淺談志丹至南梁公路改建工程路基設(shè)計(jì)

淺談志丹至南梁公路改建工程路基設(shè)計(jì)摘要：路基拓寬改建及平面線形改善后，引起路基高填、深挖、侵占河道及既有路基滑坡、坍塌、沉陷、土路肩落水洞等特殊路基設(shè)計(jì)。路基必須具有足夠的整體穩(wěn)定性、強(qiáng)度和水穩(wěn)定性，因此應(yīng)由內(nèi)因全外因分析路基病害形成的內(nèi)在聯(lián)系，有針對(duì)性地采取永久措施與臨時(shí)措施相結(jié)合的原則進(jìn)行路基設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：路基拓寬；整體穩(wěn)定性；水穩(wěn)定性一、項(xiàng)目概況志丹至南梁紅色旅游公路項(xiàng)目所在地位于延安市志丹縣境內(nèi)，屬陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū)。既有路基寬7.5m，道路等級(jí)為三級(jí)公路，2003年由砂石路改建而成?，F(xiàn)改造為二級(jí)公路，為山嶺重丘沿河道路。志丹縣屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，日照充足，晝夜溫差大，平均無(wú)霜期142天。多年平均氣溫7.8°C，極端最高氣溫38.3^，最低氣溫-28.5°C；多年平均降水量520毫米，年平均蒸發(fā)量1980毫米，降雨多集中在7、8、9三個(gè)月，占全年降水量的63%以上，具有汛期雨水量大而集中、冬季降水量小的特點(diǎn)，其它季節(jié)干旱缺水。季節(jié)性凍土，一般11月下旬開(kāi)始凍結(jié)，次年4月初開(kāi)始解凍，標(biāo)準(zhǔn)凍深0.90m。2013年7月7日至13日，陜北地區(qū)出現(xiàn)自2002年以來(lái)范圍最大、雨勢(shì)最強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的強(qiáng)降雨天氣，志丹縣全縣平均降雨量達(dá)到376.2毫米。地形地貌為典型的河谷型黃土高原，黃土幔覆于起伏不平的基巖頂面之上，并承襲了下伏基巖的古地形，在較穩(wěn)定抬升的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響下，黃土經(jīng)流水長(zhǎng)期侵蝕下切，形成了梁峁起伏、河谷深切的地形、地貌。工程區(qū)域的地層主要為新生界第四系松散地層和后中生界白堊系泥質(zhì)砂巖為主，簡(jiǎn)述如下：(1)第四系全新統(tǒng)沖洪積層(Q4ai相)分布于本路線段的紙坊溝及前牛溝河谷的地表，巖性以褐黃色黃土狀粉土及礫石為主。礫石一般粒徑2?10cm，充填粘性土，稍松?中密，亞圓形，成分以砂巖為主，強(qiáng)?弱風(fēng)化，厚度較小，一般為數(shù)米。局部分布可塑?軟塑的粉土，主要分布在河床兩側(cè)及河漫灘表層。(2)更新統(tǒng)風(fēng)積層及沖洪積層(Q3eol及Q1-2al+pl)分布于本路線段兩側(cè)的梁、峁，巖性以褐黃色黃土為主，硬塑?堅(jiān)硬狀態(tài)，含水量較小。在梁、峁的頂部厚度可達(dá)百余米，坡腳處厚度數(shù)十公分全數(shù)米不等。(3)白堊系泥質(zhì)砂巖(K)在路線兩側(cè)及河谷中均有出露，一般為厚層?巨厚層狀，裂隙較發(fā)育，自上而下風(fēng)化程度減弱，局部夾有薄層狀泥巖。二、既有路基狀況及成因分析由于既有路基暴露于空間，長(zhǎng)期受自然因素的作用，巖土在不利水溫條件作用下，物理、力學(xué)性質(zhì)將發(fā)生變化。浸水后濕度增大，土的強(qiáng)度降低；巖性差的巖體，在水溫變化條件下，加劇風(fēng)化；路基表面在溫差作用下形成脹縮循環(huán)，在濕差作用下形成十濕循環(huán)，可導(dǎo)致強(qiáng)度衰減和剝蝕；地表水流沖刷，地下水源浸入，使巖土表層失穩(wěn)，易造成和加劇路基的水毀病害；沿河路堤在水流沖擊、淘刷和浸蝕作用下，易遭破壞；濕軟地基承載力不足，易導(dǎo)致路基沉陷。道路長(zhǎng)期經(jīng)受各種自然因素的影響，承受車輛荷載的重復(fù)作用，路基在使用過(guò)程中常產(chǎn)生各種病害。南梁改建公路的主要病害有：路基的沉陷、路基邊坡的坍方、滑坡及翻漿等。1、路基沉陷K13+536?K13+585路段路面沉陷40?50cm，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查此路段為填挖交接與涵臺(tái)路基結(jié)合部。原始沖溝狹長(zhǎng)，涵洞修建于小里程方向半坡，填土為粉性黃土。沉陷成因分析：涵洞進(jìn)口流水不暢，雨水下滲全路基底部原始沖溝，降低路基強(qiáng)度；其二，原始溝道狹長(zhǎng)壓實(shí)較難控制；其三、涵臺(tái)及沖溝底部應(yīng)采用透水性較好的砂性土或砂礫填筑，便于壓實(shí)及降低路基毛細(xì)水作用，其四、填挖交接處土巖分層，無(wú)橫向盲溝，泥砂巖為較好的隔水層，路基水下滲后沿巖層頂面進(jìn)入填方路基。2、 翻漿K8+930?K8+980路段，路面翻漿較為嚴(yán)重。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，此路段縱坡較緩，土質(zhì)邊溝排水不暢。冬季雨雪消融時(shí)邊溝水污染基層，使路基處于潮濕狀態(tài)，水分不斷地向上移動(dòng)聚集，引起路基冰脹。春融時(shí)，路基濕軟，強(qiáng)度急劇降低，加上行車的作用，路面發(fā)生彈簧、鼓包、冒漿、車轍。3、 黃土滑坡位于設(shè)計(jì)路線K20+700?K20+910右側(cè)黃土斜坡上，滑坡平面上呈“舌狀”，主滑方向101°，滑坡寬度約160m，縱向長(zhǎng)約170m，滑體平均厚度約15.0m，滑體體積約40.8X10^3，屬中型滑坡，滑坡邊界明顯，滑坡后壁呈圈椅狀，后壁坡度45度，植被稀疏，滑體由第四季全新統(tǒng)滑坡堆積土構(gòu)成。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，滑體上未發(fā)現(xiàn)裂縫等變形跡象，滑坡目前處于穩(wěn)定狀態(tài)。由于滑坡后部為圈椅狀后壁，降雨后地表水的匯集至滑坡范圍內(nèi)，降低了滑坡的穩(wěn)定性，同時(shí)經(jīng)鉆探揭露，位于滑坡中上部的鉆孔11.0-15.0m深度處土體含水量較大，土質(zhì)松散，表明該滑坡存在次級(jí)滑動(dòng)的可能性；尤其在公路開(kāi)挖滑體前緣時(shí)，在降雨等內(nèi)外力共同作用下，易使該滑坡局部復(fù)活失穩(wěn)。4、 崩塌位于設(shè)計(jì)路線K10+822?K11+240南側(cè)巖質(zhì)斜坡上，崩塌所在巖質(zhì)邊坡坡角約80?90°，坡向300°，具有高大的臨空面，使破碎的巖石具有較大勢(shì)能；坡體由厚層砂巖夾泥巖組成，巖體水平層理及垂直節(jié)理裂隙發(fā)育，坡體表面風(fēng)化較嚴(yán)重；雨季失穩(wěn)發(fā)生崩塌落石可能性較大，無(wú)防護(hù)?，F(xiàn)呈基本穩(wěn)定狀態(tài)，雨季失穩(wěn)發(fā)生崩塌落石可能性較大，對(duì)擬建線路危害程度較大。5、 滑塌位于設(shè)計(jì)路線K19+410?K19+496右側(cè)黃土斜坡上，巖質(zhì)邊坡滑塌，巖性以強(qiáng)風(fēng)化砂巖為主，并夾多層泥巖，節(jié)理密度大且相互貫通，導(dǎo)水性較強(qiáng)，滑塌上部形狀呈圈椅狀，滑塌方向約103°，滑面坡度64°，坡體表層在降雨時(shí)軟化而強(qiáng)度大幅度降低，在水溫變化及在重力作用下延傾斜面產(chǎn)生滑塌，滑塌體物質(zhì)組成為砂、泥巖塊石及黃土，塊石一般30?50cm，最大5m。6、其他路基病害K9+580?K9+600左側(cè)沿河路堤在水流沖擊、淘刷和浸蝕作用下，路基下緣已產(chǎn)生較大臨空面。沿線拱涵頂面及半填半挖修筑路肩墻路段，路面網(wǎng)面、波浪?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查共性特征采用粉性土作為路基填料，涵洞前后無(wú)盲溝排水，路肩墻無(wú)泄水孔，毛細(xì)水作用較強(qiáng)。三、改建工程路基設(shè)計(jì)合理的路基設(shè)計(jì)，應(yīng)在路基位置、橫斷面尺寸、巖土組成、新舊路基銜接、舊路病害的治理、有針對(duì)性的災(zāi)害預(yù)防設(shè)計(jì)等方面綜合考慮。確保路基的整體穩(wěn)定性、強(qiáng)度和水穩(wěn)定性。路堤填筑的整體性設(shè)計(jì)路堤填筑的關(guān)鍵點(diǎn)在于填土與原地面呈結(jié)合狀態(tài)。做好地基填筑面的處理，使兩者結(jié)合緊密，避免路堤沿基底發(fā)生滑動(dòng)，防止因草皮、樹(shù)根腐爛而引起路堤沉陷，需視基底的土質(zhì)、水文、坡度和植被情況及填筑高度采取相應(yīng)的處理措施。對(duì)既有路堤加寬時(shí)，應(yīng)清除坡面松散土、生活垃圾以及道路養(yǎng)護(hù)時(shí)的棄方。依據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，填土路基原設(shè)計(jì)邊坡1:1.5與1:1間土體較為疏松，填筑前應(yīng)按1:1邊坡坡比進(jìn)行卸坡，當(dāng)土路肩有落水洞時(shí)連同土路肩一起卸坡，然后開(kāi)挖臺(tái)階分層填筑。一般路堤需要根據(jù)地形和土質(zhì)條件作適當(dāng)?shù)奶幚?。除了必須進(jìn)行伐樹(shù)除根，清除雜草垃圾及不穩(wěn)定的石塊以外，橫坡較大時(shí)，還需要開(kāi)挖臺(tái)階或鑿毛（石質(zhì)基底）。特殊土質(zhì)，如軟土、沙灘和有地下水上溢的地段，必須做進(jìn)一步的穩(wěn)定處理或換土。對(duì)于既有路面上填筑路基時(shí)，先鏟除舊路面，填土高度小于50cm時(shí)，采用砂礫填筑；填土高度大于50cm按正常路堤填筑。路基強(qiáng)度設(shè)計(jì)其一、保證車輛荷載作用深度內(nèi)（1.0-2.0m）強(qiáng)度統(tǒng)一或剛?cè)徇^(guò)渡。主要包括橋頭（涵臺(tái)）剛?cè)徇^(guò)渡設(shè)計(jì)、新舊路基搭接時(shí)剛?cè)徇^(guò)渡。針對(duì)填方橋頭（涵臺(tái)）處理，采用砂礫填料，以45。向上延伸至設(shè)計(jì)標(biāo)高；挖方土質(zhì)橋頭（涵臺(tái)），采用超挖50cm換填砂礫，處理長(zhǎng)度不小于橋臺(tái)（涵臺(tái)）高度。另外、針對(duì)溝谷陡狹路基設(shè)計(jì)，壓實(shí)機(jī)械作業(yè)空間較小，宜采用路基渣石填筑，渣石尺寸自下而上從大到小填筑，并滿足路基填料相關(guān)規(guī)定。新舊路基搭接時(shí)，新加寬路基采用50cm砂礫進(jìn)行路床處理。其二、保證基底足夠強(qiáng)度，如軟土（泥沼）、沙灘和有地下水上溢上填料有足夠強(qiáng)度。本項(xiàng)目較為特殊的是，K13+700?K14+010、K16+000?k16+200路段，2008年修建水土保持堤壩，進(jìn)行蓄水造田，該路段淤積深度為1?3m，為二類泥沼，本段路基采用采用部分挖出后拋石擠淤設(shè)計(jì)，保證路基強(qiáng)度。路基水穩(wěn)定設(shè)計(jì)對(duì)于翻漿路段修筑路基時(shí)，應(yīng)根據(jù)填土高度采用不同措施。當(dāng)填土高度大于0.8m時(shí)，可在該路段上撒鋪適量的石灰，并用木棍或木榔頭搗夯，使石灰能摻入路基土中，以形成灰土路，提高路基的水穩(wěn)性；當(dāng)填土高度小于0.8m時(shí)，采用挖出路面結(jié)構(gòu)，換填砂礫層，以加強(qiáng)路基排水；當(dāng)采用挖方通過(guò)此路段時(shí)，采用不小20cm砂礫處理路床，加強(qiáng)排水。填挖交接設(shè)置橫向排水盲溝，保證路基內(nèi)層間水及時(shí)排除路基范圍；對(duì)于新建路基高度較低，降低毛細(xì)水作用，保證路基上部處于干燥或中濕狀態(tài)，路床采用砂性土或砂礫處理。路基邊坡設(shè)計(jì)本項(xiàng)目路基邊坡以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查既有邊坡?tīng)顟B(tài)為主要參照，以地質(zhì)報(bào)告為基礎(chǔ)，根據(jù)不同巖層、巖性劃分坡率，以寬平臺(tái)、陡坡率設(shè)計(jì)整體邊坡角，減少坡面匯水面積。從既有道路運(yùn)行情況看，全線邊坡基本穩(wěn)定，黃土滑坡、坍塌、崩塌路段以刷坡卸載為主，同時(shí)完善排水系統(tǒng)。黃土邊坡按5?6m分級(jí)，每級(jí)平臺(tái)寬度不小于2.0m，每三級(jí)設(shè)置4.0m臺(tái)。路基排水設(shè)計(jì)黃土地區(qū)路基設(shè)計(jì)應(yīng)特別注意加強(qiáng)排水，采用攔截、分散的處理原則，設(shè)置防沖刷、防滲漏和有利于水土保持的綜合排水設(shè)施，并妥善處理農(nóng)田水利設(shè)施與路基的相互干擾。設(shè)計(jì)采用天溝、平臺(tái)截水溝、邊溝、排水溝等構(gòu)成完整的排水系統(tǒng)，特別是對(duì)于滑坡、坍塌路段，通過(guò)排水系統(tǒng)阻止外圍水進(jìn)入，內(nèi)部水及時(shí)排出。路基防護(hù)設(shè)計(jì)K19+410-K19+496右側(cè)黃土斜坡上，巖質(zhì)邊坡滑塌，巖性以強(qiáng)風(fēng)化砂巖為主，并夾多層泥巖，節(jié)理密度大且相互貫通，導(dǎo)水性較強(qiáng)。坡面開(kāi)挖后采用砂漿抹面，主要是保護(hù)路基邊坡表面免受雨水沖刷，減緩溫差及濕度變化的影響，防止和延緩軟弱巖土表面的風(fēng)化、碎裂、剝蝕演變進(jìn)程，從而保護(hù)路基邊坡的整體穩(wěn)定性。為了防止流水直接危害沿河路基，需設(shè)置間接防護(hù)設(shè)置導(dǎo)治結(jié)構(gòu)物、改變水流方向，消除和減緩水流對(duì)堤岸直接破壞，同時(shí)減輕堤岸近旁淤積，徹底解除水流對(duì)局部堤岸的損害作用，起安全保護(hù)作用。導(dǎo)治結(jié)構(gòu)物采用丁壩、順壩或格壩等。四、結(jié)論一般公路的路基修建投資占公路總投資的25%?45%，個(gè)別山區(qū)公路可達(dá)6