山區公路高填方路基經濟實用的斷面型式選擇

徐艷海,劉 同

(1.黑龍江省路友工程招標代理有限公司;2.北就建宏興順市政工程有限公司)

1 方案的提出

1.1 大方量路基斷面多

鶴大國家高速公路七臺河—雞西段擴建工程七臺河至雞西段輔道工程,三級公路,路線長 75.5km,行車道寬7.0m,路基寬 8.5m,土石方數量 256萬 m3,平均每公里3.4萬 m3。其中雞西市城子河區(K41+500～K62+800)20km多為崇山峻嶺路段,地形十分復雜,土石方數量199.68萬方,占全線的 78%。一個斷面面積在 1000m2以上的有25段,在2000m2以上的有 4段,最大面積在 K41+590斷面面積 2726m2。如 K46+650～K59+000計12.35km,路基預算 0.78億,平均 631.6萬元/km,工程量、工程經費和施工難度之大可想而知。

1.2 落空高填方路基斷面多

全線 75.5km,涉及坡腳到路基邊緣高度 H≥8m的路段有 27段,長 8.85km,占全線的 11.7%;H≥20m且邊坡有三個臺階以上的路段有 18段,長 2.69km,占全線的 3.6%。填方斷面一側是溝谷另一側是高山的地形,出現下大上小即落空高填方的斷面,全線有 9段 51個斷面,長 3.11km占全線的 4.1%,最典型斷面為 K43+480,填方數量較大,邊坡穩定很成問題。

1.3 高填方的半填半挖路基斷面多

全線 75.5km,涉及半填半挖路段 30段,154個斷面,長2.5km,占全線的 6.8%,其中半填部分 H≥20m的路段有5段,12個斷面,全部分布在 K57～K64計 7km路段之內,最典型斷面在 K63+380。邊坡存在嚴重的不穩定因素和不安全因素。

1.4 設計邊坡與自然坡坡率大致相同的路基斷面多

全線 75.5km,由于山高溝深,水平距離≥50m、高度H≥20m且自然坡坡率與設計坡率大致相同的路段有 18段,39個斷面,長 875m,占全線的 2.4%,其中 K42～K50有45個斷面,最典型斷面為 K43+336,水平距離 56.2m,高度21.3m。

1.5 擋墻路基多

全線 75.5km,自上山變坡點至下山變坡點止全長20km,設擋墻路段 25處,砌體 2.55萬 m3,總經費為 582萬元,每公里 15.7萬元,其中路肩擋墻 23段,計 2.47萬 m3,≥1000方的擋墻 10處,數量 2.04萬 m3,占總數的 80%,由此可見擋墻數量之多,經費之高。

以上可以看出,鶴大國家高速公路七臺河—雞西段擴建工程七臺河至雞西段輔道工程大填方路基多;大擋墻路基多,每公里達 15.7萬元;下大上小即落空路基多,占全線的13.1%;半填半挖高填路基多,占全線的 6.8%;設計坡率與自然坡率相同路基多,占全線的 2.4%;這三種斷面累計達22.3%,近 1/4。能否在邊坡上部截斷,減少下部大面積的土方量,又不因上部截斷需做大型擋墻,造成經費大量增加,因此選擇一種經濟適用可行的路基斷面型式,顯得十分必要。

2 方案比較

2.1 擋墻方案

所謂擋墻方案即原設計方案,就是在路基左側設置路肩擋墻,以減少左側填方。原設計擋墻長 110m,墻身最高14m,總高最高 16.23m,7.5#漿砌片石 4018m3,填石方5223m3,經費 54萬元。在挖基施工時,由于原地面線傾斜角 70°左右,擋墻基底應力要達到設計要求,經鉆探須再挖深 20m,這樣擋墻總高度達 36.23m,漿砌片石擋墻斷面將特別巨大,設計困難且施工難度大,安全難以保證。如改成混凝土擋墻,則經費猛增。因此,從設計、施工、安全、經費角度考慮,均無法實施。

2.2 填方方案

所謂填方方案,就是將上述路段路基左側填方全部自下而上填筑至設計標高。該路段填土高平均 11.5m,水平距離平均 51.23m,填挖均為石方,施工方法采用人工開炸解小,挖機挖后往下倒,裝載機往前后運土(汽車無法運輸),推土機分層平土,壓路機分層碾壓。施工難度大,僅修壓路機便道需 2km以上,因路段短,便道陡,裝載機、推土機、壓路機等進入施工點后,不可能來回在前后施工路段作業,只有待路基達到標高后,才能到其他施工路段作業,設備牽制較多,機械活動范圍小,不能發揮機械的正常效率,工程進度慢,施工安全難于保證。該路段原設計為擋墻路基,全部改為填方后,由于該路段均為下大上小的落空路段和高半填半挖路段,增加土石數量較多,計填石方 7.2萬m3,增加經費53.5萬元,成本較高。

2.3 砌石路基方案

所謂砌石路基方案,就是既不設置擋墻,也不填左側大方量的填方,而是采用比擋墻坡率緩,比路基坡率陡的干砌片石路基。規范規定,巖石地段的半填半挖路基等,當填方較大,邊坡伸出較遠或落空而不易填筑時,可采用砌石路基。規范同時還規定,砌石路基的砌石必須用不易風化片石砌筑,內側填石,高度≤15m,外坡最大坡率不陡于 1∶0.75,高度超過 8m的砌石路基,底部 0.5m高度范圍內應用 M5水泥砂漿砌筑,從上往下每隔 4m用M5水泥砂漿砌筑一條水平加強肋帶。K42+560～K42+810正是這種情況的典型路段,邊坡伸出遠和落空路基不易填筑,全部為填石路段。根據地形、地質等實際情況,經設計砌石路基高 13m。考慮邊坡內側雖然填石內摩阻力大,但應考慮因邊坡較高可能還有較大土壓力和施工方便,為確保一次成功,決定提高標準,全部采用 M7.5漿砌片石,砌體數量 1587m3,填石 22113m3,經費 32萬元。可達到減小施工難度的目的,增加施工安全系數。

砌石的施工方案為:

(1)漿砌石施工。包括選石、沖洗、拌漿、砌筑、勾縫等工序。漿砌石工程砌筑前石料應挑選、石質堅硬、無剝落層或裂紋,大片石和小片石應分別砌筑在不同位置;

(2)底部砌筑。鋪砌墊層厚度(符合設計要求),掛好線,立放砌筑片石小頭向上、大頭向下,片石之間接觸融合;細石混凝土灌漿,原漿勾縫。外露片石應大小均勻;勾縫面應平整、光滑;

(3)邊坡砌筑。座漿鋪厚度 5～10cm細石混凝土,掛好線,砌筑片石,小頭向外、大頭向里要求平整,對片石適當搖動或敲擊,使其平穩密實,嚴禁石塊之間接觸,最小縫寬 5～8cm,砌筑二層片石應錯縫;細石混凝土外露部分片石必須橫平豎直,座漿及豎縫砂漿填塞應飽滿密實,并及時用砂漿勾縫平整、光滑;

(4)砌體養護。砌體完工 12～18h后,表面發白即可灑水養護;經常保持外露面的濕潤,養護期為 21d。

3 方案比較表

表 1 方案比較表

4 方案采用

從以上三種方案比較可以看出,原設計的擋墻方案,因基底應力無法達到要求,使墻高達 36m多,不論采用漿砌片石還是混凝土,擋墻斷面將特別巨大,強度、剛度、穩定性均需重新設計驗算,造成工程量增大,經費增加,且設計困難;施工時挖基作業面小、容易坍方且砌筑困難,安全難以保證。因此,從設計、施工、安全、經費角度考慮,不予采納。

填方方案由于施工便道長、陡,便道費用高,機械下去后無法再至其他施工路段作業,機械效率得不到最大發揮,進度緩慢,經費高達 75.5萬元,投入太大,因此,從進度、經費考慮,不予采納。

砌石路基方案既解決了填方方案土石方量大、經費高、進度慢的不足,又解決了擋墻方案不確定因素太多,設計、施工難度大、經費高和進度慢的不足,同時充分利用現有的石方填筑砌石路基內側,滿足了規范要求。因此,砌石路基由于經費 32萬元最低、質量容易保證、施工難度最小、工程進度最快、安全系數最大而被采納。

5 結 語

方案確定后,于 2009年 7月施工,現在已完成路基經過行車和雨水作用后,砌石部分無下沉開裂現象,路基內側也無下沉引起的縱橫裂縫,說明砌石路基從設計、施工角度都是可行的。同時采用砌石路基方案,不僅可以大大減少高填方落空路基和半填半挖路基的土石方數量,也可以大大減少高填方擋墻路基的擋墻數量,使工程造價經濟,質量容易保證,施工難度小且邊坡穩定有保證,因此,山區公路在高填方落空路基、高半填半挖路基、設計坡率與自然坡率大致相同路基和大擋墻路基相對較多的路段,應盡可能地選用經濟實用可行的砌石路基這種斷面型式。

[1]公路路基設計規范(JTJ013-95)[S].

[2]公路路線設計規范(JTJ011-94)[S].

[3]公路路基施工技術規范(JTJ033-95)[S].