特殊地質條件下國省道公路高填路基設計要點分析

劉雙林

摘要 為了有效提高路基強度和穩(wěn)定性，針對特殊地質條件下開展國省道公路高填路基設計要點分析，文章通過采用合適的填筑料，設計路基排水系統(tǒng)，合理布置注漿孔并分層強夯路基，再對路面覆膜養(yǎng)護保護路面。工程實例結果表明，國省道公路高填路基最大沉降差為1.5 cm，其測量計算結果小于3 cm，符合高填路基工程規(guī)范要求，可以為同類型路基工程施工提供技術參考。

關鍵詞 特殊地質；國省道公路；高填路基；填筑料；注漿孔；分層強夯

中圖分類號 U416.1文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）07-0046-03

0 引言

國省道公路是連接城市與鄉(xiāng)村、地區(qū)與地區(qū)之間的重要交通樞紐。在特殊地質條件下，國省道公路高填路基設計是一項復雜而重要的工作，同時，也面臨著諸多挑戰(zhàn)。要充分了解特殊地質條件對高填路基設計的影響，根據設計原則并運用關鍵技術優(yōu)化設計方案，確保公路的穩(wěn)定性和安全性[1]。因此，該文通過對國省道公路高填路基設計要點展開分析，希望為同類國省道公路高填路基設計提供參考。

1 特殊地質條件下國省道公路高填路基設計

在特殊地質條件下，國省道公路高填路基設計是一個復雜而關鍵的先期工作。該文研究的國省道公路位于貴州省黔東南州境內，其地質環(huán)境和條件特殊復雜，主要包括軟土地質、滑坡、崩塌、地裂縫、巖溶以及泥石流等，具有地質災害種類多、分布廣的特點。

1.1 選用填筑料

土壤類型是選擇填筑料的重要因素，不同類型的土壤具有不同物理和化學性質，如顆粒大小、滲透性、壓縮性等。在特殊地質條件下，土壤的含水量可能較高，會影響填筑料的壓實度和穩(wěn)定性，選擇填筑料時，要考慮土壤的含水量并采取措施降低含水量，確保填筑料的壓實度和穩(wěn)定性[2]。承載能力也是選擇填筑料的因素之一，由于特殊地質條件下的土壤承載力低，選擇填筑料時要采取措施提高承載能力，確保填筑料的穩(wěn)定性。填筑料可選用硬質石料和中硬石料，硬質石料的單軸飽和抗壓強度≥60 MPa，指標如表1～2所示。

對于巖性差異較大的填料層，填筑時必須采用橫向水平分層、分段填筑的施工方法，分層松浦厚度的上路堤≤40 cm，下路堤≤60 cm，還要求在40 cm以內的填料最大粒徑應小于150 mm[3]。

1.2 路基排水設計

路基排水設計是公路設計中的重要環(huán)節(jié)，主要目的是將路面匯集的雨水及時排出，避免雨水對路基邊坡產生沖刷破壞。根據特殊地質條件和排水要求，要選用合適的排水材料[4]，例如軟土地區(qū)應采用輕質、透水性好的材料，如砂礫、碎石等。這些材料具有較好的承載能力和排水性能，可以有效改善軟土地區(qū)的排水條件。在部分填土地段，排水溝的線形要求平整且盡量以直線為主，彎道處應設為圓弧，排水溝底部設置為0.6 m，深度設置為0.6 m，坡面坡度為1∶0.5，其半徑不能小于10 m[5]。如果排水溝長度不足，可根據工程要求增加，但不應大于50 m。路基排水系統(tǒng)如圖1所示。

工程位置地下水以孔隙水為主，有少量的基巖裂隙水。當基坑開挖時，如果基坑內的地下水超過路基頂面，則應在其上鋪設15 cm的碎石層以形成路基排水系統(tǒng)?；庸こ讨械牡貙臃纸琰c，應按照斜坡平臺的形式布置，如果巖土交界面上有地下水，可以設置碎石盲溝[6]。

1.3 布置注漿孔

利用注漿管向填筑體中注入具有良好流動性和高強度的水泥漿，通過注漿壓力向填筑體中灌注，將其充填于填筑體中與填筑體形成一體，增強填筑體的穩(wěn)定性。灌漿施工過程中，灌漿處理區(qū)域為裂隙尺寸范圍內的每一根樁前和后延約10 m，要對整個路基和邊坡注漿，要求注漿孔設計呈梅花形，采用袖管方式注漿，橫、縱距均為2.5 m，第一排注漿孔距路基中線1.5 m，路基橫向斷面共18孔。路基邊坡的左側一級平臺、二級平臺以及右側一級平臺都應采用梅花管注漿，每個平臺設置兩個2 m間距的灌漿孔，所有鉆孔都要插入原地面，深度最少應為l m，即完成注漿孔的布置[7]。布置注漿孔時，還要注意注漿孔的間距和深度，保證漿液能夠充分擴散和滲透。鉆孔位置要選在滲漏部位與裂隙相交部位及需要加固的部位，確保漿液能夠有效地加固地基或堵漏，防止?jié){液泄漏，保證注漿施工的質量和效果。

1.4 分層強夯路基

高填土路基的穩(wěn)定性是保證路堤穩(wěn)定性的重要環(huán)節(jié)，主要體現(xiàn)在路基的整體穩(wěn)定性，其穩(wěn)定性系數(shù)計算表達式為：

式中，K0——路基的穩(wěn)定性系數(shù)；∑N——在滑裂面上施加的總法向壓力；∑T——在滑移面上所受的總滑力；∑R——抗翻轉抗滑部件的總滑力；∑cl——滑裂面內各段套結力與滑裂面長度的乘積；φ——滑動面巖土內摩擦角。通過對國省道公路高填土邊坡進行加固后的穩(wěn)定性開展分析，確定特殊地質條件下國省道公路高填路基總體穩(wěn)定系數(shù)為1.112，系數(shù)<1.3。因此，該文確定高填路基的最危險部位是在軟土地基上，為了保證高填土路基的整體穩(wěn)定性，需要開展分層強夯路基。強夯場地采用整平方式處理，壓實度要達到90%以上。采用貫孔灌白灰法精確定位夯點，要求每個夯點都呈梅花形布置，采用的強夯錘夯直徑為3 m，錘頭重量為20 t，落距15 m，每個夯點間的間距為6.5 m[8]。夯實施工中，要精確標定一次強夯施工面的夯點位置并在現(xiàn)場實測標高，使夯錘與打擊點的定位一致并測量夯錘頂部的標高；將夯錘抬到規(guī)定高度，當夯錘從鉤子上松開后自然落下，再測量夯錘的頂面高度，完成1次有效夯擊后，再反復進行2次至5次夯打，以達到夯點夯擊效果；最后用推土機平整地面并測定其標高。

1.5 路面覆膜養(yǎng)護

在特殊地質條件下，國省道公路高填路基設計要點中的路面覆膜養(yǎng)護是一個重要環(huán)節(jié)。在公路高填方路基完成后，應開展對公路路面的覆膜養(yǎng)護施工，保證公路路面的強度。當?shù)缆仿访娴膹姸葷M足設計規(guī)定后進行張拉，進而拆除道路表面的養(yǎng)護薄膜。國省道公路高填路基設計如圖2所示。

在特殊地質條件下，國省道公路高填路基的路面覆膜養(yǎng)護需要注重選擇合適的養(yǎng)護膜、清理路面基層以及注意施工安全等，提高國省道公路高填路基的安全性和耐久性。

2 實例論證分析

2.1 工程概況

選取貴州省黔東南州國省干線某路段，其中部分路段的平曲線半徑不超過150 m，最小半徑40 m，按照《公路路線設計規(guī)范》規(guī)定，圓曲線半徑150 m以下的路段要進行拓寬處理。高填路基具體情況如表3所示。

該區(qū)域主要分布著砂質土和黏性土，其中砂質土占比較多。土壤含水量較高，部分區(qū)域達到飽和狀態(tài)，增加了路基設計施工的難度。

2.2 工程說明

經現(xiàn)場實地勘察，此公路高填路基方邊坡底部為軟弱土層，邊坡下部為一層2～5 m的可塑性碎石粉土層以及1～3 m厚的軟黏土。公路地基中軟土層導致路基不均勻沉降，如圖3所示。

由圖3可知，軟土路基下部多為碎石層，由于受地下水影響導致其處于飽和狀態(tài)，高填土易沿軟弱土層滑移破壞，路基產生了不均勻沉降。

2.3 工程準備

路段路基寬度為8.5 m，路基邊坡比值為1∶1.5，路基高度為12 m，路基底部為50 m，地基計算深度取20 m，計算寬度取150 m（大于3倍路基底部寬度），施工結束后固結度為60%。根據上述公路路基的實際情況，選擇沉降比作為評價指標，其控制計算參數(shù)取值如表4所示。

路基沉降量計算中，要求路堤填土壓實沉降的占比不能大于0.5%，且該沉降一般產生于竣工之后的1年內，因此路基沉降控制設計主要指的是施工后的沉降控制。軟土地區(qū)路基總沉降S宜采用沉降系數(shù)ms與主固結沉降計算，其計算公式如式（2）：

S=msSc （2）

式中，Sc——主固結沉降，采用分層總和法計算；ms——沉降系數(shù)，與地基條件、荷載強度、加荷速度等因素有關，其范圍值為1.1～1.7，應根據現(xiàn)場沉降監(jiān)測資料確定，也可按式（3）計算：

ms=0.123γ0.7（θH 0.2+νH）+Y （3）

式中，θ——地基處理類型系數(shù)；H——路堤中心高度；γ——填料重度；ν——加載速率修正系數(shù)；Y——地質因素修正系數(shù)。

2.4 工程結果

根據以上參數(shù)，計算特殊地質條件下該路段高填路基地基沉降量，求得的路基頂面沉降變形結果如表5所示。

通過理論分析計算，當與公路路基中線越遠時，沉降值逐漸變小。其中，路基中線最大沉降為9.33 cm，路基邊沿沉降為7.83 cm，沉降差為1.5 cm，計算結果小于工程標準的3 cm，符合設計施工要求。

3 結束語

在特殊地質條件下，國省道公路高填路基設計要點分析顯得尤為重要。該文以貴州省黔東南州國省干線某路段特殊地質條件下的高填路基設計為例，通過選用填筑料、布置注漿孔、設計路基排水、開展分層強夯路基以及對路面覆膜養(yǎng)護等多種工藝和方法，對高填路基的設計進行了論證分析。通過科學合理地設計，確保了國省道公路路基在特殊地質條件下的安全性和穩(wěn)定性。

參考文獻

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