高速公路特殊路基施工技术分析

　　摘要：不良地质现象往往导致路基路面结构破坏。针对广巴高速LJ20合同段的不良地质实际情况，介绍了换填土、塑料板排水、碎石桩处理软土地基的施工技术，以及陡坡上填挖结合和围岩落石施工技术。
　　关键词：高速公路；软土地基；填挖结合；围岩落石；冲击压实
　　
　　0引言
　　路基是公路的重要组成部分，是按照路线位置和一定的技术要求修筑的带状构造物，承受由路面传来的荷载，应具有足够的强度、稳定性与耐久性。但是，路基又是线形构造物，东西距离长，南北跨度大，往往遇到软土等不良地质现象和陡坡复杂地形。特别是高速公路建设中，因地质灾害和特殊不良地基引起的公路病害导致路基失稳等现象时有发生，不仅造成公路损失，而且危及到车辆和人员安全。因此，必须采取必要的工程技术措施，甚至使用新材料、新工艺、新结构才能满足工程的质量和运营要求。下面结合广元至巴中高速公路LJ20合同段工程不良地质实际情况，对不良地质路基处理措施进行分析。
　　1工程概况
　　广元至巴中高速公路是连接甘肃、陕西、渝东及川北等西部贫困地区与中部、东部发达地区的重要纽带，是四川省规划的干线公路网的重要组成部分和川北地区公路的主骨架，对于完善四川省公路干线网络和贯通东西南北的快速通道、促进省际间的经济交流、改善区域投资环境都具有十分重要的意义。项目所在地区位于盆地北缘，为秦岭山脉南麋之大巴山西北段—m仓山与四川盆地接合地带，分为浅~中切割地山及窄~中谷山岭地貌区、浅~中切割丘陵地貌区及山间河谷平坝地貌区。属于杨子准地台。地质构造以褶皱为主，在测区西北区角的龙门—大巴台缘断带内有断裂分布。岩性主要为粉砂质泥岩、泥质粉岩及石英砂岩，夹层或不等厚互层；第四系覆盖土主要有分布于河漫滩的粉砂及砾卵石、分布于一级阶地的低液限粘土或粉土及砂砾卵石、分布于冲坳及坡麋的低液限粘土或粉土及碎块石土，厚度数m~数十m不等。地表水主要分布于河流、溪沟和水库水塘，地下水类型主要有第四系孔隙潜水、碎屑岩孔隙裂隙潜水及碎屑岩孔隙裂隙承压水；潜水季节性强，承压水长年不干；地下水补给、径流、排泄条件良好。地表水及地下水水质良好，对混凝土无腐蚀性。属亚热带湿润季风气候类型，春早、夏热、秋凉、冬暖，四季分明，雨量充沛，光照适度，气候温和，无霜期长，雨量集中。
　　广至巴中高速公路LJ20合同段位于巴中境内，路线起于马家院子，沿八代王沟顺流而下，在鸭子塘2跨八代王沟，经椎家湾，穿元包子隧道；路线沿巴河左岸逆上，经苟家湾、杨家梁、徐家梁，至于巴中市西南巴河西岸的穆家坝。路线主线起讫桩号K143+380~K149+500，长度6.120公里。全线采用四车道高速公路标准建设，全封闭全立交，计算行车速度80km/h，路基宽24.5m，沥青混凝土路面。本合同段的特殊路基主要有：(1)软弱地基共5段，长度775m;(2)陡、斜坡路堤共有5段，长度387m;(3)纵向填挖交界过渡段及半挖半填挖过渡段共11处，长度560m;(4)路床冲击碾压补强压实共11段，长度780m。
　　2特殊路基处理
　　2.1软弱地基处理
　　本合同段采用塑料排水板和碎石桩对部分软基进行处理，碎石桩施工时采用振动器干振成孔（严禁冲水振动），并按“先护壁，后制桩”的办法施工，上提振动成桩过程中，护壁送料管不得缺料，以免断桩；塑料排水板施工时插设间距尺寸误差应小于15㎝，其露出于砂砾石垫层上的长度按20㎝控制，路基应分层均匀填筑，填筑时间为6m，路堤填筑完成后，必须预压至少6m。填筑过程中必须进行沉降和稳定观测，以严格控制填筑速率，避免加载过快出现路基剪滑破坏。控制标准为：路堤中心线地面沉降速率每昼夜不大于1.0m,坡脚水平位移速率每昼夜不大于0.5m。
　　1）换填及设排水沟处理（适用于软弱土层厚度≤4.0m的路段）。施工前先开挖纵横向临时排水沟，排除地表积水；沟谷、水塘地段表层淤泥必须清理干净。软弱土层厚度≤2.0m时，按间距5～8m设置1.2～1.5m深片石排水沟进行处理。软弱土层厚度2.0≤h≤3.0m时，采取换填砂岩片碎石，换填厚度1.5～2.0m。软弱土层厚度3.0≤h≤4.0m时，采取换填加片石排水沟方式处理，换填厚度1.5m,片石排水沟深度1.0～1.5m。凡采用横向排水沟时，一般均于下游侧增设一道纵向片石排水沟，然后结合地形延伸纵或横向排水沟至低洼处。
　　2）塑料排水板处理。塑料排水板打设前，按照路基施工规范要求先将表层浮淤土或淤泥清除干净，并开挖纵、横向排水沟，将地表水疏干，然后摊铺一层泥岩填料，并形成路拱状，其边缘厚度为30㎝，中心厚度70㎝。为防止塑料排水板与砂层连接处受污染而排水不畅，按照设计在路基起拱层上填筑一层天然砂砾垫层，遇有田埂时，将原地表削成一斜面，以确保砂砾垫层的连续性和排水效果。塑料排水板施工采用步履式插带机，机具就位前按设计间距尺寸测放正三角形网格，以确定板的打设位置，并打入有标记的竹桩。机具就位后在钢套上刻上进尺标志，以控制打设的深度，并做好原始记录。塑料排水板穿靴。松卷扬机，将钢套管和排水管激振入地下至设计深度后关机。启动卷扬机，拔出套管同时将带子剪断。塑料排水板打设完后，即可摊铺上层砂砾垫层并压实。
　　路基分层均匀填筑，填筑时间为6m，路堤填筑完成后，必须预压至少6m。填筑过程中同时进行沉降和稳定观测，以严格控制填筑速率，避免加载过快出现路基剪滑破坏。。
　　3）碎石桩处理。软弱地基路段涵洞基底采用掺和5%～8%水泥的碎石桩处理，以提高地基承载力，减少沉降。施工前采用原位测试方法核实处理区域及地基强度，做好“电通、料通辑及场地平整”等准备工作。测量地面高程，并根据处理面积及布桩方式、间距在现场用小木桩标出桩位，桩位偏差不大于3㎝，竖向偏斜不大于1%，并做好试桩试验。对位、造孔、护壁、制桩、成桩。成桩后，挖去地面线以下至少1.2m的复合地基，并保证挖去后的地基顶面低于涵底面60㎝，然后再复合地基上面铺筑碎石垫层，分层压实至涵基底面标高处。
　　2.2陡、斜坡路堤及纵向填挖交界过渡段和半挖半填挖过渡段：
　　（1）加强斜坡路堤稳定性的一般性措施：斜坡路堤填筑前应首先在清除耕植土后开挖宽度不小于3.0m的台阶，并设置2%～4%的反向坡度。
　　当在稳定的斜坡坡面上填图高度不大时，于路肩设置高度小于2.0m护肩或于坡脚设置高度小于4.0m护脚支挡斜坡路堤；填土高度较大时，在下滑力小于墙背土压力时，于路肩设置一般挡土墙支挡斜坡路堤，从而收缩坡脚，避免填方延伸过长引起斜坡路堤基的不稳定因素。
　　重力式抗滑挡土墙支挡斜坡路堤：若填土高度不大、覆盖土层不厚、岩土界面较陡时，下滑力较小，一般在斜坡坡面上设置路肩式重力式抗滑挡土墙支挡斜坡路堤。
　　抗滑桩板墙支挡斜坡路堤：若填土高度大、覆盖土层较厚、岩土界面较陡时，下滑力较大，则采用抗滑桩板墙支挡斜坡路堤。
　　反压护道及土工格栅加固斜坡路堤：对于大部分位于陡横坡上、局部伸至平坦沟谷上的高填斜坡路堤，则根据稳定性计算采用反压斜坡路堤。当地面横坡接近或陡于外侧填方边坡、高度大于12m的高填斜坡路堤，为避免路基不均匀沉降过大造成路面拉裂破坏，除要求开挖台阶外还应在路面底面以下铺设3层土工格栅进行加固处理。
　　（2）纵向填挖交界处应设置过渡段，其填方区长度不小于10m，且采用级配较好的砂砾土填筑；当地面横坡陡于1：5时，在原地表开挖成向内倾斜2～4%的反向台阶，台阶宽度不小于3.0m；当纵向填挖交界处挖方为土质时，挖方区路床范围土质应挖除换填处理；当地表坡度陡于1：2.5且路段沟谷填方高度大于8.0m时，除开挖台阶外，还应在路面底面以下铺设3层土工格栅，格栅伸入挖方段长度不小于4.0m，伸入填方区不小于15m。
　　（3）半挖半填过渡段路基：挖方区为土质时，路床范围土质应挖除换填，为避免孔隙水或基岩裂隙水渗入填方区软化路堤，半填半挖交界处酌情设置顺路线的纵向排水渗沟，并于适当位置引出；填方区优先选用级配较好的砂砾土填筑，挖方区为强度较高石质时，可酌情采用填石路堤，在路面底面以下铺设3层土工格栅。
　　平整场地后，按设计拟定的位置，沿路基横向铺设土工格栅，并注意格栅间联结与拉直平顺。格栅的纵、横向接缝可采用尼龙绳或涤纶线缝接或U型钉连接等方法使格栅连成整体，格栅间互相搭接宽度不小于20cm，在受力方向连接处的强度不低于材料抗拉强度。格栅严禁扭曲、邹折，重叠，铺设时应用受拉直，使格栅平顺均匀，铺好的土格栅每隔1.5-2.0名用钉头固定于填方表面。在铺完格栅后，应及时（48小时内）填筑材料。每层填筑应按“先两边，后中间”的原则对称进行，严禁先填路提中部。填料不允许直接卸在土工格栅上，必须卸在已摊铺完毕在上面上，挟土高度不大于1m。一切车辆、施工机械不得直接在铺好的土工格栅上行走，只容许路堤轴线方向在土面上行驶。
　　在第一层填土达到预定厚度并经碾压到设计压实度后，将格栅反卷回包2m绑扎于上一层土工格栅上，并人工修整锚固，在反卷端外侧培土1.0m，保护格栅，防止人为破坏。按上述工序完成了一层格栅铺筑，并按同样的方法步骤进行其它各层格栅铺筑。所设格栅铺完后，即开始上部路堤的填筑。
　　填挖结合部（包括纵向和横向）处理。先对原地面进行清理、挖台阶、碾压处理，对地面横坡大于1：2的纵向、横向填挖结合部，按照设计要求铺筑土工格栅和砂砾粒或碎石透层外，应尽量采用同类土质或内摩擦角较大的砂石材料进行填筑。土工格栅纵向与填挖接缝相垂直，在覆盖土之前须拉平钉牢（可用φ6U型钢筋），运土车辆倒土时应避免扰动已铺好的土工格栅，土工格栅上的第一层填料必须用人工摊铺找平，然后压实。
　　2.3危岩落石处理
　　主动防护系统系以柔性钢绳网系统防护堑坡节理发育密集或者路堑外侧陡崖发育有崩塌落石的段落，用于防止落石/飞石的发生。该张拉工艺能使系统对坡面施以一定的法向预紧压力，从而提高表层危岩体的稳定性，并在钢绳网下铺设小网孔的SO/2.2/50型格栅网，阻止小尺寸岩块的塌落。
　　施工安装方法：①对坡面防护区域内的浮土及浮石进行清除或局部加固；②放线确定锚杆孔位，并在每一孔位处凿一深度不小于锚杆外露环套长度的凹坑，一般口径20㎝，深20㎝；③按设计深度钻凿锚杆孔并清孔，孔深应比设计锚杆长度长5㎝以上，孔径为Ø70；④插入锚杆并注浆，浆液标号不低于M30，砂灰比1：1～1.2、水灰比0.45～0.50的水泥砂浆或水灰比0.45～0.50的水泥净浆，水泥采用425普通硅酸盐水泥，优选粒径不大于3㎜的中细砂，确保浆液饱满，在进行下一道工序前注浆体养护不少于三天；⑤安装纵横向支撑绳，张拉紧后两端各用三个或四个（支撑绳长度小于30m时用三个，大于30m时用四个）绳卡与锚杆外露环套固定连接；⑥从上而下铺挂格栅网，格栅网间重叠宽度不小于5㎝，两张格栅网间的缝合以及格栅网与支撑绳间用Ø1.2铁丝按1m间距进行扎结；⑦格栅网铺设的同时，从上向下铺设钢绳网并缝合，缝合绳为Ø8钢绳，每张4m×4m(或4m×2m)钢绳网均用一缝合绳与根长31m(或23m)的四周支撑绳进行缝合并预张拉，缝合绳两端各用两个绳卡与网绳进行固定联结；⑧用Ø1.5铁丝对钢绳网和格栅网间进行相互扎结，扎结点纵横间距1m左右。
　　2.4路床冲击碾压
　　冲击碾压主要用于路堤分层填筑碾压至下路床顶面后的检验性补强压实。全线除桥梁、石质挖方路段、涵顶填土小于3m的路段外，在下路床填筑施工完成后采用冲击碾压进行检验性补压，既可检验原压实质量是否符合要求，又可对路床补压形成高强度均匀层，当路床范围设有土工格栅时，路床检验性补压的位置应做相应的下移调整。冲击碾压施工工艺如下：①对于按照要求达到冲击碾压前标高的路段，检测表面以下50cm处的土体含水量。含水量应控制在最佳含水量的±2％以内，否则应进行晾晒或洒水。②用冲击式压实机进行冲击碾压，压实机的行进速度应控制在10～12km／h左右，从路基的一侧向另一侧转圈冲碾，冲碾顺序应符合“先两边、后中间”的次序，以轮迹重叠1／2铺盖整个路基表面为冲碾一遍，共冲碾15～20遍。③冲击碾压过程中，如果因轮迹过深而影响压实机的行进速度，可用推土机平整后在继续冲碾。若冲击碾压过程中路基表面扬尘，可用洒水车适量洒水后继续冲碾。④考察冲击碾压效果的控制指标为压实度。当原路基压实度≤96％时，压实度提高5％为宜；当原路基压实度＞96％时，压实度达到100％为宜。⑤冲击式压实机冲击碾压完毕后，检测路基表层0～20cm的压实度。如果压实度达不到要求，应视情况补充冲碾5～10遍。⑥用人工配合机械清除高于设计标高的多余土方，按照施工技术规范整理路床。⑦用振动或静碾压路机碾压1～2遍，达到路床验收标准为止。
　　施工时尽量在路基形成较长的连续冲碾段后进行，严格控制路表以下50cm内的含水量，严格控制冲击碾压的范围，雨后或表面含水量较大时，应采取晾晒或其它措施降低表面含水量，不宜直接用冲击式压实机进行冲击碾压作业。
　　3结束语
　　本合同段特殊路基虽然较多，但根据不同的特殊路基的具体特点，采用采用相应的方法处理，保证了施工质量和进度，受到业主和监理的好评，为本单位赢得了信誉，同时也为本单位创造了经济效益。实践证明根据特殊路基的不同特点采取不同技术处理方案和相应的施工方法是处理高速公路特殊路基的有效措施。