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線邵武段設計標準為山嶺重丘區(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，嚴重威脅路基穩(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，盲目套用標準圖。

3.4 工程質(zhì)量控制不嚴。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查分析，砌體用漿標號偏低，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 設計方案選擇

按省、地、市對“98”洪災水毀修復工程的要求，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

針對基礎存在細砂層，以化學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。但機械設備和料源受限制，化學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 設計要點

5.1 混凝土塊板沉排

塊板的鋪設長度，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設置，并采用瀝青麻筋填縫?；A輪廓線為直線，鋪設分組按7列連成一組設置(當基礎輪廓線為曲線時，可采用梯形塊板，按放射狀扇形排列)。連接鉤環(huán)錨固在腳墻基礎內(nèi)，基底設置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)基底應力(枯水期)：σ=(∑G+Ey)(1±6e/B)/B= 42.56(39.60)kPa/cm2＜[σ]=120kPa/cm2

符合設計規(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高，以與低水位平為最好。

6.2 塊板鋪設前應清除河床大孤石，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)應設置反濾層。

6.5 護坡應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，均應根據(jù)當?shù)氐牡刭|(zhì)條件和具體情況分析、處治，選用適當?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] 公路路基設計手冊[M]. 北京：人民交通出版社，1996.