kN，斷裂強(qiáng)力超過 11 kN/m，具有抗拉強(qiáng)度高、滲透性好、抗冷凍、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，是路堤加固防護(hù)的理想材料［9］；砂墊層將土工布與上層填土隔開并保護(hù)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(hù)坡。土工織物選用相同規(guī)格的無紡?fù)凉げ?，C20 混凝土護(hù)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(shí)，作為路堤“脆弱”部位，坡腳也應(yīng)加固防護(hù)。首先在護(hù)坡基礎(chǔ)下設(shè)置約 50 cm 砂墊層，提高路基承載力的同時(shí)可有效減小沉降量；然后用混凝土砌筑 200 cm 護(hù)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(duì)基底的碰撞。

3 施工工藝

為保證工程質(zhì)量，項(xiàng)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(shí)和檢測(cè)“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(yàn)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(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，科學(xué)地進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)。然后根據(jù)水庫(kù)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(hù)。最后進(jìn)行測(cè)量放線，利用全站儀測(cè)定路基中心線和邊線，并用石灰標(biāo)記，同時(shí)設(shè)置基底臨時(shí)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(yàn)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(jìn)行軟土地基處理。水泥攪拌樁施工須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)和規(guī)范進(jìn)行，前期做好試樁試驗(yàn)，確定相關(guān)技術(shù)參數(shù)，換填法應(yīng)選用強(qiáng)度高、壓縮性小的滲水材料回填，同時(shí)注意分層填筑、分層壓實(shí)，保證基底具有足夠承載力。

4.3 填料運(yùn)輸及檢驗(yàn)

運(yùn)輸車取料時(shí)應(yīng)保證填料的均勻性，避免粒徑、風(fēng)化程度差異過大，對(duì)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(yùn)輸，防止高溫或雨水影響填料的自然含水量。對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)堆放的填料應(yīng)進(jìn)行抽樣檢測(cè)，填料中不能出現(xiàn)草皮、垃圾、腐殖土等雜質(zhì)，另外取料場(chǎng)變化時(shí)也應(yīng)及時(shí)檢驗(yàn)強(qiáng)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(shí)應(yīng)首先用推土機(jī)將填料基本鋪平，測(cè)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(shí)時(shí)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(jī)應(yīng)由兩邊向線路中心刮平，在平曲線上，平地機(jī)應(yīng)由曲線內(nèi)側(cè)向外刮平，必要時(shí)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(dá)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(dá)到理想密實(shí)度，應(yīng)選用振動(dòng)壓路機(jī)與沖擊式壓路機(jī)組合碾壓。碾壓順序應(yīng)按照先低后高、先兩側(cè)后中間進(jìn)行，操作程序?yàn)殪o壓與振壓交替進(jìn)行，且每輪振動(dòng)強(qiáng)度逐漸提高。各壓實(shí)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(chǎng)試驗(yàn)確定，禁止盲目碾壓，振動(dòng)壓路機(jī)碾壓速度應(yīng)控制在 3～6 km/h，40 t 沖擊式壓路機(jī)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(jī)進(jìn)行補(bǔ)充碾壓，約 20 遍。

4.7 灑水或晾曬

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

4.8 質(zhì)量檢驗(yàn)

質(zhì)量檢驗(yàn)主要指填筑過程中對(duì)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(cè)。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(dá)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(bào)驗(yàn)合格后，才能進(jìn)行新一層的施工，同時(shí)應(yīng)設(shè)置沉降觀測(cè)樁，按要求持續(xù)、長(zhǎng)期進(jìn)行沉降觀測(cè)和評(píng)估。

4.9 邊坡防護(hù)

路堤填筑完成后，應(yīng)對(duì)坡面進(jìn)行整平處理，由監(jiān)理人驗(yàn)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(zhǎng)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(shí)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(dòng)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(hù)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(yàn)方法，為浸水路堤的安全穩(wěn)定提供保障。

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