公路路基综合防护方案简介

张少华



公路路基综合防护方案简介

张少华

南平市公路局浦城分局

介绍国道316线水毁路基工程地质特征，水毁原因，综合防护方案选择、设计及施工技术措施。

公路路基 综合防护 施工技术

1 原路概况

国道316线邵武段设计标准为山岭重丘区二级公路，K307+900~K307+970路基宽8.5m，路面宽7.0m，1996年建成通车，路基防护工程为仰斜式浆砌片石路堤墙，高3.0m、宽0.8m，边坡采用浆砌片石护坡，高2.5m、厚0.25m。该路段毁于“98”洪灾，严重威胁路基稳定，影响道路行车安全。

2 工程地质特征

2.1 地形地貌

该水毁地段践路分布于富屯溪Ⅰ级阶地，北临富屯溪，处于东西两侧山嘴，中间为缓坡地的圈椅地貌上。

2.2 水文地质

河段开阔，河面较宽，有边滩，比降较缓，河床泥砂较细，河滩有较厚的细颗粒沉积物，属山区河流，稳定程度为Ⅱ~Ⅲ级。地下水为第四系松散孔隙潜水，主要赋于细砂层中，向河水中渗流，静止水位埋深9.0m。

2.3 地质岩性

根据勘探资料本段地层结构主要由杂填土、细砂、中粗粒黑云母花岗岩组成，钻孔位于路肩外3.5m处，自上而下岩土结构分述如下：

(1)杂填土：灰色、黄褐色，稍湿或干燥，松散，厚3.5m左右，为路基填土或原沉积物，

(2)细砂：浅黄色，稍湿，中密或松散，以石英砂为主，厚4m。

(3)花岗岩：灰色，全晶结构，表层为全风化厚0.90~ 1.60m，该层未钻穿，[σ]=500Kpa/cm2。

3 水毁原因分析

本工点线路为沿溪线，路基以半填半挖为主，也是最容易发生毁情和病害路段，根据调查资料并结合勘探报告及相关理论分析毁因和机理。

3.1 河流弯道凹岸冲刷及附加的渗透动水压力作用。沿河公路常年受水流淘冲，主要体现为弯道凹岸冲刷和对岸挑流顶冲。该路段位于溪流凹岸处，因河弯、绕流等原因，水流在重力和离心力作用下形成螺旋流、旋涡冲刷路基坡脚，导致脚墙淘空。同时由于水位骤然降落，路基受到渗透动水压力作用产生边坡凸起和滑坡，最终使路基失稳而坍塌。

3.2 特殊的工程地质条件。由钻探资料可知，在杂填土与岩层之间夹有厚达3~5m的细砂层，且坡脚处的砂层大部分处于常水位之下，地基容许承载力[σ]=120kPa/cm2。

3.3 防护工程设计不合理。未充分考虑地形、地质、水文等自然条件影响，采用的防护措施单一，对基础埋置深度、地基承载力、路基及构造物强度和稳定性未进行必要的验算，盲目套用标准图。

3.4 工程质量控制不严。经现场调查分析，砌体用浆标号偏低，空洞较多，石料规格偏小，砌筑工艺差，填方路基边坡土松散，未分层压实，且存在任意混填现象。

4 设计方案选择

按省、地、市对“98”洪灾水毁修复工程的要求，根据地质勘察报告，在精心分析地形、地质、水文等自然因素的作用下，研究拟定三套修复方案。

4.1 硅化法加固地基及浆砌片石护坡(脚墙)防护方案

针对基础存在细砂层，以化学浆液为主剂利用压力或电动灌浆进行加固，可避免繁重的水下施工，提高细砂层强度、不透水性及防冲能力，改善基坑开挖条件。但机械设备和料源受限制，化学浆液对河水会造成污染，且质量较难控制。

4.2 浆砌护坦基脚挡土墙及护坡防护方案

该方案能改变水流方向，消耗洪水动能，避开或消弱洪水冲刷，构造简单，效果明显。但因地基承载力较小，需先对地基进行加固，投资增大，同时护坦顶面必须埋入河床下至少0.5m，加上垂裙高度，基础需埋置较深使挖基工程量增大，且挖基时极易产生流砂现象，不利安全，水下施工具有一定难度，成本较高。

4.3 柔性混凝土块板沉排及浆砌片石护坡(脚墙)防护方案

混凝土块板沉排是一种强有力的柔性护面，能随基础冲刷自动沉入冲刷坑内，覆盖坑壁不使淘刷角向后发展，保持基础稳定。块板可以随时接长与减短，能够比较合理地解决由于不能正确的找出冲刷深度而适当选择工程措施的问题。脚墙除承受自重及季节性浸水的影响外，其它荷载及外力作用较小，故对地基承载力要求不高。块板可进行工厂和机械化施工，施工条件较圬工为优，无需进行水下施工，所需机械设备简单。

综上所述以第三套方案最为可行，能充分考虑各种自然和人为因素的影响，因地制宜，具有结构简单，经济合理，施工简便，工期短，工效高等优点，故采纳该方案。

5 设计要点

5.1 混凝土块板沉排

块板的铺设长度，根据该工点的河床地质条件，按最大可能冲刷深度2倍计算，另加2m的安全长度，故铺设长度采用5m。为防止块板位移、便于制安、节约成本，块板采用板厚0.25m、平面尺寸1.0m×1.0m、C15混凝土。板内设置钢筋并作为连接钩环用，板内及环套钢筋采用Φ20mm，固定端的锚定钩环采用Φ28mm钢筋。为满足块板底部受淘刷后，能够使构件旋到垂直位置而不损坏构件，块板间缝隙按5cm设置，并采用沥青麻筋填缝。基础轮廓线为直线，铺设分组按7列连成一组设置(当基础轮廓线为曲线时，可采用梯形块板，按放射状扇形排列)。连接钩环锚固在脚墙基础内，基底设置0.10m砂砾反滤层。如图1所示。

图1 防护示意图

5.2 浆砌片石脚墙

考虑混凝土块板沉排的水平拉力，为防止脚墙产生滑动，适当加大结构断面尺寸，脚墙顶宽1.25m，墙身高1.5m，背坡垂直，胸坡1：0.5，采用M5.0砂浆砌筑，沿其纵向每隔14.70m设置一道沉降缝，并用沥青麻筋填塞。为便于锚固钩环，脚墙基础采用C15片石混凝土，厚度0.6m。

5.3 浆砌片石护坡

边坡防护采用M5.0浆砌片石护坡，厚0.25m，并设置厚0.15m砂砾垫层，护坡坡度1：1.5，高4.0m。

5.4 路基填土

采用透水性较大的砂性土或砂砾，原路基边坡需开挖台阶，宽度不小于1.0m，台阶顶面反向横坡度3%。

5.5 稳定性验算

假定填料容重γ=19.50kN/m3，浮容重γ′=11.50kN/m3，内摩擦角φ=35°，δ=φ/2，f=0.4，边坡坡率1：1.5，混凝土块板沉排拉力T=6.32kN/m，主动土压力按《路基》设计手册表3~2~1第一类公式计算，验算如下：

(1)滑动稳定性：Kc=(∑G+Eby-P)·f/( Ebx+T)=1.307＞1.30， 稳定。

(2)倾覆稳定性：K0=(∑G·ZG+ Eby·Zbx-P·Zp)/ ( Ebx·Zby+T·ZT) =7.35＞1.5，稳定。

(3)偏心距：e=B/2-Zn=0.015＜B/6=0.4

(4)基底应力(枯水期)：σ=(∑G+Ey)(1±6e/B)/B= 42.56(39.60)kPa/cm2＜[σ]=120kPa/cm2

符合设计规范要求。

6 施工注意事项

6.1 块板需铺平或铺成1:10的缓坡，施工时宜尽量放低块板的标高，以与低水位平为最好。

6.2 块板铺设前应清除河床大孤石，并将基底河床整平。

6.3 因块板间以活动套环连接，故块板底应切角，连接处留缺口，使块间缝小，易于弯曲。

6.4 浆砌片石护坡的中下部应留出足够的泄水孔，以排除护坡后面的积水减小渗透压力，泄水孔后0.5m范围内应设置反滤层。

6.5 护坡应在路基边坡夯实后施工，以免因边坡不密实而引起护坡的破坏。

6.6 路基边坡按规范要求分层填筑，夯实机具选用蛙式打夯机为佳。

7 结语

7.1 工程竣工已十年，经现场查验，边坡稳定、坡面平整、脚墙完好、勾缝无脱落、沉排处己产生淤积，实践证明，该处治方案经济合理。

7.2 路基防护的种类和方法是多种多样的，均应根据当地的地质条件和具体情况分析、处治，选用适当的防护类型和综合措施，加强质量管理，精心组织、精心施工，才能建造出合格、安全、经济的精品工程。

[1] 公路路基设计手册[M]. 北京：人民交通出版社，1996.