土質(zhì)路塹條件下的高速公路路基及排水關(guān)鍵工藝

張炳現(xiàn)

（邢臺路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北邢臺 054700）

0 引言

高速公路是衡量一個國家和地區(qū)公路交通發(fā)達(dá)程度的主要指標(biāo)之一，也是現(xiàn)代交通發(fā)展的標(biāo)志。高速公路適應(yīng)工業(yè)化和城市化的發(fā)展進(jìn)程，促進(jìn)了汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為國家經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展起到了巨大的促進(jìn)作用，也為人們的出行提供了極大的方便[1-3]。因此，保證高速公路能穩(wěn)定地發(fā)揮運(yùn)輸和承載功能，避免在交通過程中發(fā)生事故，對于保障人們的生命與財(cái)產(chǎn)安全具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。作為高速公路施工質(zhì)量的關(guān)鍵一環(huán)，路基工程的施工質(zhì)量具有決定性的作用，其質(zhì)量的高低一定程度上影響了高速公路工程的整體質(zhì)量層次與功能定位[4-7]。

在高速公路的路基研究方面，李剛等[8]針對新舊路基結(jié)合處的差異沉降控制難點(diǎn)，為研究新舊路基結(jié)合處的不均勻沉降發(fā)展規(guī)律，通過數(shù)值計(jì)算模型的思路并應(yīng)用有限差分法，對4 種影響因素分別進(jìn)行了總結(jié)，包括拓寬寬度、填方高度、彈性模量以及壓縮模量等。嚴(yán)黎[9]為論證河砂吹填路基的施工可操作性，根據(jù)湖南岳陽湖區(qū)高速公路的某標(biāo)段路基修筑案例，通過試驗(yàn)的方法，對所用吹堤河砂的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行了確定，具體包括最佳含水量、細(xì)度模數(shù)、含泥量以及最大干密度等，驗(yàn)證了河砂吹填的可行性并總結(jié)了其關(guān)鍵工藝。

本文在前人研究成果的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步深化高速公路路基施工工藝，積累不同工況下的成功經(jīng)驗(yàn)，依托某高速公路路基施工案例，針對其土質(zhì)路塹的特點(diǎn)，分析了軟基處理方法以及路基填筑施工要點(diǎn)，并總結(jié)介紹了排水工程的建設(shè)思路，旨在為土質(zhì)路塹條件下的高速公路路基施工與排水設(shè)計(jì)提供有參考價值的思路。

1 工程概況

某高速公路位于我國東部，是沿海城市的一條關(guān)鍵出行快速通道，對促進(jìn)沿線城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會交流具有重要作用。高速公路全長280km，沿線經(jīng)過山間洼地、溝谷，地表一般覆蓋有第四系冰水沉積、粉質(zhì)黏土夾卵石層等。合同段所在區(qū)域道路較多，大型設(shè)備進(jìn)場可通過另一條高速公路運(yùn)至工地附近，再輾轉(zhuǎn)相關(guān)省道及鄉(xiāng)村公路進(jìn)駐工地現(xiàn)場。主線所經(jīng)區(qū)域地方道路較多，但道路標(biāo)準(zhǔn)較低且頻繁穿過村莊等人口密集區(qū)，通行狀況相對較差，無法滿足施工設(shè)備及材料進(jìn)場要求。施工時需沿主線方向在道路一側(cè)修筑施工便道。

為避免臺階開挖后長時間暴露對填方路基的穩(wěn)定性造成不利影響，填方段的清坡及臺階開挖應(yīng)根據(jù)機(jī)械設(shè)備的配置情況，于分段開挖后及時開展填筑施工，不得一次性全部開挖完再長時間等候施工。如遇極端的不利降雨天氣，應(yīng)對高填方采用薄膜覆蓋。

2 軟弱地基處理

該高速公路的某里程區(qū)段為積水區(qū)，主要是由附近水塔常年漏水，流水匯聚在地勢低洼處而形成。道路沿線經(jīng)過的山間洼地、溝谷，地表多為水稻田地。由于長期耕種、浸泡等原因，需對軟弱地基進(jìn)行相應(yīng)的處理。

本項(xiàng)目針對軟弱地基采取的處理措施主要有清淤換填+片碎石盲溝+坡腳換填。其中的清淤換填工序?yàn)椋号潘獧C(jī)械開挖—淤泥外運(yùn)—基底承載力檢查—回填砂礫石。部分路段采用墊層法處理，如圖1所示，即將基礎(chǔ)底面下一定范圍內(nèi)的軟弱土層挖去[10-13]，然后分層填入強(qiáng)度較大的砂、碎石、素土、灰土以及其他性能穩(wěn)定和無侵蝕性的材料，并夯實(shí)（或振實(shí)）至要求的密實(shí)度。

圖1 墊層法處理地基

3 土質(zhì)路塹開挖施工方法與技術(shù)分析

3.1 路塹施工要求

首先要做好準(zhǔn)備工作，即做好塹頂排水工作。在坡面開挖時挖出相應(yīng)的排水坡度，坡度應(yīng)相對較穩(wěn)定，以利于流水排出。在實(shí)際施工時會遇到地質(zhì)條件不好的段路，在這種情況下無法使用原有的開挖技術(shù)，故應(yīng)采取分段開挖法，從路基上層向下層進(jìn)行分層開挖，可以防止在開挖過程中發(fā)生崩塌，減少事故的發(fā)生。

在路塹施工時，有許多挖出的廢土。在施工過程中若將這些廢土堆積存放于一處，將會影響路塹邊坡的穩(wěn)定，因此在施工時應(yīng)進(jìn)行廢物利用。實(shí)踐中可利用廢土進(jìn)行填坑，從而既減少廢土的堆積，又能提高施工效率。對于深路塹開挖，除需在施工前詳細(xì)地觀察學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)圖紙外，還需了解該路段的地質(zhì)以及附近地區(qū)的地質(zhì)，反復(fù)確定性質(zhì)后才能開始施工。

深挖路塹施工前應(yīng)先確定坡口的位置，如果沒有確定坡口的位置，則后續(xù)施工時將無法準(zhǔn)確控制邊坡的坡率，然后在坡口處開挖大小為0.2m×0.2m 的坡口溝，若坡口溝處存在巖石裸露，則應(yīng)用紅漆進(jìn)行標(biāo)注。按照上述順序進(jìn)行施工可以有效地控制坡率，提高施工效率和質(zhì)量。同時，施工過程中也要做好排水設(shè)施，按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)截水溝，從而可以減少地面的水量，防止出現(xiàn)滑坡坍塌的現(xiàn)象。另外，應(yīng)對路段做好加固的措施，以保證施工人員的安全。

根據(jù)現(xiàn)場的地形，本項(xiàng)目采用的開挖方案應(yīng)滿足下列要求：

（1）開挖時應(yīng)確保自卸汽車在空車的情況下可以到達(dá)坡頂，并要多設(shè)計(jì)一條路線，一側(cè)上坡，一側(cè)下坡，方便汽車上下通行，避免上下的汽車發(fā)生碰撞，增加施工的安全性，具體的開挖順序見圖2。

圖2 路塹開挖順序圖

（2）在山頂邊上設(shè)置一個平臺，方便推土機(jī)將土推至該地，然后由汽車將土運(yùn)送出去。

在施工過程中，應(yīng)實(shí)時對邊坡的坡率進(jìn)行控制。在深挖方施工時，如果發(fā)現(xiàn)該地段的土質(zhì)變化較大，應(yīng)上報(bào)工程師，讓其確定是否繼續(xù)施工或者采取適當(dāng)?shù)恼{(diào)整措施。到達(dá)土石的分界線后，應(yīng)由工程師進(jìn)行觀察，合理確定爆破方式后才能繼續(xù)施工。如果在施工中遇到雨天，則需暫停施工，并對施工場地采用防雨的材料進(jìn)行遮擋，保證在天晴后能夠繼續(xù)施工。建設(shè)時應(yīng)按照設(shè)計(jì)方案中的順序進(jìn)行施工，并在施工前做好防護(hù)工程，保證開挖施工人員的安全。

3.2 分層填筑

填筑時，每隔20cm 應(yīng)設(shè)置一組標(biāo)高點(diǎn)，且松鋪厚度應(yīng)保持在10～30cm，不得超出這個范圍。分層填筑時，每側(cè)應(yīng)超填寬50cm的大小，以利于機(jī)器進(jìn)行壓實(shí)，確保路基橫向的壓實(shí)度滿足要求，不會造成路段深陷問題。路基壓實(shí)度及填料要求如表1所示。

表1 路基壓實(shí)度及填料要求

在分層填筑過程中，用自卸車進(jìn)行卸土，因此應(yīng)計(jì)算卸土作業(yè)中的土間距，以方便控制卸土量，保證每層澆筑的厚度足夠均勻，不會造成路段凹陷問題。在條件允許時，應(yīng)采取分層交錯搭接的方式，搭接寬度大于3cm，否則應(yīng)在分層處預(yù)留寬度大于2cm 的臺階。

3.3 路堤填筑施工工藝

路堤填筑施工工藝見圖3。土質(zhì)路堤填方的主要材料為土，但嚴(yán)禁使用含草皮土、生活垃圾、樹根和腐朽物質(zhì)的土；同時，淤泥、泥炭、強(qiáng)膨脹土、有機(jī)質(zhì)土及易溶鹽超過允許含量的土，也不得直接用于路堤填筑；如果不得使用，則必須采取措施處理，經(jīng)檢驗(yàn)滿足設(shè)計(jì)要求后，方可使用。

圖3 路堤填筑施工工藝流程圖

4 路基排水工程技術(shù)分析

4.1 試驗(yàn)段施工

根據(jù)要求，正式施工前，先選擇長度100m 左右的路基作為試驗(yàn)段，驗(yàn)證施工工藝的可行性，并確定達(dá)到規(guī)定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的碾壓遍數(shù)和施工機(jī)械設(shè)備組合等。本標(biāo)段的路基試驗(yàn)段設(shè)置在相應(yīng)的比較平穩(wěn)的線路區(qū)間處，并盡量避開了過渡段。

4.2 路基的排水設(shè)備建設(shè)分析

路基的排水設(shè)備建設(shè)應(yīng)齊全，確保施工中沒有多余的積水干擾，保證排水設(shè)備在合理分布的同時，盡量減少占地面積，避免農(nóng)田被大面積占用。同時，還應(yīng)設(shè)置排灌系統(tǒng)，防止排出的水沖毀農(nóng)田或者破壞其他的利民設(shè)施。排水設(shè)備在設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮環(huán)境保護(hù)，保證該地的水資源分配合理，確保該處的水文環(huán)境能夠協(xié)調(diào)發(fā)展。另外，排水設(shè)施布置時也要考慮該處的地形、地質(zhì)以及氣候等條件，進(jìn)行綜合權(quán)衡后再設(shè)計(jì)出適應(yīng)當(dāng)?shù)毓r的排水系統(tǒng)，提高排水效率。所設(shè)計(jì)的排水系統(tǒng)既要使其線條流暢美觀，也要采取防護(hù)的措施，防止設(shè)備被水沖壞。最后，路基的邊溝、天溝、截水溝等也要考慮該處的地形、地質(zhì)及氣候等因素，經(jīng)設(shè)計(jì)后確定其斷面形式和尺寸大小。

在施工填方區(qū)段的邊溝形式矩形排水溝時，應(yīng)注意使用M7.5 漿砌石進(jìn)行建設(shè)，且其溝壁厚度應(yīng)當(dāng)為30cm。排水溝的尺寸大小主要是根據(jù)其排水量的大小決定的，并考慮合并的排水溝數(shù)量。

矩形蓋板的邊溝大小一般是60cm 寬×80cm 深，其大小受匯水面積和挖方路基控制，在不同的工程中有不同的尺寸。路基邊溝長度必須小于300cm，且邊溝的底縱坡和路線縱坡的方向一致。在施工遇到坡度大于10%、水高差大于1cm 的坡面時，應(yīng)設(shè)置跌水或急流槽（見圖4），避免水流通過時收集得不均勻。

圖4 急流槽設(shè)置

4.3 路塹邊坡排水技術(shù)

路塹邊坡上方的水流量較大時，應(yīng)在頂部設(shè)置50cm×50cm 矩形截面的截水溝，減少路基的地表水流量。當(dāng)然，如果坡頂沒有水流量或者水流量小，則可以不設(shè)置截水溝，以節(jié)約施工成本。在挖方施工時，應(yīng)在每一級建設(shè)一個25cm×40cm 梯形截面的平臺溝，既防止下一級的坡面被沖刷，也有利于排水。

如果在施工時發(fā)現(xiàn)地下水水位較高，則應(yīng)建設(shè)地下水的排水設(shè)施，以防止受地下水的影響導(dǎo)致路基和邊坡不穩(wěn)固。在山坳地段，應(yīng)設(shè)置截水盲溝，使地下水流出路基的范圍，再利用滲溝將多余的地下水排除，也可以加入一些碎石，有利于提高滲透效率。采取截水盲溝的方法可以有效地排除水量多的地下水。如果路塹邊坡位于地下水豐富的地段，可以考慮建設(shè)排水平孔，以有效地排除路塹邊坡的地下水。施工中應(yīng)采用人工排水和與機(jī)器排水互相配合的方案，彌補(bǔ)各自的不足，從而既提高排水效率，又縮短施工工期。

5 結(jié)語

高速公路為國家的運(yùn)輸事業(yè)提供了便利，極大地促進(jìn)了國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。本文結(jié)合某高速公路工程的土質(zhì)路塹施工案例，針對其中存在的各種施工問題，分析了軟基處理方法以及路基填筑施工要點(diǎn)，介紹了排水工程的建設(shè)思路與技術(shù)。通過有效實(shí)施過程控制與針對性的工藝對策，既保證了高速公路路基的整體施工質(zhì)量，又縮短了工程工期，提高了土質(zhì)路塹的路基施工效率。