新老公路衔接段湿陷性黄土路基设计与施工.pdf

科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald科技创新导报Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 土 木 与 建 筑 工 程新老公路衔接段湿陷性黄土路基设计与施工李光前（中国水利水电第三工程局有限公司 陕西西安 710000）摘要：本文以南疆克州地区G219线阿合奇县至八盘水磨公路建设项目设计施工总承包工程为背景，研究了恶劣环境下新老公路衔接段湿陷性黄土路基设计与施工，介绍了黄土湿陷性评价方法、新旧路基拼接方式、拼接实施方案及土工格栅在拼接路基段的应用，并阐述了路基拼接段地基处理、开挖、填筑施工要点及排水处理，可供相似的路基工程施工借鉴。关键词：新老公路 湿陷性 黄土 路基 设计 施工中图分类号：U416文献标识码：A文章编号：1674-098X(2022)10(c)-0164-05Design and Construction of Collapsible Loess Subgrade in the Connection Section of New and Old HighwaysLI Guangqian(Sinohydro Bureau 3 Co.,Ltd.,Xian,Shaanxi Province,710000 China)Abstract:Based on the general contract project of design and construction of road construction project from Aheqi County to Bapanshuimo of G219 line in Kezhou area of southern Xinjiang,this paper studies the design and construction of collapsible loess subgrade at the junction of new and old highways under harsh environment,introduces the evaluation method of loess collapsibility,the splicing method of new and old subgrades,the splicing implementation scheme and the application of geogrid in the splicing subgrade section,and describes the foundation treatment,excavation,filling and drainage treatment of the subgrade splicing section,which can be used as reference for the construction of similar subgrade projects.Key Words:New and old highways;Collapsibility;Loess;Subgrade;Design;Construction1 工程简介G219线阿合奇县至八盘水磨公路建设项目设计施工总承包工程总长约192.4km，正线包括桥梁工程、隧道工程和路基工程，其中路基工程由新建公路段和新老公路衔接段两部分组成。本文所述相关内容管段起始桩号为 K257+539K283+371，长度 27.2km（含1.4km长链），包括路基段长度21.7km、隧道1座1.9km、大桥13座3.6km。本段设计标准采用双向两车道二级公路，设计时速60km/h，路基宽度10m，路面结构层为“5cm中粒式沥青混凝土（AC-16C）+沥青同步碎石封层+32cm4.5%水泥稳定砂砾+20cm天然砂砾”。本路段线路公路自然区划属于VI2和VI4区，即西北干旱区的绿洲荒漠区和天山界山地区，主要自然病害是风砂、盐碱、翻浆、扬尘。地质条件属山间河谷区，分布于托什干河北岸，富水性较贫乏，尽管裂隙发育，但地下水补给条件差，泉水流量很小，裂隙水分布也不均匀。线路区域属于温带高原干旱气候，其主要特征是气候寒冷、热量不足、昼夜温差大、降水不均、四季不分明，冷暖季则明显1-2。2 湿陷性黄土分布情况湿陷性黄土地基处理设计应根据公路等级、湿陷等级、处理深度要求、施工条件、材料来源及对周围环境影响等3，本项目湿陷性黄土主要分布于山前冲洪击扇区，地基处理长度6059m，由10分段组成，均处在DOI：10.16660/ki.1674-098X.2204-5640-4069作者简介：李光前（1977），男，本科，副高级职称，研究方向为工程技术。164科技创新导报Science and Technology Innovation Herald科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 土 木 与 建 筑 工 程新旧路基衔接拼宽地段，岩土特性稍湿、稍密、孔隙发育、局部段分布含砾粉土，分布较连续，为级轻微-非自重湿陷性黄土，影响深度2.5m以内，具体湿陷性黄土分布段落详见表1。3 新老公路衔接段设计本段新老公路衔接设计由基层找平老路拼宽路段，底基层找平拼宽路段和路面结构层全幅新建老路路基拼宽路段3种形式组成。拼宽部分的新建路基，当路基填土高度小于路面与路床总厚度时，清除地基表层杂草及腐殖土，对路床050cm的范围内适用性路基填料的地基土挖除回填，路床5080cm的范围内适用性路基填料翻松碾压。老路设计宽度为7m，新建道路在原设计宽度基础上扩宽至10m，施工时，在老路坡脚开挖台阶，台阶宽度不小于1m，高度不大于1m，最上层的底基层台阶应伸进老路不小于2m，新旧路基衔接部分，分别在路床底面、原路基处设置土工格栅，当老路填筑较高，原地基处向上每2m增设一层土工格栅。新老公路路基结构形式详见图1。4 黄土湿陷性评价4.1 黄土类型的判定黄土的湿陷性和湿陷程度，当s0.015时，应定为非湿陷性黄土。其中，s为黄土的湿陷系数。4.2 湿陷性黄土地基湿陷等级的判定湿陷性黄土地基的湿陷等级，应根据自重湿陷量计算值和湿陷量计算值进行判定，其中自重湿陷量计算公式为：zs=0i=1nzsihi式中：zsi为第i层土的自重湿陷系数；hi为第i层土的厚度（mm）；0为修正系数，南疆地区取值0.5。湿陷量计算公式为：s=i=1nasihi式中：si为第i层土的湿陷系数；hi为第i层土的厚度（mm）；为不同深度地基土浸水概率系数，按地区经验取值。5 地基处理措施5.1 总体处理方案湿陷性黄土地基处理方法大致可分为换填处理法、强夯地基处理法、冲击碾压地基处理法及挤密地基处理法。本文根据依托工程实际地质情况，针对湿陷性程度、公路等级、处理深度要求、施工条件、材料来源及对周围环境影响等采取如下措施：依托项目为二级公路，湿陷性黄土危害等级轻微且老路路基无明显病害，结图1新建老路拼宽路基结构设计图表1湿陷性黄土分布段落特性表序号12345678910段落K262+980K263+480K263+920K264+020K266+000K266+300K269+480K270+120K270+120K270+350K270+550K270+870K270+870K271+550K271+550K272+056K272+056K274+000K274+000K274+840长度/m5001003006402303206805061943840类型非自重湿陷性非自重湿陷性非自重湿陷性非自重湿陷性非自重湿陷性非自重湿陷性非自重湿陷性非自重湿陷性非自重湿陷性非自重湿陷性影响深度/m1.52.52.01.51.01.51.02.52.02.0危害程度级轻微级轻微级轻微级轻微级轻微级轻微级轻微级轻微级轻微级轻微165科技创新导报Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald土 木 与 建 筑 工 程合新旧路基设计在路基拼宽侧对湿陷性黄土一般地段采取冲击碾压的处理措施，如图2所示进行冲击碾压施工，并在底部铺设一层土工格栅，对湿陷性黄土低填浅挖地段采取挖除换填再冲击碾压的处理措施并在底部铺设一层土工格栅。湿陷性黄土浸水后土体结构破坏而发生显著附加变形，故在湿陷性黄土段设置排水沟以便水流及时排出。5.2 冲击碾压施工冲击碾压法的原理为压路机由牵引车带动圆形轮滚动，沿地面进行静压、冲击碾压作业从而形成冲击和压实的作用。首先，选择本路采用冲击碾压的代表性路段作为试验路段，并采用具有代表性的填料，制订详细的试验工作计划，其内容应包括试验段的位置、范围、填料类型、冲碾方式、冲碾遍数、冲碾前后的检测内容（弯沉、密实度、含水量、沉降量及回弹模量等）等，通过试验及试验资料的统计分析，确定冲击碾压的施工工艺，施工参数和检测、验收标准等4。冲击碾压车运转一周共有3次碾压压实、3次冲击，在碾压时，冲击压路机从坡底1m处向中心逐渐推进碾压，碾压时保证冲击压路机时速保持在1012km/h，在冲击碾压完成后，应该检测沉陷量自己沉陷系数等，判断是否达到标准。冲击碾压宜采用排压法，纵横向轮迹交错，纵向相错1/6轮轴距，横向轴缘相互重叠2030cm。冲击碾压处理的最短施工长度不小于100m，长度宽度应满足保证冲击碾压速度的要求5。6 衔接路基稳固措施6.1 设计情况拼宽路基填土高度大于2m应铺设土工格栅，如图3所示。土工格栅分别设置在路床顶部和路床底部，土工格栅宜选择幅宽较宽的产品，减少搭接，方便施工。当加宽路基路幅宽度小于4m时，应满铺土工格栅。土工格栅卷长方向平行于路基方向，幅宽方向垂直于路基方向，锚固钢钉采用8U型锚钉，锚钉中心距离土工布边缘0.5m，锚钉与锚钉中心距离1m。6.2 填筑填方路基原则是路堤高度需满足公路等级所对应的洪水频率（1/50），设计洪水位及路基工作区域等综合因素要求，一般路段路基设计高度为1.5m，存在水流冲刷隐患的路段路基设计高度大于2.0m，填方路基边坡坡率1 1.5，路堤高度大于8m时设置台阶式路堤，上路堤边坡坡率1 1.5，下路堤边坡坡率1 1.75。填方路基在清表后，应对路基基底进行夯实或碾压密实处理，其压实度（重型）不应小于90%。路基填筑时应从最低处起分层填筑、采用重型机械逐层压实，如图4所示为振动压实。当原地面横坡陡于1 5时，应按设计要求挖台阶，台阶宽度不应小于2.0m，向内倾斜4%；当基岩面上的覆盖层较薄时，宜先清除覆盖层再挖台阶，当覆盖层较厚且稳定时，可保留6。沿线路基填料应利用适用性路基填料挖余方及指定取土料场填料，填料最大粒径应小于100mm，盐渍土禁止用于上路床填料，清除的路基表土不得用于路基填料，应按设计要求运到指定弃土场，铣刨的旧路面材料可作为路基填筑材料与路基砂混合使用。路基填料最小强度、最大粒径及压实度应满足如表2所示的路基压实度、填料最小强度（CBR）、填料最大粒径要求。图2冲击碾压施工图3铺设土工格栅图4振动压实166科技创新导报Science and Technology Innovation Herald科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 土 木 与 建 筑 工 程7 排水及防护路基路面综合排水系统从保证路基稳定、减少水土流失与对沿线环境影响的角度出发，充分考虑工程建设的实际情况和环境保护的特殊要求，对路基路面综合排水进行系统设计，通过设置排水沟、边沟、截水沟、桥涵等构造物，建立完善的公路综合排水系统。对于填方路段，考虑本区域降雨量较小，现有老路路基填方段未设置排水沟，且现状良好。本次设计同样采用坡面漫流的形式进行路基排水；对于挖方路段，原老路局部路段设置有浆砌石边沟，现场调查发现山体存在不同程度的冲沟及泥石流，固在挖方段设置边沟。边沟采用宽浅型边沟，深度为 0.3m，底宽1.0m，内边坡1 3，外边坡与挖方边坡一致。当盐渍土路段的两布一膜隔断层距离路基坡脚小于20cm时，在路基坡脚处开挖底宽0.4m，内边坡与边坡坡率一致，外边坡1 1的土质加深边沟，以拦截、排除地表水7。方格网防护适用于填方边坡易受雨水冲刷的路段。方格网采用C30混凝土预制块砌筑，M10砂浆勾缝；镶边及肋柱采用C30混凝土预制，护脚及护坡基础采用C30现浇混凝土。沿边坡每10m设一伸缩缝，缝宽2cm，采用沥青麻絮填塞。路基边坡方格网护坡必须达到路基压实度，经刷坡后方可施工。8 经济社会效益2021年3月至2021年10月期间，采用冲击碾压法对新疆克州G219线新老公路衔接段湿陷性黄土路基处理长度为9.8km，经核算处理费用52.8万元，当采用地基处理其他方法时，强夯法节省处理费用21.45万元，换填法节省处理费用185.9万元。为新老公路衔接段湿陷性黄土路基的地基处理提供了一种高效、便捷、低成本的施工方法，该项目的全面推广将为湿陷性黄土路基施工项目带来巨大的工期效益并降低施工成本。选择合理、高效的处理方案，在减少决策处理时段，避免随意作业，少走弯路，处理工期缩短，工期效益显著8；同时，降低处理人员及材料费用的投入，降低成本，节约费用支出。采用“冲击碾压”地基处理施工工艺，节能环保，不会对环境造成污染，符合当今施工新形势的要求。9 科研情况恶劣环境下新老公路衔接段湿陷性黄土路基施工技术研究 项目研究组积极组织项目主要技术人员进行项目研究策划，立项申请书于2020年12月编写完成，2021年1月获批公司立项为二类科研项目，2021年3月编写完成科研合同及研究大纲。在项目实施过程中，围绕项目主要研究内容，结合现场工程施工实际情况，制订年度科研计划，并列入项目管理重点进行控制，课题实施准备阶段为2021年1月至2021年3月，现场实施阶段为2021年3月至2021年10月，课题验收准备阶段为2021年11月至2021年12月，整个项目实施有序、责任到人、管理到位8。最终获得国家实用新型专利2项、工法1部、省部级期刊论文发表 1 篇等科技成果，研究成果应用于G219线阿合奇县至八盘水磨公路建设项目设计施工总承包工程一标段（K257+539K283+371）段路基工程施工中，研究成果如下。研究采用冲击碾压法进行湿陷性黄土路基地基处理，解决了在新老公路衔接段空间有限的条件下，难以布置路基处理大型设备（如强夯机等）的弊端，实现了施工简便、进度快、效果好的目的；与换填地基处理相比，大大节省了施工成本、减少了现场大型运输设备投入，同时也极大降低了安全风险；新老公路衔接段采用台阶法开挖、土工格栅稳固、分层填筑等成套路基填挖施工工艺，解决了衔接处路基下沉产生裂缝、填筑压实度难于控制的难点；研发了一种小型混凝土预制构件生产用布料振动装置，解决了针对大量预制块生产无法形成规模化、一体化的难题，该装置实现了预制块集入料、振捣及成品输出为一体的生产线规模化施工。该科研成果保证了工程进度和施工安全，取得了显著的经济效益和社会效益。科技项目整体实施效果良好。表2路基压实度、填料最小强度（CBR）、填料最大粒径要求项目分类填方路基零填及路堑路床施工时应根据不同填料设试验段确定对应集料的最佳含水率上路床下路床上路堤下路堤路面底面以下深030308080150150080压实度9595949495填料最小强度64326填料最大粒径1010151510167科技创新导报Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald土 木 与 建 筑 工 程10 结语本文结合南疆克州G219线公路项目，从工程地质、湿陷性黄土分布到新老公路拼接路基段设计、施工一一进行了阐述，目前该工程项目已完工，实际施工过程中收效颇丰，锻炼了一支具备丰富施工经验的公路路基作业队50人，培养了一批公路工程专业知识强的施工技术、现场管理人才10人；科研方面硕果累累，在2021年112月，完成一项名为“恶劣环境下新老公路衔接段湿陷性黄土路基施工技术研究”的科研项目。新老公路衔接段湿陷性黄土路基的地基处理提供了一种高效、便捷、低成本的施工方法，该项目的全面推广将为湿陷性黄土路基施工项目带来巨大的工期效益，并降低施工成本。参考文献1 霍建兵.湿陷性黄土路基处理与防治措施探讨J.山西建筑,2013,39(11):120-122.2 林家海.湿陷性黄土路基的施工处理J.黑龙江交通科技,2012,35(6):25.3 赵兴华.浅析湿陷性黄土地区路基典型病害及防治措施J.黑龙江科技信息,2017(3):272-274.4 杨耀峰,李涛,张多宏,等.湿陷性黄土增湿变形分析研究J.水利规划与设计,2022(2):85-87,111.5 赵少强.河南湿陷性黄土地区高速铁路施工技术研究J.施工技术,2021,50(14):102-106.6 徐振宁.浅谈某工程湿陷性黄土边坡及路基处理J.水泥工程,2021(1):80-82.7 余东.高填深挖路基设计和施工要点分析J.科学咨询(科技 管理),2019(11):59-60.8 傅龙,唐晓秦.某一级公路路基设计与施工J.交通世界,2018(Z1):32-33.二级坡脚处设置排水孔，排水孔间距为 6m，长度为30m，加强了深部地下排水。在截割顶外侧20m处增设截割顶截流沟，以加强边坡上部天然排水的截流。4.2 加固效果为确保后续施工顺利进行，对于此边坡加固施工完成后长期的监测数据进行对比分析，结果显示边坡趋于稳定。在后期施工过程中，经过长期边坡监测，共有4个监测断面，13个基坑进行了深基坑位移监测。根据2021年的监测结果，年最大累积位移为7.56mm。监测数据在规范规定的阈值以内，监测分析位移曲线没有突出的拐点，因此可以得到边坡处于稳定状态，此加固方式加固效果良好的结论。5 结论针对复杂结构影响下的岩质边坡病害，在分析病害成因和滑动面形态的基础上，提出在地下水排水过程中应采用桩锚结构进行加固。钢轨桩排列成多排小间距连续排列，桩顶通过梁夹依次连接，桩顶布置锚索加以连接，通过形成微型锚索桩使得加固效果明显。在钢轨桩中锚索的作用是产生主动拉力特性，此种方法大大改善了微小锚固桩长细比的问题，与此同时，它能够提供相对较好的锚索结构反力，以此具有防滑动功能，可有效提高钢轨桩的承载力。参考文献1 JTG D30-2015公路路基设计规范S.北京:人民交通出版社股份有限公司,2015.2 陈武.微型钢轨桩在路基边坡处治中的应用分析J.路基工程,2019(3):189-193.3 郑雪辉.高边坡滑坡机理及处治技术J.工程建设与设计,2021(15):70-72.4 赵甜,王凯.抗滑桩和挡土墙联合支护下公路边坡变形破坏机理分析J.工程建设与设计,2021(14):54-57.5 严琼,成子桥,吴顺川,等.路堑边坡开挖稳定性及加固处治机理宏细观分析J.路基工程,2020(3):6-11.6 邰胜鹏.贵州凯里某边坡稳定性评价及治理措施J.山西建筑,2021,47(20):120-122.7 杨朝震.预应力锚索加固岩质边坡及锚索参数优化数值分析J.武汉理工大学学报,2021,43(12):64-68.（上接第163页）168