公路高填方路基設計及施工關鍵技術

苑 藝

中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710069

1 工程概況

陜西洛南至河南盧氏高速公路由洛南縣經(jīng)柏峪寺、靈口、陜豫界后至盧氏縣，長55.535km，整體式路基寬度為26m，分離式路基寬度為13m，設計速度為100km/h。路面結(jié)構(gòu)方面，主線采用的是瀝青混凝土，汽車荷載等級為公路Ⅰ級，最大縱坡為3.5%。

2 公路高填方路基的設計原則

（1）綜合考慮現(xiàn)場地形、地質(zhì)條件，遵循因地制宜的原則，做好平、縱、橫綜合設計工作，有針對性地優(yōu)化邊坡坡率。（2）遵循材料效益最大化的原則，合理利用挖余土石方，將該部分材料用于路基填筑施工，減少材料運輸工作量，縮短作業(yè)時間，提高經(jīng)濟效益。（3）注重細節(jié)部位的設計，如橋涵及結(jié)構(gòu)物臺背，尤其是深挖方路段、臨河路段等一系列特殊的路段，視現(xiàn)場實際條件采取防護措施，包含但不限于工程防護、植物防護以及兩者的綜合型手段。（4）加強防排水設計，綜合應用截、排、引等相關措施，使公路排水自成系統(tǒng)，避免積水，緩解因水的流動而帶來沖刷邊坡、水土流失等問題。

3 公路高填方路基設計

3.1 高填方路基的高度和分級

高填方路基的規(guī)模較大，宜采取分級設計的方法，各級高度設為5m，為了保證其穩(wěn)定性，不宜超過3級，即高度需在15m以下。若因特殊情況而導致填方高度達到15m以上，需考慮橋梁建設方案，從技術可行性、安全性、經(jīng)濟效益性等多角度對路基和橋梁兩項方案做對比分析，確定綜合應用效果較佳的方案。

3.2 路基邊坡設計的考慮因素

（1）高填方路段較為適宜的是分級放坡的方法，一級最陡坡度控制為1∶1.5，后續(xù)的兩級邊坡適當放緩，分別為1∶1.75、1∶2。在相鄰兩級邊坡間設2m寬的平臺，并于該處修筑排水溝，提高排水效率。此外，在最后一級邊坡的坡腳處加強防護，可以設置護腳擋墻。分級放坡示意圖如圖1所示。

圖1 分級放坡示意圖

（2）做好高填方路基邊坡的防護工作，較為可行的方法為植物防護、工程防護，或是兼容兩者的綜合型防護模式，切實保證邊坡的穩(wěn)定性，提高水土涵養(yǎng)水平，避免滑塌。

3.3 高填方路基填料的質(zhì)量控制

（1）以級配良好的粗粒土為宜，礫類土、砂類土等均具有可行性，最大粒徑在15cm以下。（2）在細粒土的選擇方面，液限＞50%、塑性指數(shù)＞26的細粒土不可直接投入使用。（3）腐殖土、雜填土等各類病害土體不可投入使用。（4）就近取土，充分利用挖方產(chǎn)生的土料，經(jīng)協(xié)調(diào)后盡可能用于周邊高填方路基段的施工，此舉一方面可以降低材料的取用難度，縮短材料運輸時間，提高經(jīng)濟效益；另一方面可以避免挖方土料隨意堆放的問題（易造成環(huán)境污染）。

3.4 高填方路基和邊坡的計算復核

通過極限平衡方法進行計算與分析，對高填方路基和邊坡的施工狀況形成準確的認識。各類邊坡的破裂面形狀存在差異，在分析時需選定與之相適配的特定分析模式，對于含大量粗粒土或砂性土的破裂面，其在形態(tài)方面通常呈直線形；對于含大量細粒土的破裂面，則以圓弧形為主；滑坡的滑動面則缺乏規(guī)則性，通常呈變化較大的折線形。

經(jīng)過計算與分析，若實際結(jié)果滿足安全性要求，則意味著所設置的坡度以及采取的防護措施具有可行性，可以按流程進入后續(xù)工作環(huán)節(jié)；若計算結(jié)果不達標，則需再次分析，重新定義邊坡，優(yōu)化填料類型和防護措施后再做計算，直至實測結(jié)果滿足要求為止。

以邊坡計算結(jié)果為參考依據(jù)展開計算，以便確定公路高填方沉降量，其中以路基容許工后變形量最為關鍵，分情況考慮，快速路、主干路為30cm，次干路、支路為50cm。在此方面的計算中，常采用的是彈塑性模型的方法，將計算結(jié)果與變形許可范圍做對比分析，若不滿足要求，則做適當?shù)恼{(diào)整，直至得到有效的控制為止。

3.5 特殊地段高填方路基的處理方法

從現(xiàn)場實際情況出發(fā)，選擇合適的施工技術，制訂科學可行的方案，通過先進技術、優(yōu)質(zhì)材料及機械設備、高素質(zhì)人員的共同配合，降低特殊地段高填方路基的處理難度。關鍵處理方法如下：（1）若自然地面的土質(zhì)條件較好，含水量、承載力等方面均可滿足要求，則采取先清表、后填筑的處理方法，清表厚度以60cm左右為宜。（2）若現(xiàn)場存在雜填土層（人工填土層），缺乏足夠的穩(wěn)定性，需將其清理干凈，直至到達原土層為止，此后再于該處組織路基填筑作業(yè)，使路基恢復完整狀態(tài)，并保證路基的平整性與密實性。人工填土層厚度達到5m以上時，與樁基處理方案做對比分析，選擇綜合應用效果最佳的方案。（3）若施工現(xiàn)場的地下水位較高，則會加大清表作業(yè)難度。對此，首先可采取淺層片塊石換填的處理方法，此部分厚度約1m，再填筑路基。（4）遇膨脹土、軟土等特殊路段時，分情況考慮，淺層可以采取換填片塊石的方法，深層則按照先樁基處理、后路基填筑的思路有序操作。

通過上述相關方法的合理應用，可有效改善施工條件，避免了公路成型后路基在水的侵蝕作用下出現(xiàn)變形、沉降等異常狀況。

4 公路高填方路基施工關鍵技術

4.1 準備工作

（1）正式施工前做好技術交底，使全體施工人員掌握圖紙的要求以及各項細節(jié)，對高填方路基的施工情況形成準確的認識，提高施工的規(guī)范性，從源頭上規(guī)避質(zhì)量問題和安全問題。（2）以施工要求為導向，配置高素質(zhì)的施工隊伍，安排材料和機械設備進場，加強對材料的質(zhì)量檢驗以及對設備的性能檢驗，由此滿足現(xiàn)場施工對于物資的需求。（3）以設計圖紙為準，完成路基兩側(cè)邊線、道路中心線等處的測量放樣工作，并設置控制樁，間距不超過50m，給正式施工提供參照基準。（4）根據(jù)上文分析可知，填料的質(zhì)量是影響整體施工效果的關鍵因素，因此需在施工前抽樣并做物理力學試驗，通過此途徑判斷填料的質(zhì)量，若滿足要求則投入使用，若不滿足要求則調(diào)配合格的填料。（5）施工現(xiàn)場存在軟基時，采取清淤換填處理措施。（6）根據(jù)高填方路基施工現(xiàn)場的水文條件，埋設合適規(guī)格、合適數(shù)量的塑料排水管等相關設施，增強排水效果，減小水損害。

4.2 攤鋪作業(yè)

根據(jù)填料供應場地和施工現(xiàn)場的位置關系，提前規(guī)劃一條運輸距離短、平順性好的路線，配置適量的自卸車用于材料轉(zhuǎn)運。自卸車裝料后，沿著該路線有序運至現(xiàn)場，確保填料供應充足，以免因材料供應不及時而中斷填筑作業(yè)。填筑施工采取的是水平分層的方法，按先低后高、先兩側(cè)后中間的順序卸料，考慮到路基邊緣部分的穩(wěn)定性要求，每側(cè)鋪設寬度宜超過設計寬度50cm，對該部分做適當?shù)膲簩嵦幚恚惯吘墔^(qū)域也具有足夠的穩(wěn)定性與完整性。在攤鋪環(huán)節(jié)，先用推土機粗平，再用平地機精平。

4.3 含水率的控制

含水率是路基填筑施工中的重點控制指標，要根據(jù)室內(nèi)擊實試驗結(jié)果確定最佳含水率，將其作為施工中的控制基準，保證實際含水率與該值的差值不超過2%。若實測含水率偏高，則通過晾曬的方法降低該值，若偏低則灑水，以提高含水率。經(jīng)灑水處理后，安排2～4h的悶料時間，經(jīng)過此操作后方可對填料做碾壓處理。

4.4 碾壓作業(yè)

碾壓所用設備為振動壓路機，從兩側(cè)靠路肩處開始，逐步向中間推進，按順序?qū)⒛雺汗ぷ髀鋵嵉轿弧郝窓C運行遵循勻速的原則，以2km/h為宜，盡可能避免速度的大幅度變更。從底部開始逐步向高處推進，中線段按先兩側(cè)、后中間的順序碾壓，小半徑曲線段則從內(nèi)側(cè)開始，向外側(cè)有序碾壓。前后相鄰區(qū)段重疊量控制在100～150cm，以保證銜接部位的碾壓效果。在路基邊緣處碾壓時，調(diào)整壓路機的姿態(tài)，使其與線路橫斷面呈45°，全面完成各處的碾壓作業(yè)，避免漏壓。振動壓路機在各階段以不同的模式運行，首先靜壓、弱振各1遍，然后做5～7遍的強振施工，直至實測壓實度達標為止，最后做1遍靜壓處理，目的在于提高面層的平整性。

4.5 排水固結(jié)措施

排水固結(jié)技術的應用可以有效降低地基中的水分含量，以較快的速度使地基達到固結(jié)的狀態(tài)。從排水系統(tǒng)的組成來看，排水砂墊為主要的結(jié)構(gòu)，其寬度需超過路基邊緣寬度1m以上，并輔以豎向排水設施，共同參與排水作業(yè)。在實際操作中，可在地基上鋪設30cm以上的排水砂墊，再連接豎向排水結(jié)構(gòu)，構(gòu)成完善的排水體系，在排水期間采取壓密措施，使地基達到相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

5 結(jié)束語

綜上所述，高填方路基的施工質(zhì)量要求較高，危險系數(shù)較大，對施工技術也提出了較高的要求。因此，對高填方路基的設計以及施工所涵蓋的關鍵技術展開探討，具有十分重要的現(xiàn)實意義。