徐路琦

(湖南常德路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司， 湖南 常德　415000)

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低等級公路改建工程中的填砂路基設(shè)計(jì)

徐路琦

(湖南常德路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司， 湖南 常德415000)

摘要：對于缺土富砂的地區(qū)，采用河砂填筑路基具有較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。以低等級公路改建工程為例，從路基斷面、路基填料、邊坡、路基排水等四個(gè)方面對填砂路基進(jìn)行合理性設(shè)計(jì)，期望獲得較好的實(shí)際效果。

關(guān)鍵詞：改建工程； 填砂路基； 壓實(shí)特性； 邊坡防護(hù)

0前言

在國家提倡節(jié)約土地資源的大背景下，如何解決路基填料匱乏是目前公路建設(shè)中遇到的一大難題。在沖積平原地區(qū)河流分布較多，河砂較為豐富，用砂代替土、石填筑路基不僅可有效解決上述難題，還可以疏浚河道、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、節(jié)約大量耕地，對于低等級公路改建工程而言，填砂路基還可以減少工后沉降，改善新老路基搭接不順的情況，因此低等級公路改建工程中采用填砂路基具有顯著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

1總體設(shè)計(jì)

由于河砂不易壓實(shí)，且失水后容易導(dǎo)致路基穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，在低等級公路改建工程的填砂路基設(shè)計(jì)中，需重點(diǎn)解決路基邊坡的穩(wěn)定性、防沖刷、壓實(shí)以及排水問題。本文從路基斷面、路堤填料、邊坡及坡面防護(hù)、路基排水等四個(gè)方面[1]考慮設(shè)計(jì)的合理可行性，從而達(dá)到預(yù)期的實(shí)際效果。

1.1路基斷面

目前國內(nèi)部分高速公路采用了填砂路基[2]設(shè)計(jì)，填砂路基一般由河砂、包邊土和頂封層等部分組成(如圖1)。

圖1　高速公路填砂路基斷面

而對于低等級公路特別是改建工程，目前采用填砂路基的設(shè)計(jì)和工程實(shí)例較少，在填砂路基斷面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)公路等級和公路改建的特點(diǎn)，按照“經(jīng)濟(jì)實(shí)用、安全可靠”的原則對其進(jìn)行修正設(shè)計(jì)，具體填砂路基斷面如圖2所示。

圖2　低等級公路填砂路基斷面圖(單位： cm)

與高速公路采用的填砂路基相比，修正設(shè)計(jì)主要增加了底封層、內(nèi)部排水和臺(tái)階搭接等處理，且要求路基高度不得高于8 m[3]。

1.2路基填料

填砂路基的填料主要包括填充路基內(nèi)部的河砂、用于包邊和封層的黏土。填砂路基的質(zhì)量好壞與填料的性質(zhì)和壓實(shí)度有很大的關(guān)系，所以在進(jìn)行填砂路基設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重視路基填料的選擇和壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的確定。

1.2.1填料選擇

1) 河砂。

河砂具有無塑性、透水性強(qiáng)、粘聚力小和內(nèi)摩擦力大的特點(diǎn)，采用河砂填筑而成的路基強(qiáng)度較大，水穩(wěn)性也好，易松散不易壓實(shí)，但河砂壓實(shí)后的變形較小。因此在選擇河砂時(shí)應(yīng)考慮級配、最大粒徑、含泥量和最小強(qiáng)度要求等，具體要求為：

① 不得采用含草皮、生活垃圾、樹根、腐殖質(zhì)的河砂；不得使用含有沼澤土、淤泥的河砂；特細(xì)河砂不宜作填料。

② 含泥量一般在3%～8%之間，且不能結(jié)團(tuán)集中。含泥量大小會(huì)直接影響填砂路基的質(zhì)量，當(dāng)含泥量為0時(shí)，其粘聚力為0，表面風(fēng)干易松散且不易壓實(shí)，而具有一定含泥量的河砂可提高其持水性和粘聚力，有利于路基的壓實(shí)和邊坡穩(wěn)定性；但河砂中泥土過多會(huì)導(dǎo)致水在砂中滯留，不易壓實(shí)，壓實(shí)時(shí)表層易結(jié)塊，從而造成表實(shí)里不密。

③ 河砂的級配要良好，最大粒徑應(yīng)小于150 mm，有機(jī)質(zhì)含量不應(yīng)超過5%，細(xì)度模數(shù)宜為2.0～3.2。

④ 河砂的最小強(qiáng)度要求見表1。

表1 路基填料最小強(qiáng)度要求類別路面底面以下深度/m填料最小強(qiáng)度CBR/%上路堤0.8～1.58.0下路堤>1.57.0

2) 黏土。

黏土具有較大的可塑性、透水性小，粘聚力大和內(nèi)摩擦力小等特點(diǎn)，干燥時(shí)較堅(jiān)硬，浸水后承載力大大降低，所以在最佳含水率下充分壓實(shí)后的包邊土能較好地保證邊坡的穩(wěn)定性，封層土(包括頂封層和底封層)能保證填砂層上下面的密封，黏土的具體要求主要有：

① 液限指數(shù)不大于50%，塑性指數(shù)不大于26。

② 最佳含水率為10%～15%，最大干密度為1.6～2.0 g/cm3。

1.2.2壓實(shí)特性

路基填料的壓實(shí)是整個(gè)填砂路基設(shè)計(jì)的核心，填料壓實(shí)與否對路基的質(zhì)量產(chǎn)生重大影響，所以應(yīng)對各種填料進(jìn)行壓實(shí)特性研究。具體內(nèi)容包括底封層的壓實(shí)、路基芯料的壓實(shí)、包邊土和頂封層的壓實(shí)。

1) 底封層的壓實(shí)。

設(shè)置底封層的目的是為了封住路基與地基之間水的移動(dòng)，保證填砂路基的水難以滲入到地基中，地基中的水也難以上升到路基中，在設(shè)計(jì)中采用40 cm的清表回填黏土作為底封層，壓實(shí)一般分兩層進(jìn)行，壓實(shí)機(jī)械可用靜力光輪壓力機(jī)或者關(guān)閉振動(dòng)的振動(dòng)壓路機(jī)。

2) 路基芯料的壓實(shí)。

填砂路基的芯料是河砂，由于其粘聚力很小，松散不易壓實(shí)，在壓實(shí)時(shí)按設(shè)計(jì)斷面( 包括包邊土范圍)分層填筑河砂，然后采用振動(dòng)壓路機(jī)分層壓實(shí)3～4遍，每層厚度不大于30 cm，最后用關(guān)閉振動(dòng)的振動(dòng)壓路機(jī)靜壓1～2遍，為保證河砂與黏土結(jié)合緊密，宜在壓實(shí)后的河砂表面鋪1 cm的細(xì)砂。

3) 包邊土的壓實(shí)。

設(shè)置包邊土是為了包住河砂，保持邊坡穩(wěn)定，同時(shí)防止邊坡上的水流入路基內(nèi)部，包邊土一般采用黏土，在包邊土填筑前，應(yīng)先在碾壓好的全斷面河砂路基上反挖到原包邊部位，為做好包邊土與河砂的搭接，還應(yīng)在河砂邊坡上開挖臺(tái)階，臺(tái)階尺寸為30 cm高(河砂壓實(shí)層厚)，50 cm寬，然后分層填筑黏土，分層靜力壓實(shí)，包邊土厚度一般為50～100 cm。

4) 頂封層的壓實(shí)。

頂封層位于路基芯料與包邊土的頂部，路面結(jié)構(gòu)層的底部[4]，與包邊土連在一起，形成倒碗狀的路基外殼。主要功能是隔離河砂、防水和抗沖刷。在頂封層設(shè)計(jì)中一般采用20 cm的黏土，分一層進(jìn)行靜力壓實(shí)。

1.3邊坡設(shè)計(jì)

與普通路基填料相比，河砂粘聚力偏低，且不易壓實(shí)，雖然包邊土采用黏土，但由于內(nèi)外路基填料的不同，對填砂路基的邊坡穩(wěn)定性影響甚大，設(shè)計(jì)中應(yīng)單獨(dú)考慮邊坡的形式、坡度和邊坡防護(hù)。

1.3.1邊坡形式與坡度

1) 邊坡形式。

在沖積平原地區(qū)，低等級公路的路基填筑高度一般不大于8 m，所以填砂路基的邊坡形式為一級邊坡，采用直線型。

2) 邊坡坡度。

邊坡坡度的大小會(huì)影響邊坡的穩(wěn)定性，研究表明[3]，其他條件不變的情況下，坡度越緩，邊坡穩(wěn)定性越好，但坡度太緩會(huì)導(dǎo)致占地過多，對于低等級公路而言，填砂路基的邊坡宜為1∶1.5。

1.3.2邊坡防護(hù)

由于河砂粘聚力較低且易松散，為保證路基的穩(wěn)定性，邊坡防護(hù)也是填砂路基設(shè)計(jì)中重點(diǎn)。其中包邊土的設(shè)置就屬于邊坡防護(hù)的措施之一，其主要功能是包住路基芯料，防止河砂流失，保護(hù)邊坡免受水流的沖刷，提供植被防護(hù)和圬工防護(hù)的載體。對于填砂路基而言，邊坡防護(hù)宜采用骨架植物護(hù)坡，其中骨架采用漿砌片石或者水泥混凝土塊，骨架內(nèi)種植物，實(shí)現(xiàn)雙層防護(hù)。

1.4排水設(shè)計(jì)

對于填砂路基而言，排水設(shè)計(jì)對路基的穩(wěn)定性也影響很大，填砂路基排水分為地面排水和地下排水。

1.4.1地面排水

地面排水不暢，容易導(dǎo)致水分從路基頂面和邊坡滲入，造成路基內(nèi)部局部含水率過大。地面排水一般通過橫坡和邊溝排水，在填砂路基排水設(shè)計(jì)中，土路肩的橫坡度宜比路面橫坡增加1%～2%，以加強(qiáng)排水。邊坡排水應(yīng)結(jié)合邊坡防護(hù)同時(shí)進(jìn)行，在邊坡坡底1 m以外應(yīng)設(shè)置梯形排水溝。

1.4.2地下排水

由于河砂的透水性好，水分一旦進(jìn)入路基內(nèi)部，就易聚集到路基底部的底封層，由于底封層與包邊、頂封層形成封閉整體，若不做好地下排水，水分無法完全排出，易導(dǎo)致填砂路基出現(xiàn)翻漿、沉陷等病害，所以在地下排水設(shè)計(jì)中，在填砂路基底部(即底封層頂面)設(shè)置碎石盲溝，盲溝一端深入到路基芯料中，另一端與邊坡相接，以將路基內(nèi)部水分排出，盲溝的縱向間距一般設(shè)置為10 m；另外在填砂路基中部還應(yīng)設(shè)置斜向下的Φ10PVC塑料排水管，加強(qiáng)內(nèi)部排水，排水管間距一般為10 m，呈梅花狀分布。

2結(jié)語

用河砂填筑路基是解決缺土富砂地區(qū)路基用土不足的有效方法，對于填砂路基總體設(shè)計(jì)而言，路基填料、路基壓實(shí)(特別是砂土和包邊粘土結(jié)合處搭接)、邊坡防護(hù)和排水等問題是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。這些問題雖然在文中提出了相應(yīng)的解決辦法，但還值得繼續(xù)探討，從而為今后大量的低等級公路改建工程帶來新技術(shù)、新工藝和新材料。

參考文獻(xiàn)：

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[2] DB36/T 655-2012，公路填砂路基施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 蔣鑫，等.高速公路填砂路基邊坡穩(wěn)定性分析[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2008(9)：1-6.

[4] 蔣鑫，凌建明，李進(jìn).高速公路填砂路基設(shè)計(jì)若干關(guān)鍵問題[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2011(3)：570-575.

[5] 歐彩云.高等級公路填砂路基壓實(shí)技術(shù)研究[J].路基工程，2013(4)：140-144.

中圖分類號：U 416.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1008-844X(2016)01-0046-03