鄧州至豫鄂省界高速公路膨脹土路基設(shè)計

石利群，張 弛

（蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210017）

1 工程概況

鄧州至豫鄂省界高速公路起點與內(nèi)鄧高速相交，終點與湖北省老宜高速相接，沿線膨脹土分布甚廣，中等膨脹土里程占路線總長的49.33%，巖性主要為粘土。

膨脹土為一種含液量很高的土壤，具有極強(qiáng)的保水、親水能力［1］，土中黏粒成分主要由親水性礦物組成，同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性。含水量變化易引起膨脹土的膨脹或收縮變形，強(qiáng)度隨之變化；反復(fù)脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂隙等作用下極易出現(xiàn)路面開裂、隆起或沉陷，路堤和路塹滑塌、邊坡失穩(wěn)等病害［2］，且往往成群出現(xiàn)，對路基的破壞作用不可低估，并且修復(fù)困難。為了保證在較長時間內(nèi)路基的穩(wěn)定和路面的平整，達(dá)到安全舒適行車的目的，必須解決因膨脹土而造成的一系列工程問題［3-5］。

膨脹土的判別國內(nèi)外尚不統(tǒng)一，本次勘察中對膨脹土的判定主要采用我國《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30—2004），結(jié)合本地多年施工經(jīng)驗進(jìn)行膨脹土潛勢分類，分類標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 膨脹土的膨脹潛勢分級

2 主要技術(shù)方案

2.1 膨脹土路基填筑方案

路基設(shè)計應(yīng)避免大挖、大填，以淺路塹、低路堤通過為宜，保證路基穩(wěn)定性；路塹路段路床80 cm范圍內(nèi)應(yīng)對膨脹土進(jìn)行超挖換填，或者進(jìn)行土質(zhì)改良。

摻石灰是膨脹土改性處理最有效的方法，摻石灰的最佳配比以處理后脹縮率不超過0.7為宜，使其控制到弱膨脹土的低限指標(biāo)之下。本次設(shè)計對膨脹土利用方案和全部換填方案進(jìn)行了對比（見表2），石灰改良膨脹土的石灰劑量為5%（弱膨脹土）、7%（中膨脹土），考慮到施工灰量的損耗，在室內(nèi)石灰劑量的基礎(chǔ)上，允許各增加1%作為設(shè)計用量。換填主要考慮在附近2個原內(nèi)鄧高速取土場進(jìn)行取土（主要為碎石土和山皮土）。

表2 路基填筑方案對比

通過上述方案對比得出，膨脹土摻灰改性利用造價高，施工難度大，并且本項目周邊外購?fù)练奖?，因此本項目路堤范圍推薦采用山皮土處置。由于路面底面以下80 cm范圍對施工質(zhì)量要求高，壓實度控制嚴(yán)格，而山皮土壓實度檢測較為復(fù)雜，沿線弱膨脹土分布廣泛，取土方便，并可充分利用路基開挖后剩余土方，減少棄方，因此填方路段80 cm路床以及挖方路段超挖80 cm后換填仍需采用弱膨脹土摻6%石灰處置。根據(jù)路面實施路段以及不同的路堤邊坡高度，采用不同的路基填筑方案，其中清除耕植土平均按30 cm計，路堤邊坡高度H為土路肩邊緣設(shè)計標(biāo)高與原地面標(biāo)高高差，h為路面結(jié)構(gòu)層厚度。

（1）當(dāng)H＜0 m，清表后開挖至路床底面，對原地面進(jìn)行碾壓，壓實度需≥93%，壓實補(bǔ)償按10 cm計，采用山皮土回填；其后分層回填80 cm 6%石灰土路床，路床每層壓實度均需≥96%。

（2）當(dāng)0≤H≤h+0.8 m，路基開挖至路床底面30 cm后應(yīng)對原地面進(jìn)行碾壓，壓實度需≥90%，壓實補(bǔ)償按10 cm計，采用山皮土回填；其上回填30 cm山皮土，要求山皮土頂面壓實度需≥93%；最后回填80 cm 6%石灰土路床，路床每層壓實度均需≥96%；

（3）當(dāng)H＞h+0.8 m，清表后應(yīng)對原地面進(jìn)行碾壓，壓實度需≥90%，壓實補(bǔ)償按10 cm計，采用山皮土回填；路基中部采用山皮土回填，要求上路堤壓實度≥94%，下路堤壓實度≥93%；其上回填80 cm 6%石灰土路床，路床每層壓實度均需≥96%；

2.2 膨脹土邊坡設(shè)計

（1）路堤路段

填高不大于8 m時，坡率采用1∶1.5；填高8 m以上時，在8 m處變坡，不設(shè)平臺，上部坡率1∶1.5，下部坡率1∶1.75。

（2）路塹路段

路塹段為中等膨脹土?xí)r，依據(jù)路塹“緩坡率、寬平臺、固坡腳”的設(shè)計原則，考慮挖深6 m以內(nèi)時，邊坡坡率為1∶1.5；挖深6 m以上時，下部6 m邊坡坡率為1∶1.5，上部剩余高度邊坡坡率為1∶1.75，變坡設(shè)2 m平臺。路塹段為巖石基礎(chǔ)時，挖方深度H≤15 m，路塹邊坡一坡到頂，不設(shè)平臺，邊坡坡率為1∶0.75。

2.3 膨脹土路基防護(hù)設(shè)計

路基防護(hù)以安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保為原則，因地制宜，樹立邊坡綠色環(huán)保的防護(hù)設(shè)計理念，注重景觀與綠化設(shè)計，順應(yīng)自然，融入自然。

（1）路堤路段

路堤段填料多以山皮土為主，總體來講，路線范圍內(nèi)的土質(zhì)具有較好的抗水沖刷能力，可以充分利用其特點，在坡面上盡量采用植物防護(hù)，節(jié)省工程費(fèi)用。從改善行車條件、充分發(fā)揮土質(zhì)耐水沖刷能力、節(jié)約工程費(fèi)用，體現(xiàn)綠色環(huán)保的設(shè)計理念，采用以下路基防護(hù)方案：

①結(jié)合項目區(qū)地處壟崗的地貌類型，填方高度4 m以內(nèi)，路面采用分散排水方式，邊坡采用植草防護(hù)；

②填方高度4~6 m路段，路面采用路側(cè)設(shè)混凝土攔水帶的集中排水方式，邊坡采用植草綠化；

③填方高度6 m以上路段，上部邊坡高度4 m范圍采用植草綠化，下部高度采用漿砌片石拱形骨架內(nèi)植草灌綠化；

④護(hù)坡道均采用與下部坡面一致的防護(hù)形式。

（2）路塹路段

路塹邊坡防護(hù)設(shè)計既要保證路基穩(wěn)定，又要體現(xiàn)綠色防護(hù)、貼近自然，降低工程費(fèi)用。結(jié)合土質(zhì)特點，尤其是中膨脹土淺層滑塌的特點，采用以下防護(hù)形式：

①石灰?guī)r坡面對于輕微風(fēng)化的坡面保持自然特色，可不進(jìn)行綠化，自然裸露即可。

②弱膨脹土。挖深4 m以內(nèi)時，坡面采用植草防護(hù)，挖深4 m以上路段，坡腳以上1.5 m高采用漿砌片石防護(hù)，加固坡腳；挖深6 m以上時，下部6 m高坡面采用漿砌片石拱形骨架內(nèi)植草灌防護(hù)，上部坡面仍采用植草綠化，變坡平臺采用漿砌片石護(hù)面。

③中膨脹土。挖深1 m以內(nèi)時，坡面采用植草防護(hù)；挖深1 m6 m時，碎落臺以上1.5 m采用M7.5漿砌片石護(hù)腳墻，墻體以上邊坡采用漿砌片石襯砌拱防護(hù)，在挖深H=6 m處設(shè)置邊坡平臺。若挖方深度大于6 m且小于7 m時，可不設(shè)邊坡平臺，也無需變坡，擋墻上方采用1∶1.5邊坡一坡到頂。設(shè)置截水溝路段需在截水溝內(nèi)側(cè)至坡頂5 m范圍設(shè)置20 cm粘土封層，減少雨水下滲。

2.4 膨脹土路基排水設(shè)計

路基排水設(shè)施的設(shè)置以排除路基、路面范圍內(nèi)的地表水和地下水，保證路基、路面的穩(wěn)定，防止路面積水影響行車安全為原則。根據(jù)公路等級、地形、地質(zhì)、氣象、橋涵位置等因素，合理布置排水設(shè)施，完善對進(jìn)出水口的處理，防止?jié)B漏、沖刷、水毀等現(xiàn)象，使各項排水設(shè)施銜接配合，確保排水通暢和養(yǎng)護(hù)工作量最小。

路基設(shè)計洪水頻率為100年一遇。路基排水設(shè)計流量計算按1/15洪水頻率進(jìn)行考慮，排水溝設(shè)計采用適應(yīng)于小面積流域及明渠流計算公式，其中小面積流域計算公式如下：

Q=16.67q·ψ·F式中: Q為設(shè)計流量；q為設(shè)計暴雨強(qiáng)度；ψ為徑流系數(shù)；F為流域匯水面積。

經(jīng)計算，該地區(qū)設(shè)計頻率降雨強(qiáng)度排水溝過水?dāng)嗝娣e為0.40~0.8 m2，根據(jù)沿線地形坡度和排水溝長度，設(shè)計排水溝斷面尺寸采用（0.6~0.8 m）×（0.6~0.8 m）的梯形斷面。

路堤段均采用梯形漿砌片石邊溝，邊溝底寬60 cm；路塹段均采用漿砌片石墻身+混凝土蓋板形式邊溝，邊溝凈寬為60 cm；邊溝凈深根據(jù)出水口間距而定，鑒于路塹段多為中等膨脹土，且可見地下水，在邊溝下側(cè)設(shè)置縱向排水盲溝，以穩(wěn)定路床含水量。凈深根據(jù)以下條件確定：

（1）當(dāng)邊溝出水口間距在100 m以內(nèi)時，邊溝凈深為50 cm；

（2）當(dāng)邊溝出水口間距在100~200 m時，邊溝凈深為60 cm；

（3）當(dāng)邊溝出水口間距在200~400 m時，邊溝凈深為70 cm；

（4）當(dāng)邊溝出水口間距在400 m以上時，邊溝凈深為80 cm。

3 結(jié)語

膨脹土是影響道路及其它構(gòu)造物建設(shè)的一種特殊土質(zhì)，膨脹土路段工程地質(zhì)條件較差，地基相對不穩(wěn)。路基設(shè)計應(yīng)以防水、保濕、防風(fēng)化為主，結(jié)合坡面防護(hù)，降低邊坡高度，防止路基沉降破壞及雨水沖刷侵蝕毀壞路基。膨脹土地區(qū)的公路路基處理應(yīng)根據(jù)各地區(qū)的實際情況，遵循安全、經(jīng)濟(jì)、可行、方便的原則。

［1］JTG G20—2011公路工程地質(zhì)勘查規(guī)范［S］.

［2］ 郭軍偉.膨脹土路基施工工藝及質(zhì)量控制［J］.華東科技（學(xué)術(shù)版），2013（7）：132.

［3］ 楊真子.基于強(qiáng)降雨的膨脹土邊坡穩(wěn)定性分析［J］.公路交通技術(shù)，2014（1）：24-28.

［4］陳茂軍，劉興柱，趙霞，膨脹工路基礎(chǔ)處理的實踐與探索［J］.科技信息，2007（29）：140.

［5］王小平.特殊地基處理技術(shù)在國道G318邛崍至名山高速公路中的應(yīng)用［J］.公路交通技術(shù)，2014（1）：15-18.