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公路路基施工技术概述

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2020年5月29日
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公路路基施工技术

摘要: 近年来,随着西部大开发、公路大建设的步伐,我省高等级公路的建设,在设计与施工方面也取得了很大的进步;采用先进的勘察、测量手段为公路路基设计提供了可靠技术资料。作为公路主体工程的路基,公路路基综合稳定技术的研究,研制出了一大批用于路基工程的新材料:土工布、土工格栅、高强度塑料网、塑料排水板、加劲软式透水管、软硬塑料排水管、草坪植生带、轻质填料等材料;新型工程机械:大吨位振动压路机、加固土拌和机、塑料排水板插板机、土工布沉铺机、深层粉体搅拌成桩机;新技术、新方法:粉体搅拌法、塑料排水板法、锚固技术、喷锚支护、轻质路堤、网箱席垫、加筋技术,得到了充分的开发和引进,以及为这些新技术服务的各类专业化施工公司运用而生,专业化施工公司的建立和发展,为路基工程专项施工奠定了基础。 现就本人在公路工程稳定路基技术方面的体会进行总结。
一、路基填土与压实
　　公路路基的强度和稳定性很大程度取决于路基填料的性质及其压实的程度。从现有条件出发,改进填土要求和压实条件是保证路基质量最有效和经济的方法。
1．路基填料
　　规范规定了对路基填料应有条件的选用。对路基填料的最小强度和最大粒径给了量化的标准,采用CBR值表征路基土的强度,引入了路床的概念。对上路床的的填料提出了限制的条件,高速公路和一级公路路面底以下0-30cm的路床填料CBR值应大于8,下路床及其下面的填土,也都给出相应的规定值。
　　当路基填料达不到规定的最小强度时,应采取掺合粗粒料、或换填、或用石灰等稳定材料处理,并不规定对其它等级公路铺筑高级路面时,也要采用高速公路和一级公路的规定值。
2．路基压实
　　当前路基施工,普遍采用了大吨位的压路机,碾压效果有了明显的改进。对于提高路基土的压实度起了很好的作用。规范规定高速公路和一级公路路面底面以下80-150cm部分的上路堤其压实度必须≥95％,对其它等级公路当铺筑高级路面时,其压实度亦应按高速公路和一级公路的标准采用。另外,还增加了对路堤基底的压实度不宜小于93％的规定。如在西部某国道主干线二级专用公路施工中,路面设计标准为高级路面,因而从路基开始,所有的检验标准均采用一级公路验收标准。
3．特殊潮湿地区路基土的压实
　　在特殊潮湿地区,路基上的压实是相当困难的,规范对此作出了若干调整:一是压实度标准可根据试验资料确定或较表列数值降低2—3个百分点;二是对于天然稠度小于1．1,液限大于40,塑性指数大于18的粘质土,当用于下路床及其下的路堤填料时,可采用规定的轻型压实标准;三是改进填料的性质,在土中掺加生石灰,一般能够获得预期的效果,也可采用新型吸水材料加固。同样,在西部某国道主干线二级专用公路途经渭河沿岸,部分路段属潮湿地区,采用第三种办法,取得了预期的效果。
4．黄土路基填筑及压实
　　(1)黄土路堤施工时,应做好填挖界面的结合(纵向),清除坡面杂草,挖好向内倾斜的台阶。如结合面陡立,无法挖成台阶时,可采用土工钉加强结合。若地基土层具有强湿陷性或较高的压缩性,且容许承载力低于路堤自重压力时,可考虑采用重锤夯实,石灰桩挤密加固。
　　(2)黄土含水量过小,应均匀加水再行碾压;如含水量过大,可翻松晾晒至需要含水量再进行碾压,也可掺入适量石灰处理,降低含水量。掺灰后应将土、灰拌匀,其最大干密度应经过击实试验确定。
　　(3)老黄土透水性差,干湿难以调节,大块土料不易粉碎,使用前应经过试验决定措施。路床填料不得使用老黄土。新黄土为良好填料,可用于填筑路床。黄土路堤应分层填筑,分层压实,大于10cm的块料,必须打碎,并应在接近上的压实最佳含水量时碾压密实。
　　(4)根据设计及时修筑外侧边缘的拦水、截水沟构造物和急流槽,将水引至坡脚以外,对高度大于20m的路堤,应按设计预留竣工后路堤自重压密固结产生的压缩下沉量。
　　(5)黄土地区应特别注意路基排水,对地表水应采取拦截、分散、防冲、防渗、远接远送的原则,根据设计及时做好综合排水设施,将水迅速引离路基。在填挖交界处引出边沟水量,应做好出水口的加固。
二、路基路面排水
　　水是影响路基强度和稳定性的另一重要因素,许多路基病害是由水的侵蚀造成的,另外,从保护环境、不损害当地农田水利设施考虑,也必须做好路基排水,形成排水系统,并与地区排水规划相协调。在路基施工中,应重视施工排水,防止因各种原因造成的水患,给路基、路面施工造成不必要的损失。
1．地面排水
　　最一般采用的地面排水设施是边沟、截水沟、跌水、急流槽以及地表的排水管。对于高速公路和一级公路上的排水沟渠,一般都要求铺砌防护。普遍采用浆砌片石加固、而水泥混凝土预制板块也开始广泛应用。高速公路和一级公路经过水网地段的路基,过去逢沟设涵的做法在一些地方有了改进,对路线两侧的灌溉沟渠重新系统布置,免去了穿越路线的排灌涵洞,从而提高了路基的工程质量。
2．路面排水
　　路面排水的任务是迅速排除路面范围内的降水,减少水从路面渗入,使之不冲刷路基边坡。路拱横坡应≥2％。
　　雨水排出路面有二种方式。第一种是集中排水,在硬路肩外侧设置水泥混凝土预制块或现浇沥青混凝土的拦水带,以其与硬路肩路面构成三角形的集水槽流水,每隔20—50m间距设一泄水口与路堤边坡急流槽衔接将雨水排到坡脚排水沟中。设超高路段的排水经过设在中央带的园形开口排水沟或雨水井进行排除。在西部降水量低的地区大多采用在中央分隔带设过水槽排水。第二种是分散排水,多用于西北地区地势平坦,路线纵坡小于0．3％的长路段,除了硬化路肩和加固路基边坡外,在经过地下水位较高的绿洲地带,也要防止边坡上部的植草向上生长挡住横向排水出路造成路表积水,改进的方法是硬化路肩,设置路肩排水沟,增大沟坡排水。
3．地下排水
　　路基地下排水仍多用暗沟、盲沟、渗沟、渗井等,其特点是以渗透力式排水,当水流量较大,多采用带渗水管的渗沟。传统的砂砾料反滤层多改用有反滤功能的土工织物,几年研制的带有钢圈、滤布和加强合成纤维组成的加劲软式透水管直径8-30cm,很适用于地下排水。
三、路基防护
　　路基的修筑改变了地层的天然平衡状态,以及路基暴露在空间,不断受各种错综复杂的自然因素侵蚀,因此需要进行各种类型的防护。
1．坡面防护
　　坡面防护的目的是防止地表水流的冲刷、坡面岩土的风化剥落以及与环境的协调。近年来,随着对环境保护的重视,高等级公路的边坡,多采用种草防护边坡较高时,采用砌石框格(方型、菱形、拱型、M型)种草防护。由于西部干旱缺水,边坡种草防护类型的选择很重要,现大多采用草坪植生带,即将草籽、肥料和土均匀拌和裹于土工物内,当草籽发芽也长成草起到固土作用后,无纺布纤维自然腐烂,不会污染环境,效果很好。
　　石砌圬工防护仍较普遍使用,混凝土预制块护坡多用在路堤边坡,连片的及带窗孔的护面墙;用于路堑边坡。破裂的或易于风化破碎的岩石路堑边坡采用锚杆挂铁丝网或高强塑料网格喷浆或喷射混凝土以及喷射纤维混凝上防护也有较好的效果。
　　但由于石砌圬工及混凝土防护造价高、易破损等诸多问题,从保护环境的角度出发,建议大力推广既能改进生态环境,美化景观,又一劳永逸的种草防护。
2．冲刷防护
　　防护沿河路基边坡免受冲刷仍多采用直接防护。传统的砌石、抛石、铁丝石笼、挡土墙等有所改进,用高强土工格栅代替铁丝做石笼,用聚脂或聚胺脂类土工织物混凝土护坡模袋做成的护面板防护受水冲浪击的边坡,很能适应土体不均匀沉降。
3．支挡防护
　　挡土墙用于支挡防护当前仍占主要。石砌的重力式挡土墙多用于石料丰富、墙高较低、地基较好的场合;钢筋混凝土结构的悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙和板柱挡土墙其受力比较合理,墙身圬工体积小,也已广泛应用于公路路基的防护。垛式挡土墙易于调整墙的高度,并采用预制构件拼装,是一种特殊型式的挡土墙。
四、软土地基处理
　　近年来,随着高速公路和一级公路的建设的迅速发展,针对软土地基,在防止路堤失稳定、沉降观测控制、软土地基处理技术等方面取得了显著成果。对处理的软土地基用沉降速率作为铺筑路面时间的沉降控制方法控制,使得在软土地基上一次建成高级路面(而不是前期铺筑过渡路面)的关键技术问题得到了解决。
1．灰土挤密桩
　　当软土地层含水量过大或过小时,采取灰土挤密桩。
　　含水率过大可往孔内填干土粉或石灰粉,以吸去部分水分,或快速成孔浇灌或边成孔边下套管,或成孔后下套管;含水率过小,应预先浸湿加固范围内土层,成孔顺序应先外圈,后里圈并间隔进行;对已成孔,应防止受水浸湿,且应当天回填夯实;为避免夯打造成缩颈堵寒,应打一孔,填一孔;当桩孔较密,土质松软,应采取间隔跳打夯实。孔填料前应先夯打孔底3-4锤;根据试验测定的密实度要求,随填随夯,严格控制下料速度和夯击次数;回填料应拌合均匀,并控制其含水量;每个孔填料用量应与计算用量基本符合;夯锤重不宜小于100Kg;锤型以梨型或枣核型较合适。有利于夯实边缘土,不宜采用平头夯锤,落距一般应大于2m;如地下水位较高,应降低水位后再回填夯实。已出现疏松、断裂或夹层,应用洛阳铲全部取出来,按规定重新填夯灰上,达到设计要求。认真按操作规程施工;灰土要按配合比称量,搅拌要均匀,干湿要适度;每次下灰厚度、数量、落锤高度、夯击次数要按试验规定做到前后一致:施工中严格按质量评定标准进行抽样检验。
2．轻质路堤
　　用轻质材料填筑路堤可减轻对地基承载力的要求。当前国内已有应用粉煤灰填筑路堤的成功经验,可使路堤自重减轻25％左右。用重型击实试验法测定最大干容重为9-12KN／m3。硅钻型粉煤灰粘性小,不具塑性,但液限在64％左右,最佳含水量37-41％,有良好的压实性能。粉煤灰路堤边坡表层1-2m用粘质土包覆,以稳定边坡和利于长草,路床顶面用粗粒上封闭厚0．3-0．5m。
3．土工合成材料加固
　　浅层(一般小于3m厚)的软土地基可采用先在地表铺筑上工布,再填筑路堤,土工布起分隔、过滤、排水和加速固结等作用,从而取代常规的置换方法。
　　软土层厚度3-5m,采用土工布与砂垫层联合处治,排水砂垫层的厚度可由50cm减薄至30cm。也有在路堤下面与地表之间铺设多层土工织物,利用材料的高抗拉强度克服地基的滑动变形来保持稳定,经过控制填土速率,配合超载予压,使地基迅速固结。
　　采用聚丙烯或聚乙烯土工格栅,以及采用网箱席垫处理软土地基,其主要作用是使地基土和填料向上和向两侧的位移受到限制,减少局部荷载。采用网箱席垫可减少总沉降量40％左右。
五、黄土陷穴处理
　　黄土陷穴是黄土地区路基施工常见的病害。黄土陷穴处理范围,应视具体情况而定,宜在路基填方或挖方边坡外,上侧50m,下侧lO--20m。若陷穴倾向路基,虽在50m以外,仍应作适当处理。对串珠状陷穴应彻底进行处治。处理时,采用灌砂、灌浆、开挖回填等措施,开挖的方法能够采用导洞、竖井和明挖等。
　　(1)灌砂法适用小而直的陷穴,以干砂灌实整个洞穴。
　　(2)灌浆法适用于洞身不大,但洞壁起伏曲折较大,并离路基中线较远的小陷穴,施工时先将陷穴出口用草袋装土堵塞,再在陷穴顶部每隔4-5m打钻孔作为灌浆孔,待灌好的土浆或水泥浆凝固收缩后,再在各孔作补充灌浆,一般需要重复2-3次。
　　(3)开挖回填夯实适用于各种形状的陷穴,填料一般用就地黄土分层夯实。
　　(4)导洞和竖井适用较大、较深的洞穴,由洞内向外逐步回填夯实,在回填前,应将穴内虚土和杂物彻底清除干净。当接近地面0．5m时,应用老黄土或新黄土．-加10％的石灰拌匀回填夯实。
　　处理好的陷穴,其上层表面均应用石灰与土比例为三比七的石灰土填筑夯实或铺填老黄土等不透水材料加以改进。石灰土厚度应按设计严格执行。如原设计末要求时,其厚度不宜小于30cm。并将流向陷穴的附近地面水引离,防止形成地表积水或水流集中产生冲刷。
　　世行贷款项目第三合同段采用上述方法对黄土陷穴进行处理,取得了良好的效果。