多雨地區高速公路庫區浸水路堤防護設計及施工質量控制

古振榮，吳 帆，馬治國，袁 超

（中電建路橋集團有限公司，北京 100048）

0 引言

隨著國家《關于印發“十三五”現代綜合交通運輸體系發展規劃》的持續實施，山地、丘陵等地區的高速公路網得到了進一步完善。在山丘地區高速公路的選線設計過程中，路線經常需要沿河流或水庫而行，因而水庫區高速公路的浸水路堤建設不可避免［1］。由于多雨地區豐富的水資源，水庫區浸水路堤填料往往受到長期浸泡，強度下降后極易造成路基沉降及邊坡失穩［2］；另外，水流的沖刷作用［3］和水位變化導致的滲流作用也會直接影響路堤的穩定性，給浸水路堤的設計施工和運營維護帶來巨大挑戰［4］。因此，針對多雨地區高速公路浸水路堤工程特點，圍繞高速公路路堤填筑基本要求，從工程實踐中總結高速公路庫區浸水路堤的施工方法，對多雨地區高速公路規劃與建設具有重要意義。

1 工程概況

佛清從高速公路北段工程建設項目 K41+000～K41+160 段位于地方水庫，由于地處多雨地區，周圍山體匯水量較大，路基形成后，邊坡及坡腳長期受浸泡、沖刷，屬于長期浸水路堤，有必要在防護設計和施工中采取相應措施以提供質量保證。

2 防護設計

不同于一般路堤，庫區浸水路堤往往會受到更為惡劣的環境作用。因此，針對庫區環境特點，需要從浸水防護的角度對路堤主要設計參數進行設計探討。

2.1 路堤高度

根據 JTGD 30－2015《公路路基設計規范》規定，路堤高度的計算如式（1）所示。

式中：H為路堤合理高度，m；h1為設計洪水頻率水位高度，m；hw為波浪侵襲高度，m；hbw為壅水高度，m；Δh為安全高度，m；hl為中濕狀態路基臨界高度，m；hp為路面厚度，m；hwd為路基工作區深度，m；hf為季節性凍土地區路基凍深，m。

由規范公式可知，路堤高度主要考慮洪水、中濕路基、施工和凍土因素的影響。另外現行 JTG B01－2014《公路工程技術標準》規定，各等級公路受水浸淹的路基應滿足洪水期間救災通道的功能要求以及保證路基安全穩定。結合水庫區浸水路堤特點，可得此類路堤高度主要受洪水影響，即水庫區浸水路堤高程應為規定設計洪水頻率的計算水位加波浪侵襲高度、壅水高度及安全高度之和，如式（2）所示。

其中安全高度通常取 0.5 m。

2.2 路堤斷面

水庫路堤往往容易受到水位變化［5］、兩側水位差［6］的影響。多雨地區水位變化快、水庫路堤兩側水位差大，極易影響土體中滲透動水壓力方向，導致路堤邊坡凸起或滑坡，破壞路堤邊坡的穩定［7］。因此，路堤浸水部分須采用透水能力強、堅硬不易風化的材料填筑，如中粗砂、砂礫石、片石或塊石等。結合當地各材料獲取成本，綜合考慮選取片石和塊石作為下部填料。路堤上部則主要依據“因地制宜”的思想，選用取土距離近、水穩定性好、壓縮性小的普通土作為填筑材料。

浸水路堤的斷面形式按高邊坡砌筑為梯形。考慮到填筑材料浸水后抗剪強度降低及滲透壓力改變，需適當減緩邊坡坡率。參考一般路基邊坡坡率規定，最終將底部填石路堤邊坡坡率設置為 1∶2，保證在多雨季節水庫洪峰、路基底部壓力巨大及水流沖刷強烈［8］的情況下路基依然穩定；上部普通土路堤坡率同理進行放緩處理，設置為 1∶1.75。另外，浸水邊坡頂面處設置寬度為 2 m 的平臺，加強路堤整體穩定性的同時可作為邊坡維護和防洪搶險通道。浸水路堤斷面如圖 1 所示。

圖1 浸水路堤設計斷面示意圖

2.3 邊坡防護

為防止細小土、石顆粒被滲透水帶走，在填土層與填石層之間設置反濾層，其從下至上依次為級配碎石、土工織物和砂墊層。級配碎石采用石質堅硬、不易風化的礫石，其中粒徑不超過 0.5 cm 的碎石不少于 30 %，鋪墊厚度為 20 cm；土工織物采用 350 g/m2的無紡土工布，厚度約 2.7 mm，CBR 頂破強力超過 1.8 kN，斷裂強力超過 11 kN/m，具有抗拉強度高、滲透性好、抗冷凍、耐高溫、耐腐蝕等優點，是路堤加固防護的理想材料［9］；砂墊層將土工布與上層填土隔開并保護土工布不被破壞，鋪墊厚度為 30 cm。

另外，路堤邊坡反濾層在砌筑邊坡外設置土工織物及 12 cm 厚現澆 C20 混凝土護坡。土工織物選用相同規格的無紡土工布，C20 混凝土護坡可有效防治水流沖刷［10］，相比于漿砌片石更加穩定可靠。

同時，作為路堤“脆弱”部位，坡腳也應加固防護。首先在護坡基礎下設置約 50 cm 砂墊層，提高路基承載力的同時可有效減小沉降量；然后用混凝土砌筑 200 cm 護坡基礎，提高坡腳抗沖刷能力；最后在坡腳設置片石石垛，緩沖水下障礙物對基底的碰撞。

3 施工工藝

為保證工程質量，項目施工工藝仍然遵循準備、施工和整修“三階段”，填筑、整平、壓實和檢測“四區段”，施工準備、基底處理、分層填土、攤鋪整平、灑水或晾曬、碾壓、質量檢驗和路基整修“八流程”組織標準［11］，如圖 2 所示。

圖2 浸水路堤施工工藝流程圖

4 施工質量控制

4.1 施工準備

施工前期準備階段，首先需要對施工人員進行技術交底，科學地進行施工組織設計。然后根據水庫面積、水量等因素確定抽排水后的無水施工或圍堰施工，圍堰施工受水深、風力、地面起伏等多種因素影響，應綜合考慮確定圍堰高度及圍堰范圍，并定期維護。最后進行測量放線，利用全站儀測定路基中心線和邊線，并用石灰標記，同時設置基底臨時排水溝。

4.2 基底處理

首先應清除基底植被、淤泥和腐殖土，檢驗基底承載能力，若為軟弱地基，可根據軟土深度選擇澆筑水泥攪拌樁或換填法進行軟土地基處理。水泥攪拌樁施工須嚴格按照設計和規范進行，前期做好試樁試驗，確定相關技術參數，換填法應選用強度高、壓縮性小的滲水材料回填，同時注意分層填筑、分層壓實，保證基底具有足夠承載力。

4.3 填料運輸及檢驗

運輸車取料時應保證填料的均勻性，避免粒徑、風化程度差異過大，對于粒徑過大的石料應統一堆放以便改小。自卸汽車應根據天氣情況將填料覆蓋運輸，防止高溫或雨水影響填料的自然含水量。對施工現場堆放的填料應進行抽樣檢測，填料中不能出現草皮、垃圾、腐殖土等雜質，另外取料場變化時也應及時檢驗強度、粒徑、風化程度等性質的變化，保證同層填料的一致性。

4.4 填料堆放與攤鋪

填料堆放應以“便于攤鋪”為原則提前規劃，科學地把控堆放量、堆放位置等具體環節，在保證施工質量的前提下縮短工期，減小成本。攤鋪時應首先用推土機將填料基本鋪平，測量此層各部位填料厚度，邊部或中間局部凹凸處用人工調整，同時時刻關注天氣狀況，松鋪不可淋雨或過夜。

4.5 整平

攤鋪完成后，平地機應由兩邊向線路中心刮平，在平曲線上，平地機應由曲線內側向外刮平，必要時可回刮一遍。局部明顯空洞、縫隙處，應人工鋪灑小粒徑填料充滿。最終效果應達到每層整體平整，無明顯凹凸，表面保持約 3 % 橫坡，側邊無坍落。

4.6 碾壓

碾壓為路堤填筑施工中至關重要的環節，直接關系到路堤的填筑質量及整體穩定性。為達到理想密實度，應選用振動壓路機與沖擊式壓路機組合碾壓。碾壓順序應按照先低后高、先兩側后中間進行，操作程序為靜壓與振壓交替進行，且每輪振動強度逐漸提高。各壓實線路應相互平行，前后相鄰碾壓區段應重疊約 100 cm，縱向碾壓線路應相互重疊約 50 cm，相鄰填料層碾壓接頭應大于 300 cm。具體碾壓遍數應根據現場試驗確定，禁止盲目碾壓，振動壓路機碾壓速度應控制在 3～6 km/h，40 t 沖擊式壓路機碾壓速度控制在 10～12 km/h，層厚每增加 2 m 即須使用沖擊式壓路機進行補充碾壓，約 20 遍。

4.7 灑水或晾曬

每層填筑碾壓時，均需要測定填料含水率，通過灑水或晾曬調整達到最佳含水率，保證達到足夠的密實度。灑水主要包括底層潤濕、主灑和補灑三步。

4.8 質量檢驗

質量檢驗主要指填筑過程中對松鋪厚度、橫向坡度、平整度、填料含水率和碾壓重疊距離等的檢測。攤鋪整平后，若松鋪厚度、橫向坡度和平整度不合格，即應重新調整直至滿足施工要求；填料含水率必須達到相應最佳含水率，否則不能碾壓；碾壓重疊距離應由專人監督記錄，確保規范合格。每層施工完成報驗合格后，才能進行新一層的施工，同時應設置沉降觀測樁，按要求持續、長期進行沉降觀測和評估。

4.9 邊坡防護

路堤填筑完成后，應對坡面進行整平處理，由監理人驗收基面，基面坡度、尺寸等應符合圖紙要求。然后鋪設土工布，鋪設長度應根據材料受力方向、接頭數量和位置確定，施工過程中應避免一切可能損壞土工布的作業，鋪設完成后應用柔軟重物壓住，直至上層碎石墊層鋪完。最后立模，布設排水管，澆筑坡面混凝土。施工時應根據圖紙精準確定分縫位置，每 20 m 設置一道 2 cm 變形縫，另應設置橫、縱向 2 cm 施工縫，用瀝青填注。

5 結語

1）多雨地區高速公路浸水路堤施工前，應充分考慮洪峰、滲透動水壓力和水流沖刷的影響，選取合理的路堤高度、斷面形式，并做好防護處理。

2）根據路堤填筑施工現狀及相關規范，提出了準備、施工和整修三階段各工序的施工及檢驗方法，為浸水路堤的安全穩定提供保障。

3）路堤邊坡防護采用土工織物外澆C20混凝土護坡，另外設置反濾層、護坡基礎等結構，能有效保護路堤，減小水流的侵蝕。Q