高填方填石路基在山区公路的设计与应用

GXF360 2018-01-01

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摘要：本文通过对湖南南部山岭重丘区公路新建二级公路设计，因老路利用价值小，利用率较低。路线走新线导致土石方工程数量巨大，因此提出了路基适当减少挡墙段落，在高填方路段采用填石路基的方式消耗弃方，减少弃土场设置，保护当地生态环境。并对其进行设计分析。对同类型地形、地质条件下的山区公路工程具有参考意义。

关键词：山区公路；填石路基；码砌；监控

1 项目概述

S355江华分水岭至白芒营公路（以下简称本项目）位于湖南南部江华县山区，路线长78.021 km。设计速度60 km／h。该公路连接了江华县内的码市、贝江、水口、小圩、白芒营等重要乡镇，是贯穿江华县东西的经济命脉。本项目作为永州市“五纵八横八连线”骨架公路网规划项目之一，纳入了湖南省交通运输“十二五”发展规划，也是永州市“十二五”综合交通基础设施重点项目。

本项目走廊带内陆形条件复杂，沿线山陡林密，边坡植被丰富。老路大部分路段为三级或四级公路，路面宽度4～6 m，公路平纵面指标极差，且本项目位于涔天河水库库区范围。涔天河水库扩建蓄水后，原老路将被淹没，因此老路利用率较低。路线走新线导致土石方工程数量巨大，全线计价土石方数量520.39万方，平均每公里土石方17.34万方。

因此，如何消耗弃方，控制造价为本项目的重点和难点。根据项目特点，通过现场调查，设计讨论，提出了路基适当减少挡墙段落，在高填方路段采用填石路基的方式消耗弃方，减少弃土场设置，保护当地生态环境。具有十分明显的技术、经济效益和环保意义。

2 工程地质

本线路段的地貌类型具有以下特点:

（1）东部群山高耸，山峦重叠；西部低平狭长，地势平坦。

（2）沿线以山地为主。

（3）地表切割强烈，最高点东部黄龙山海拔1 850 m，最低点西部界牌乡潇水出境处，海拔191.2 m，相对高差1 658.8 m。

路线区分布的路基多位于纵坡较陡斜坡地带，无明显不良工程地质现象，土层厚度较薄，强度低，不宜做地基持力层，宜清除，填筑前宜将地面做成阶梯状，以增大路基稳定性。

3 高填方路基设计及典型断面

根据填石路基填料基本采用边坡开挖过程中产生的块石、碎石、石渣等，填筑过程中，因为其颗粒的松散性，颗粒之间没有粘聚力，但互相存在咬合力，且强度较高，可以看成是半刚性体。

填石路堤采用与土质路堤相同的路堤断面型式，填石路堤的边坡坡率根据填石料种类、边坡高度及基底地质条件确定。在路堤基底良好、填料强度较高时，可调整边坡坡率陡于1∶1.5；填方边坡较高时，在边坡中部设置边坡平台，平台宽度不小于2 m。

3.1 路基填料

本项目挖方石方多，需利用废弃石方填筑路基。区内广泛分布变质砂岩、粉砂岩，其全风化、强风化厚度较大，该类岩石半坚硬或破碎，多为泥质及铁质胶结。

路基填方材料的块石、碎石材料，其饱水抗压强度应大于15 MPa。当其抗压强度不满足规定要求时，应进行CBR试验，CBR不低于15%。

填石路基的基底、坡脚、结构物回填等关键部位，须使用硬质岩石填料。

路堤填筑区:最大粒径应不大于400 cm，不均匀系数应为5～40，且2 cm以下的细粒料的一般为10%～40%；大于20 cm的巨粒料的比例应小于40%。

填石路基的基底、坡脚、结构物回填范围内:最大粒径应不大于15 cm，不均匀系数宜为10～20，0.5 cm以下的细料不宜太少，比例应为30%左右。

边坡码砌:边坡码砌采用形状规整的岩石填料，主要采用粒径30 cm以上的岩石填料，其比例宜高于70%，填料之间采用中粒料填隙，填隙粒径应不小于10 cm。

3.2 填石路堤地基处理

承载力要求:路基高度小于10 m时，地基承载力不宜低于150 kPa；路基高度为10～20 m时，地基承载力不宜低于200 kPa；路基高度大于20 m时，路基宜落在岩层上。

地基坡度:地基横坡陡于1∶5的地段，应将地面挖成宽度不小于2 m、内倾横坡为2%～4%的台阶。岩石和细粒土混合基底，应将岩石炸平，并在细粒土部位设过渡层。地基坡度陡于1∶2.5的路段，应在填石路基的基脚处设置护脚。

3.3 填石路基边坡处理

硬质岩填方路基的边坡应采用码砌边坡，码砌厚度为200～250 cm。填石路基填方高度大于8 m时，应设台阶分级，若横向地面线坡度缓于1∶5的地段，台阶高度可适当放宽至10～12 m，台阶宽度一般为3 m。

浸水石方填方路基填料最大粒径应不大于20 cm，不均匀系数宜为10～20，0.5 cm以下的细料不宜太少，比例应为30%左右。为保证边坡的稳定性，路堤边坡外侧应采用浸水防护（浆砌片石）；浸水防护高度应高于设计水位以上50 cm。

3.4 填石路基的典型断面形式

本项目路线沿涔天河水库布置，填石路基为浸水路段填石路基。

图1为石质路堤浸水处治设计图，适用于填筑高度大于20 m，具有放坡条件的浸水路段石质填方路堤。

浸水石方填方路基可采用块石码砌或级配料填筑。采用块石码砌时，与边坡的要求相同。

浸水石方填方路基填料应符合3.1.3（5）的要求，填筑高度应高于设计水位以上不小于50 cm。为保证边坡的稳定性，路堤边坡外侧应采用浸水防护（浆砌片石）；坡脚设置浆砌片石护脚。

在路床顶以下2.0 m和3.0 m处各铺一层土工格栅，增强路基整体性，避免或减少路基的不均匀沉降，防止路面结构开裂。土工格栅采用双向土工格栅。

若原地面横坡缓于1∶5，可直接填筑在清表后的天然地面上，陡于1∶5时，基底应挖台阶，台阶宽≥2 m，设2%～4%向内倾斜的横坡。

路堤和路床施工前，应先修筑试验路段，按《公路路基施工技术规范》（JTG F10－2006）中要求，确定相关参数。石质路堤填筑施工应该提前实施，确保有一个雨季的自然沉降期。

为了了解填石路基整体沉降情况，保证路基稳定性，应在路基路肩和路基平台上设置沉降观测桩。

图2为石质路堤浸水处治设计图，适用于填筑高度大于20 m放坡条件受限的浸水路段石质填方路堤。

图1 浸水路段填石路基一

图2 浸水路段填石路基

对于部分靠近河流、路堤下部有老路的位置，为保证施工过程中老路畅通，收缩坡脚，采用上图填筑方式。

若原地面横坡缓于1∶5，可直接填筑在清表后的天然地面上，陡于1∶5时，基底应挖台阶，台阶宽≥2 m，设2%～4%向内倾斜的横坡。

为保证路基的稳定性，在浸水路堤挡土墙台背，设置2 m宽的码砌挡土墙，施工时与挡土墙同时实施。墙背码砌施工参考干砌片石挡土墙实施，已进一步增加路基的整体稳定性。

石质路堤填筑施工应该提前实施，确保有一个雨季的自然沉降期。

为了了解填石路基整体沉降情况，保证路基稳定性，应在路基路肩和路基平台上设置沉降观测桩。

4 高填方路基施工技术要求

填石路基应满足《公路路基施工技术规范》（JTG F10－2006）中相应要求。岩性相差较大的填料应分层、分段填筑，填料的填筑层压实后连续厚度不宜小于50 cm。应采用最大粒径为10 cm以下的石渣或碎石填隙，使级配符合要求。严禁将软质石料与硬质石料混合使用。

路床以下40 cm范围内，为保证路床稳定性，填料粒径应不大于15 cm。当填石路基中设置涵洞时，应保证管道两侧50 cm范围内填料粒径小于5 cm，并尽量用小粒径均匀石料回填。回填应满足《公路路基施工技术规范》（JTG F10－2006）相关要求。

路基填筑时应采用振动碾压，振动碾为牵引式或自行式，可为平碾或凸块式振动压路机，碾轮轴重不小于100 kN，激振力不小于250 kN，振动频率为18.3～35 Hz，振幅为1.54～1.66 mm。填石路基施工前须先修筑试验路段，以明确相关参数。填石路基的压实质量标准:采用孔隙率作为控制指标。

表1 软质石料压实质量控制标准

分区路面底面以下深度／m摊铺层厚／mm最大粒径／mm压实干密度／（kN·m－3）孔隙率／%上路堤0.80～1.50≤300小于层厚由试验确定≯20下路堤＞1.50≤400小于层厚由试验确定≯22

填石路基的压实质量应采用施工参数（压实功率、碾压速度、压实遍数、铺筑厚度等）与压实质量检测联合控制。使各粒科之间的松散接触状态变为紧密咬合状态。填石路基压实质量采用压实沉降差或孔隙率进行检测，孔隙率的检测应采用水袋法。填石路基应进行边坡码砌，应符合设计要求。相关标准可参照干砌片石施工工艺及质量要求实施。

边坡码砌与路基填筑宜基本同步进行。对于土石路堤，中硬、硬质石料的最大粒径不得大于压实厚度2／3，当石料为强风化石料或软质石料时，其CBR值应满足《公路路基施工技术规范》（JTG F10－2006）表4.1.2中相关规定。

浸水填筑路堤不应采用风化岩石和软石，防止浸水后抗剪强度降低、压缩性增加等不利情况。填石路基成形后应保证坡面顺直，码砌紧密，外观质量标准宜采用干砌片石技术标准实施。