第二节 路基工程的组成、分类及构造

一、路基的基本要求

路基是公路工程的重要组成部分,它是按照线路位置和一定的技术要求修筑的带状构造物,既是路线的主体,又是路面的基础。路基的强度和稳定性是保证路面强度和稳定性的先决条件,强度和稳定性较高的路基,如岩质路基,可以适当降低路面结构层厚度,从而达到降低工程造价的目的。路基应满足下列基本要求。

1. 具有足够的整体稳定性

路基是在天然地面上填筑或开挖建成的。路基修建后,改变了原地面的天然平衡状态。当地质不良时,修建路基可能加剧原地面的不平衡状态,从而发生滑塌、沉陷等病害,造成路基损害。

2. 具有足够的强度

路基强度是指在行车荷载作用下路基抵抗变形的能力。为保证路基在外力及自重作用下不致产生超过允许范围的变形,要求路基应具有足够的强度。

3. 具有足够的水温稳定性

路基在地表水和地下水作用下,其强度将会显著降低。特别是在季节性冰冻地区,由于水温的变化,路基会发生周期性冻融作用,形成冻胀与翻浆,应采取措施确保路基在不利的水温状况下强度不致显著降低。这就要求路基应具有一定的水温稳定性。

二、路基工程的组成

路基工程作为单位工程,包括路基土石方工程、排水工程、防护支挡工程、防护工程、支挡工程等分部工程。

各分部工程所含的分项工程见表3. 2. 1。

公路路基主要由路基本体、排水设施、防护设施、加固工程、附属设施、特殊路基等构成,各部分主要特点如下。

1. 路基本体

路基是在天然地面表面按照路线位置和设计断面的要求填筑或开挖形成的岩土结构物。路基横断面一般有路堤、路堑、半填半挖路基3 种基本形式,如图3. 2. 1 所示。

路堤是高于原地面的填方路基,其作用是支承路面体。路堤在结构上分为上路堤和下路堤,上路堤是指路床以下0. 7m 厚度范围的填方部分,下路堤是指上路堤以下的填方部分。路面结构层以下0. 8m 或1. 2m 范围内的路基部分称为路床。

路堑是低于原地面、由开挖所形成的路基。挖方边坡坡度,应根据边坡高度、土石种类与性质(密实程度、风化程度等)、地表水情况及施工方法等因素综合分析确定。

半填半挖路基是一部分路基经过填筑而成,另一部分路基经过开挖形成的路基结构。

图3. 2. 1　路基基本形式

2. 排水设施

路基工程排水设施分为两类,分别是地表排水设施和地下排水设施。其中地表排水设施主要有路堑和路堤边沟、截水沟、急流槽、排水沟等类型。地下排水设施主要有盲沟、暗沟、渗沟、渗井、仰式排水斜孔等。其中常用的排水设施如下:

(1)边沟是在路基两侧设置的纵向水沟,用以汇集和排除路面、路肩及边坡的流水,如图3. 2. 2所示。

(2)截水沟(又称天沟)是设置在挖方路基边坡坡顶以外或山坡填方路基上侧适当位置的截水设施,用以汇集并排除路基边坡上侧的地表径流,如图3. 2. 3 所示。

图3. 2. 2　边沟示意图

图3. 2. 3　截水沟示意图

(3)排水沟的作用是将边沟、截水沟、取土坑、边坡和路基附近积水引排至桥涵或路基以外的洼地或天然河沟。

(4)暗沟是设置在地面以下用以引导水流的沟渠,它本身没有渗水或汇水作用,而是把路基范围以内的泉水或渗沟汇集的水流排除到路基范围以外,防止水在土中扩散危害路基。

(5)渗沟是一种常用的地下排水沟渠,用以降低地下水位或拦截地下水。渗沟按排水层的构造可分为填石渗沟、管式渗沟和洞式渗沟。它们的构造基本相同,底部为排水层,顶部设封闭层,排水层与沟壁之间设置反滤层。

(6)渗井是一种立式地下排水设施。当路基附近的地表水或浅层地下水无法排出,影响路基稳定时,可设置渗井,将地表水或地下水经渗井通过不透水层流入下层透水层中排出,以疏干路基。

3. 防护设施

根据防护的目的或重点不同,路基防护一般可分为坡面防护和冲刷防护两类。坡面防护主要是保护路基边坡坡面。冲刷防护可采用直接防护也可采用间接防护,或两种方式组合使用。

4. 加固工程

公路的修建改变了地层原来的受力状态,可导致公路边坡滑动,因此需要对边坡进行支挡和加固。常见的加固工程主要包括各种重力式挡土墙、加筋土挡土墙、锚杆(索)加固、抗滑桩及桩板墙等各种支挡结构。

5. 附属设施

同路基工程有关的附属设施,除排水及防护与加固工程外,还有护坡道、碎落台、堆料坪及错车道等。特殊地区的路基工程,相应还有一些特定的附属设施,例如多年冻土地区的保温护道和护脚、沙漠地区的阻沙障和聚风板、雪害地区的防雪林和防雪栅、泥石流路段的拦渣坝和停淤场,以及翻浆地区或盐渍土地段等地的保温防水隔离层。

6. 特殊路基

因修建公路路基工程,原有的自然平衡条件被打破(原有的自然条件不能满足修筑的条件要求、边坡过陡、地基承载力过低、地面下伏空洞等),所以出现各种各样的问题。因此,除要按一般路基标准、要求进行设计外,还要针对特殊问题进行研究,做出处理。特殊路基主要有:

(1)滑坡地段路基、崩塌与岩堆地段路基、泥石流地区路基。

(2)岩溶地区路基、采空区路基。

(3)湿黏土路基、软土地区路基、红黏土地区路基、膨胀土地区路基、黄土地区路基、盐渍土地区路基、风积沙及沙漠地区路基。

(4)季节性冻土地区路基、多年冻土地区路基、涎流冰地区路基、雪害地区路基。

(5)水库地区路基、滨海地区路基等。

三、路基标准横断面和车道

1. 路基标准横断面

各等级公路路基标准横断面构成如下:

(1)高速公路、一级公路的路基标准横断面分为整体式和分离式两类。整体式路基的标准横断面由车道、中间带(中央分隔带、左侧路缘带)、路肩(右侧硬路肩、土路肩)等部分组成。分离式路基的标准横断面由车道、路肩(右侧硬路肩、左侧硬路肩、土路肩)等部分组成。

(2)二级公路的路基标准横断面由车道、路肩(硬路肩、土路肩)等部分组成。

(3)三级公路、四级公路的路基标准横断面由车道、路肩等部分组成。

2. 车道

公路上的车道是供各种车辆行驶部分的总称。公路设计还可以根据需要增设变速车道、爬坡车道、避险车道、紧急停车带与错车道等。为保持公路服务水平在特定路段上增设的以上设施,使公路路基的横向(断面)宽度也随之增加。

1)变速车道

加速车道和减速车道统称为变速车道。加速车道是为了保证驶入干道的车辆在进入干道之前,能够安全加速以保证汇流所需的距离而设置的变速车道;减速车道是为了保证车辆驶出干道以安全进入低速车道所需的距离而设置的变速车道。图3. 2. 4 为减速车道的一种形式。变速车道还可应用在平面交叉口、互通式立体交叉、高速公路的服务区和公共汽车停靠站、管理与养护设施等与主线衔接的出入口处。由于各自的使用特点不同,其几何设计要求不尽相同。

图3. 2. 4　减速车道(尺寸单位:m)

2)爬坡车道

爬坡车道是指设置在上坡路段,供慢速上坡车辆行驶的专用车道。在连续陡坡路段,在原有车道外侧,为车速降低过多的载货车辆行驶而增设,用以维持一般车辆的正常车速,提高交通安全和通行能力。主要是在四车道高速公路、一级公路和双车道的二级公路连续上坡路段,当载货车辆上坡运行速度降到表3. 2. 2 的允许最低速度以下时,或上坡段的设计通行能力小于设计小时交通量时,或经设置爬坡车道和改善主线纵坡不设爬坡车道两者技术经济比较论证后,认为设置爬坡车道的效益费用比较高、行车安全性较优时,宜在上坡方向行车道右侧设置爬坡车道。

爬坡车道的宽度应为3. 5m,紧靠车道的外侧设置。可利用硬路肩宽度,爬坡车道外侧应设置路缘带和土路肩。高速公路、一级公路爬坡车道长度大于500m 时,应按照规定在其右侧设置紧急停车带。二级公路如需要保留原来供非汽车交通行驶的硬路肩时,可设置在爬坡车道的外侧。

3)避险车道

避险车道是指在长、陡下坡路段行车道外侧增设的供速度失控(制动失灵)车辆驶离正线安全减速的专用车道。避险车道主要由引道服务车道及辅助设施(路侧护栏、防撞设施、施救锚栓、呼救电话、照明)等组成。连续长、陡下坡路段,应结合交通安全性评价论证设置避险车道。避险车道应设置在长、陡下坡路段的右侧视距良好的适当位置,其宽度不应小于4. 5m。有条件时,宜在避险车道右侧平行设置救援车道。

4)紧急停车带

(1)高速公路和作为干线的一级公路的右侧硬路肩宽度小于2. 5m 时,应设紧急停车带。紧急停车带宽度应不小于3. 5m,有效长度不应小于40m,间距不宜大于500m,并应在其前后设置不短于70m 的过渡段。紧急停车带如图3. 2. 5 所示。

图3. 2. 5　紧急停车带示意图

(2)高速公路、一级公路的特大桥、特长隧道,根据需要可设置紧急停车带,其间距不宜大于750m。

(3)二级公路根据需要可设置紧急停车带,其间距宜按实际情况确定。

5)错车道

当四级公路采用单车道路基时,应在不大于300m 的距离内选择有利地点设置错车道,并使驾驶员能看到相邻两错车道之间的车辆。设错车道路段的公路宽度不应小于双车道的路基宽度,错车道的有效长度不应小于20m。为了便于错车车辆的驶入,在错车道的两端应设置不小于10m 的过渡段。错车道如图3. 2. 6 所示。

图3. 2. 6　错车道(尺寸单位:m)

6)平曲线加宽

车辆在小半径的圆曲线转弯时,前后轮具有不同的曲线轮迹。由于车体外廓是矩形刚体,导致部分车身横向移出车道;同时车辆一定转速下的前轴操纵使车身也存在一定的摆幅。为适应这种情况,当平曲线半径小于或等于250m 时,平曲线路段的行车道部分和路基都应给予加宽。平曲线加宽包括汽车转弯时需要的几何加宽和摆动加宽两部分,加宽值应根据公路功能、技术等级和实际交通组成确定。

四、挖方路基及填方路基

(一)挖方路基

挖方路基又称路堑,由天然地层构成。天然地层在长期的生成和演变过程中,一般具有复杂的地质结构。

1. 挖方路基典型断面

挖方路基是指路基设计高程低于地面高程,由土方和石方工程机械开挖形成的路基。路堑典型横断面如图3. 2. 7 所示。

图3. 2. 7　路堑

(1)直线形边坡断面适用于边坡为均质岩土,且路基开挖不深的路段。

(2)折线形边坡断面适用于上部分边坡为土质覆盖层,下部分边坡为岩石的路段。

(3)当路基挖方为软弱土质、易风化岩层时,需要采取挡土墙或护面墙等支挡措施的情况,确保坡面稳定。

(4)台阶形断面适用于边坡高度较大的路段。边坡平台设置2% ~4%向内侧倾斜的排水坡度,平台宽度不小于2m,平台排水沟可做成斜口形或矩形断面。

2. 路堑边坡

土、石质挖方边坡形式及坡率根据边坡工程地质与水文地质条件、边坡高度、排水防护措施、施工方法等,并结合自然稳定山坡、人工边坡的调查及力学分析后综合确定。

1)土质路堑边坡

土质路堑边坡的稳定性主要受土的成因及生成年代、土的类型、密实程度、地面和地下水发育状况、边坡高度等因素影响。一般情况下,当土质边坡地质条件较简单时,边坡高度不宜超过20m。当土质路堑边坡高度超过20m 时,以及为黄土、红黏土、高液限土、膨胀土等特殊土质的挖方边坡时,应特殊处理。

2)岩石路堑边坡

影响岩石路堑边坡稳定的因素有岩石性质、岩体结构、水的作用、风化作用、地震、地应力、地形地貌及人为因素等。当岩石路堑边坡高度超过30m 时,应按高边坡进行设计。

(二)填方路基

填方路基又称路堤,由挖方段的土石方或借方(包括远运利用),采用工程机械、自卸汽车运送并填筑压实而成的。

1. 填方路堤典型断面

填方路基由路床和路堤两部分组成。当填筑高度小于路基工作区深度时,称为低路堤;填筑高度大于路基工作区深度,但小于20m 时,称为一般路堤。填方路基应优先选用天然级配较好的砾类土、砂类土等粗粒土作为填料,填料最大粒径应小于150mm(填石路基和土石混填路基除外)。公路受沿线地形、地貌的影响,填方路段横断面形式很多,除一般路基以外,常见的还有浸水路堤、挡土墙路堤、护肩路堤、护脚路堤等,如图3. 2. 8 所示。

图3. 2. 8　路堤

2. 土石分类

为安排施工及土石方工程计价,公路工程一般按土石开挖难易程度进行土石分级。现行《公路工程预算定额》(JTG/ T 3832)采用六级分类,一般土木工程采用十六级分类。公路工程定额土石分类与十六级分类对应关系见表3. 2. 3。

公路工程定额分类及十六级分类“开挖难易程度”的开挖方法是针对常规人力施工及爆破作业而言。随着我国公路工程机械化施工水平的提高,开挖难易程度的概念也随之发生变化。交通运输部发布的《公路工程标准施工招标文件》(2018 年版)对土石划分的规定为:“在公路路基土石挖方中如用不小于112. 5kW 推土机单齿松动器无法松动,须用爆破或用钢楔大锤或用气钻方法开挖的,以及体积大于或等于1m ³ 的孤石为石方,余为土方。”

五、排水工程

(一)基本要求

水是危害公路的主要自然因素。路基沉陷、冲刷、坍塌、翻浆,沥青路面松散、剥落、龟裂,水泥混凝土路面唧泥、错台、断裂等病害,均不同程度地与地表水和地下水的侵蚀有关。

路基排水系统的设置,是采用适当的排水设施,将可能危害路基稳定的地表水和地下水迅速排出路基范围之外,应注意与农灌沟渠的关系,防止冲毁农田或其他农田水利设施。排水构造如图3. 2. 9 所示。

图3. 2. 9　排水构造

路基排水分地表排水和地下排水两大类。排除地表水一般可采用边沟、截水沟、排水沟、跌水、急流槽及拦水带等设施,排除地下水一般可采用明沟、暗沟、渗沟等设施。

(二)地表排水设施

1. 边沟

边沟设置于路基挖方地段和高度小于边沟深度的填方地段。边沟排水应引入桥、涵或路基以外的沟谷,其结合部应妥善设计,以使边沟水流顺畅排走,如图3. 2. 10a)所示。

2. 截水沟及排水沟

当路基挖方上侧山坡汇水面积较大时,应在挖方坡顶5m 以外设置截水沟。图3. 2. 10b)所示为边沟与排水沟相接位置。

图3. 2. 10　梯形边沟

边沟、截水沟、取土坑或路基附近的积水,均可采用排水沟排至桥涵或路基以外的洼地或天然河沟。排水沟距路基坡脚不宜小于2m。高速公路取土场边缘与路基的距离原则上应不小于30m。

截水沟长度一般不宜超过500m,超过500m 时应设置出水口将水引入河沟,平、纵转角处应设曲线连接,沟底纵坡应不小于0. 3%。当流速大于土壤允许冲刷的流速时,应对沟面采取加固措施或设法减小沟底纵坡。

3. 跌水与急流槽

跌水与急流槽设置于水沟通过陡坡的地段,一般采用砌石或混凝土结构,出水口应注意防止冲刷,一般应设置跌水井等消能设施。图3. 2. 11 为急流槽。

图3. 2. 11　急流槽

4. 蒸发池

在气候干燥且排水困难地段,可设置蒸发池。取土坑作蒸发池时,与路基边沟距离不应小于5m,面积较大的蒸发池与路基边沟距离应不小于20m。高速公路蒸发池距离路基原则上应不小于30m,且必须设置梳形盖板。

5. 油水分离池

污水进入油水分离池前应先通过隔栅和沉沙池处理,且不得污染当地生态环境。

(三)地下排水设施

1. 明沟、暗沟、排水槽、暗管

当地下水位高、潜水层埋藏不深时,可采用明沟或排水槽,截流地下水或降低地下水位,明沟或排水槽必须深入潜水层。

排除泉水或地下集中水流可采用暗沟(图3. 2. 12)或暗管。高等级公路的中央分隔带也需要采用纵向、横向的暗沟及暗管将集水排出路基之外。

图3. 2. 12　暗沟布置及构造(尺寸单位:cm)

2. 渗沟、渗井

为降低地下水或拦截地下含水层中的水流,可设置渗沟。渗沟是常见的地下排水沟渠,可视地下水流情况纵、横向设置,如图3. 2. 13 ~ 图3. 2. 15 所示。

图3. 2. 13　设在边沟下的渗沟

图3. 2. 14　拦截山坡储水层流向路基的渗沟

图3. 2. 15　拦截路堑层间水的渗沟

渗沟与暗沟在构造上差异不大,但其作用则大不相同。渗沟按排水层的构造形式,可分为填石渗沟、管式渗沟及洞式渗沟三类,如图3. 2. 16 所示。填石渗沟一般设置在流量不大、渗沟长度不长的地段,排水层采用粒径较大的碎石、砾石填充。渗井构造如图3. 2. 17 所示。

图3. 2. 16　渗沟构造(尺寸单位:cm)

1-黏土夯实;2-双层反铺草皮;3-粗砂;4-石屑;5-碎石;6-浆砌片石沟洞;7-混凝土预制管

图3. 2. 17　渗井构造

3. 隔离层

当地下水位高,路线纵面设计难以满足最小填土高度时,可在路基内设置隔离层。隔离层由透水材料或不透水材料筑成。隔离层应设在最高地下水位之上,同时应高出边沟水位0. 2m;隔离层至路基边缘的高度视公路等级而定,一般为0. 45 ~0. 70m。

六、防护与加固工程

公路路基在水流、波浪、雨水、风力及冰冻等自然因素影响下,可能导致边坡坍塌、路基损坏等病害。

路基防护与加固工程,按其作用不同,可分为坡面防护、沿河路基防护和路基支挡与加固工程等。一般把防止冲刷和风化,主要起隔离作用的措施称为防护工程;把防止路基或山体因重力作用而坍滑,主要起支承作用的支挡结构物称为加固工程。

(一)坡面防护

坡面防护主要用于防护易于冲蚀的土质边坡和易于风化的岩石边坡,应根据边坡的土质、岩性、水文地质条件、坡度、高度及当地材料,采取相应防护措施。坡面防护包括植物防护和工程防护。防护工程应按照“安全稳定、植物防护为主、圬工防护为辅”的原则实施。

1. 植物防护

植物防护是一种施工简单、费用经济、环保景观效果较好的坡面防护措施,常用的植物防护包括植草、铺草皮、种植灌木、喷混植生等。当植物防护的坡面有可能产生冲刷时,还应设置浆砌片石或混凝土骨架。植物防护如图3. 2. 18 所示。

图3. 2. 18　植物防护

2. 工程防护

1)坡面处治

常用的坡面处治包括坡面喷护或挂网喷射混凝土等,如图3. 2. 19 所示。由于景观效果差,对于高速公路、一级公路或景观要求高的公路,不宜使用坡面处治。黄土高边坡应按“多台阶、陡边坡、宽平台、固坡脚”的原则进行防护;膨胀土高边坡应按“缓边坡、宽平台、固坡脚”的原则进行防护,其综合坡率应满足稳定性要求。

图3. 2. 19　坡面处治

2)护坡及护面墙

常用的护坡包括浆砌护坡或干砌片石护坡,一般用于不陡于1 ∶ 1 的土质和岩石边坡。

护面墙是一种浆砌片(块)石的坡面覆盖层,适用于防护易风化或风化严重的软质岩石或较破碎岩石的挖方边坡以及坡面易受侵蚀的土质边坡。护面墙除自重外不承受墙后的侧压力,故被防护的挖方边坡不宜陡于1 ∶ 0. 5,并应符合极限稳定边坡的要求。护面墙如图3. 2. 20所示。为增加护面墙的稳定性,可分台阶设置,如图3. 2. 21 所示。

图3. 2. 20　拱形护面墙

图3. 2. 21　护面墙的平台与错台

(二)沿河路基防护

沿河路基直接承受水流冲刷,为了保证路基稳定坚固,必须采取措施防止冲刷。冲刷防护有两种类型:一种是直接防护,以加固岸坡为主;另一种是间接防护,以改变水流方向、降低流速、减少冲刷为主。各种冲刷防护工程均应加强基础处理,一般应将基础埋置于冲刷深度以下或置于基岩上。

1. 直接防护措施

路基边坡及河岸冲刷防护主要类型见表3. 2. 4。

表3. 2. 4 中植物防护及石砌护坡的基本情况同前述坡面防护。石笼防护使用范围比较广泛,可用于防护河岸或路基边坡,同时也是加陡边坡、减少路基占地宽度及加固河床、防止淘刷的常用措施。石笼可做成多种形式,常见的为箱形、扁长形及圆柱形等。

抛石防护主要用于受水流冲刷的边坡和坡脚,以及挡土墙、护坡的基础等。抛石的石料尺寸应视水深、流速和波浪情况确定。抛石防护的横剖面如图3. 2. 22 所示。

图3. 2. 22　抛石防护(尺寸单位:m)

2. 间接防护措施(导流构造物)

为调节水流流速及方向,防护路基免受水流冲刷,可设置导流构造物。设置顺坝、丁坝等导流构造物时应注意坝身、坝头、坝根及坝基的冲刷。丁坝也称挑水坝,是指坝根与岸滩相接,坝头伸向河槽,坝身与水流方向呈某一角度能将水流挑离河岸的结构物。顺坝为坝根与岸滩相接,坝身大致与堤岸平行的结构物。它适用于河床断面较窄、基础地质条件较差的河岸或沿河路基防护,可调整流水曲线和改善流态。

(三)路基支挡与加固工程

路基支挡与加固工程是用来支挡路基本身或加固路基边坡,防止路基变形,保证路基稳定的工程措施。常用的支挡类型有各类挡土墙、护肩及护脚,以及砌石、垒石、填石、石垛(一般就地取材,用低等级或没有等级的公路)等具有支挡侧压力作用的构造物。边坡锚固是将受拉构件埋入地层中,以提高边坡稳定性的一种技术,常用的锚固包括预应力锚固和非预应力锚固。

1. 普通重力式挡土墙

普通重力式挡土墙依靠墙身自重支承土压力,一般多采用片块石砌筑,在缺乏石料地区有时也用混凝土修建。

重力式挡土墙应有排水设施,以疏干墙后土体,避免墙后积水形成静水压力,减少寒冷地区回填土的冻胀压力,消除黏性土填料浸水后的膨胀压力,如图3. 2. 23 所示。

图3. 2. 23　墙背排水设施

为避免地基不均匀沉陷引起墙体开裂,应在地质条件变化处设置沉降缝;为防止圬工硬化收缩及温度变化产生裂缝,应设置伸缩缝。沉降缝和伸缩缝可合并设置,一般沿墙长每10 ~15m 设置一道。

2. 衡重式挡土墙

衡重式挡土墙利用衡重台上的填料和全墙重心后移增加墙身稳定,减小墙体断面尺寸。衡重式挡土墙墙面坡度较陡,下墙墙背又为仰斜,故可降低墙高,减少基础开挖工程量,避免过多扰动山体的稳定。

3. 加筋土挡土墙

加筋土挡土墙(图3. 2. 24)是由面板、筋带和填料三部分组成的复合结构,依靠填料与筋带的摩擦力来平衡面板所承受的水平土压力,即保持加筋土挡土墙的内部稳定,并以这一复合结构去抵抗筋带后部一般填料所产生的土压力,即起支挡作用,获得加筋土挡土墙的外部稳定。

图3. 2. 24　加筋土挡土墙

4. 锚杆挡土墙

锚杆挡土墙是由钢筋混凝土墙面和锚杆组成的支挡构造物,依靠锚固在稳定地层的锚杆所提供的拉力维持挡土墙平衡,多用于具有较完整岩石地段的路堑边坡支挡。

5. 锚定板挡土墙

锚定板挡土墙是一种适用于填方的轻型支挡结构物,由墙面系、钢拉杆、锚定板组成,依靠埋置于填料中的锚定板所提供的抗拔力维持挡土墙的稳定,主要特点是结构轻、柔性大。

6. 钢筋混凝土悬臂式与扶壁式挡土墙

钢筋混凝土悬臂式、扶壁式挡土墙依靠墙自重和底板上填料及车辆荷载维持挡墙稳定,也是一种轻型支挡结构物,适用于石料缺乏及地基承载力较低的填方地段。

悬臂式挡土墙墙高一般不大于5m,当墙高大于5m 时,宜采用扶臂式挡土墙,扶臂式挡土墙墙高一般不超过15m。

7. 桩板式挡土墙

桩板式挡土墙属钢筋混凝土结构,由桩及桩间挡板组成,适用于土压力大、墙高超过一般挡土墙限制的情况,地基强度的不足可由桩的埋深补偿。桩板式挡土墙应用范围较广,可作为一般路肩、路堤和路堑挡土墙使用,也可用于滑坡等特殊路段的处理。

8. 护肩及护脚

1)护肩

护肩如图3. 2. 25 所示。

2)护脚

陡山坡上的半挖半填路基,填方边坡不易填筑时,可采用护脚收坡,如图3. 2. 26 所示。

图3. 2. 25　护肩

图3. 2. 26　护脚

护肩和护脚一般设置于石方路段或距生产石料地点较近处。分析工程造价时,可应用砌石挡土墙定额区分干砌、浆砌,并分别计价。计价时,应特别分析其所用石料与一般构造物所用石料价格构成的因素差异(如只需检清、不需开炸、运距较近等),进行区别对待。

9. 边坡锚固

常用的边坡锚固措施包括预应力锚杆(索)和非预应力锚杆。锚杆杆体材料包括高强度、低松弛的预应力钢丝、钢绞线、精轧螺纹钢筋或普通螺纹钢筋等。预应力锚杆由锚头、自由段和锚固段组成,非预应力锚杆一般采用全长黏结型锚杆。边坡浅层锚固、松动岩块的锚固以及设计锚固力较小的边坡,一般采用非预应力锚杆。而对于边坡的深层锚固、需要严格控制变形的边坡以及设计锚固力较大的边坡,多采用预应力锚杆。锚杆多与地梁(格子梁)或单锚墩结合使用,并将其作为锚固的传力结构。

(四)改移河道

为防止沿河路基被冲毁、原河道被路基侵占,或影响路基防护工程,有条件时可采取改移河道措施。

七、特殊路基处理

(一)滑坡地段路基

1. 滑坡地段路基设计的基本原则

(1)对于规模大、性质复杂、处治难度和费用大的滑坡,路线宜采取绕避措施。路线难以绕避滑坡或潜在滑坡区时,应根据滑坡或潜在滑坡区地形地质条件,合理布设线位和确定路基设计高度。

(2)路线通过滑坡前缘时,宜采用路堤方案;路线通过滑坡后部时,宜采用路堑方案。

(3)滑坡防治应根据滑坡区地形地质条件,滑坡性质、成因、规模、稳定状况及对公路的危害程度,分析滑坡的发生条件、发展趋势及主要诱发因素,确定滑坡防治技术对策与工程措施。

(4)滑坡整治,原则上应一次根治,不留后患。对于规模大、性质复杂、变形缓慢且短期内难以查明其性质的滑坡,可全面规划、分期治理。分期治理时,应保证各种因素的变化过程不影响公路运营的安全性。

(5)路线以路堤通过滑坡前缘时,路堤应采用砂砾、碎石等透水性好的材料填筑。当透水性材料缺乏时,路堤底部应做好排水措施。路线以路堑通过滑坡后部时,路堑宜采用台口式路基断面。

(6)桥址位于松散破碎岩土体、顺层边坡或潜在滑坡时,应充分考虑桥台(墩)基础开挖、弃渣、施工用水和环境因素变化等对坡体稳定性的影响,进行斜坡稳定性评价,因地制宜,采取排水、支挡加固后,方可开挖基坑。

2. 滑坡防治设计

滑坡防治设计应根据滑坡稳定性评价结果和保护对象要求,结合各种措施的适用条件,进行多方案的技术经济比选。因地制宜地采取截排水、削方减载、填土反压与支挡加固相结合的综合防治措施。

1)排水措施

滑坡排水包括地表排水和地下排水。地表排水主要是拦截滑体外的地表水和排除滑坡体内的地表水,排水设施包括截水沟和排水沟。地下排水设施包括渗沟、暗沟、仰斜式排水孔和排水隧洞等。

2)减载与反压措施

削方减载是通过清除滑坡后缘部分滑体,减小滑体自重的方式来增加滑坡稳定性;反压在滑坡坡脚的土体,必须设置在抗滑地段,且反压填土不能堵塞地下水渗水通道。

3)支挡加固措施

根据滑坡性质和规模,常用的支挡加固措施包括重力式抗滑挡墙、抗滑桩(含预应力锚索抗滑桩)、预应力锚固等。

重力式抗滑挡墙可用于滑坡规模小、厚度薄、推力小的滑坡治理工程,一般设置在滑坡前缘,必要时可与排水、减载、锚固等联合使用。挡墙基础应埋置在滑动面以下的稳定地层中,且挡墙基坑开挖不应引起滑坡复活。重力式抗滑挡墙材料多采用片石混凝土或素混凝土。

抗滑桩可用于各种类型滑坡防治。根据滑坡特点和工程需要,可采用埋入式抗滑桩、悬臂式抗滑桩和预应力锚索抗滑桩。抗滑桩宜布置在滑体厚度薄、推力小、锚固段地基强度高的地段。桩长不宜大于35m,对于滑体厚度大于25m 的滑坡,应充分考虑抗滑桩阻滑的可行性。

预应力锚杆(索)的锚固段必须置于滑面以下稳定地层中。预应力锚杆(索)的承压结构应根据滑坡岩土体性质和承载力确定,多采用钢筋混凝土框架或地梁。

(二)崩塌地段路基

对可能发生的大规模崩塌或大范围危岩,路线应采取绕避措施。对中小型崩塌和危岩体,当绕避困难或不经济时,路基设计应避免高填、深挖并远离崩塌堆积区。

根据危岩崩塌体的范围、规模、稳定状态、与公路的位置关系等,可采取下列清除、遮蔽、拦截、加固等措施:

(1)清除坡面危石。

(2)修筑明洞、棚洞等遮挡建筑物。

(3)坡面加固。如坡面喷浆、抹面、砌石铺盖等以防止软弱岩层进一步风化;灌浆、勾缝、镶嵌、锚栓以恢复和增强岩体的完整性。

(4)危岩支顶。如用石砌或用混凝土做支垛、护壁、支柱、支墩、支墙等,以增加斜坡的稳定性。

(5)拦截防御。如修筑落石平台、落石网、落石槽、拦石堤、拦石墙等。

(6)调整水流。如修筑截水沟、堵塞裂隙、封底加固附近的灌溉引水、排水沟渠等,防止水流大量渗入岩体而恶化斜坡的稳定性。

(三)泥石流地段路基

路线应绕避大型泥石流、泥石流群及淤积严重的泥石流沟,并远离泥石流堵塞严重的河岸。当无法绕避中小型泥石流时,应选择合理的路线位置和路基断面形式及综合防治措施。

泥石流防治设计应根据泥石流形成条件、类型、流动特点及活动规律,做好总体规划,采取恢复植被、排导、拦截和坡面防护等综合治理措施。

1. 水土保持

包括封山育林、植树造林、平整山坡、修筑梯田、修筑排水系统及支挡工程等措施。

2. 跨越

根据具体情况,可以采用桥梁、涵洞、明洞及隧道、渡槽等方式跨越泥石流。采用桥梁跨越泥石流时,既要考虑淤积问题,也要考虑冲刷问题。确定桥梁孔径时,除考虑设计流量外,还应考虑泥石流的阵流特性,应有足够的净空和跨径,保证泥石流能顺利通过。桥位应选在沟道顺直、沟床稳定处,并应尽量与沟床正交。不应把桥位设在沟床纵坡由陡变缓的变坡点附近。

3. 排导

采用排导沟、急流槽、导流堤等措施使泥石流顺利排走,以防止掩埋道路、堵塞桥涵。泥石流排导沟是常用的一种建筑物,设计排导沟时应考虑泥石流的类型和特征。为减小沟道冲淤,防止决堤漫溢,排导沟应尽可能按直线布设,必须转弯时,应有足够大的弯道半径。排导沟纵坡宜一坡到底,如必须变坡时,应从上往下逐渐变陡。排导沟的出口处最好能与地面有一定的高差,同时必须有足够的堆淤场地,最好能与大河直接衔接。

4. 滞流与拦截

滞流措施是在泥石流沟中修筑一系列低矮的拦挡坝。其作用是:拦蓄部分泥沙石块,减弱泥石流的规模;固定泥石流沟床,防止沟床下切和谷坡坍塌;减缓沟床纵坡,降低流速。拦截措施是修建拦渣坝或停淤场,将泥石流中的固体物质全部拦淤,只许余水过坝。

(四)岩溶地区路基

岩溶地区路基设计,应遵循以下原则:

(1)路线应绕避大型、复杂的岩溶发育地区。绕避困难时,路基工程应选择在岩溶发育范围小、易于处理的地段通过。

(2)由于暗河多平行于岩层构造线发育,所以路线方向不宜与岩层构造线方向平行,而应与之斜交或垂直通过。

(3)路线应尽量避开河流附近或较大断层破碎带,不能绕避时,宜垂直或斜交通过,以免由于岩溶发育或岩溶水丰富而威胁路基的稳定。

(4)路线应尽可能避开可溶岩与非可溶岩或金属矿床的接触带,这些地带往往岩溶发育强烈,甚至岩溶泉成群出露。

(5)岩溶发育地区选线,应尽量在土层覆盖较厚的地段通过。覆盖土层一般能起到防止岩溶继续发展、增加溶洞顶板厚度和使上部荷载扩散的作用。但应注意覆盖土层内有无土洞的存在。

(6)位于岩溶地段路基,根据岩溶发育状况和路基填挖情况,可采取回填、跨越、注浆加固等措施。

(7)岩溶路基段应设置完善的排水措施。在岩溶水发育地段,路基填筑不应切断岩溶水的径流通道,不得造成阻水、滞水或农田缺水。

(五)软土地段路基

公路软土路基加固处理方法主要有浅层处理、排水固结、粒料桩、加固土桩、水泥粉煤灰碎石桩(CFG 桩)、刚性桩复合地基、强夯与强夯置换等。

(1)浅层处理法。软土路基浅层处理包括垫层法、换填法和抛石挤淤,适用于软土厚度薄(一般小于3. 0m),或软土局部零星分布时。垫层法常用的垫层材料包括碎石、砂砾、石屑、粉煤灰和灰土等。换填法指挖除软土,换填砂、砾、碎石、片石等透水性材料或强度较高的材料。

(2)排水固结法。排水固结法常与预压联合使用。通过排除土体或降低土中的地下水,降低孔隙水压力,提高土体有效应力,从而达到降低土体压缩性和提高土体强度的目的。常用的排水固结法包括砂垫层预压、袋装砂井或塑料排水板预压、真空预压或真空联合堆载预压等。预压期一般不小于6 个月。

(3)粒料桩法。粒料桩法可分为振冲法和沉管法。振冲粒料桩可用于加固十字板剪切强度大于15kPa 的地基土。沉管粒料桩可用于加固十字板剪切强度大于20kPa 的地基土。粒料桩可采用砂、砂砾、碎石等材料。

(4)加固土桩法。在软土地基内用生石灰等材料形成加固土桩,以降低土中的含水率,提高地基强度、减小沉降量。深层搅拌法可用于加固十字板剪切强度不小于10kPa 的地基土。采用粉喷桩法时,深度不宜超过12m;采用浆喷法时,深度不宜超过20m。

(5)CFG 桩法。CFG 桩可用于加固十字板剪切强度不小于20kPa 的地基土。CFG 桩粗集料可用碎石或砂砾,可掺入砂、石屑等细集料改善级配,粉煤灰宜采用Ⅱ级或Ⅲ级。

(6)刚性桩复合地基法。刚性桩可用于深厚软土地基上荷载较大、变形要求严格的高路堤段、桥头或涵洞与路基衔接段,以及拓宽路堤段。公路软土路基处理采用的刚性桩包括预应力混凝土薄壁管桩(PTC)、预应力高强混凝土管桩(PHC)、预制混凝土方桩等。目前应用较多的是预应力混凝土薄壁管桩。管桩为工厂预制,桩外径一般300 ~500mm,壁厚60 ~100mm,桩长标准化定制,现场可焊接接长。刚性桩桩顶宜设桩帽,并铺设柔性土工合成材料加筋体垫层。

(7)强夯与强夯置换法。强夯法适用于处理碎石土、低饱和度的粉土与黏土、杂填土和软土等地基;强夯置换法适用于处理高饱和度的粉土与软塑~ 流塑的软黏土和软黏土地基,处理深度不宜大于7m。强夯是通过夯锤自由落体产生的强大冲击波和动应力,达到密实地基土、提高土体强度的目的。夯锤质量一般为8 ~12t,自由落差8 ~20m(最高可达40m),强夯加固深度与夯锤动能有关。饱和粉土、夹有粉砂的饱和软黏土地基或在夯坑中回填片块石、砂砾石、卵石等粒料进行置换处理时,可采用强夯法处理。

(六)湿陷性黄土地段路基

湿陷性黄土地基,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的影响等,经技术经济比较后确定处理措施。常用的处理措施包括:换填垫层、冲击碾压、表面重夯、强夯、挤密法、桩基础等。

(七)膨胀土地段路基

膨胀土路堑边坡设计应遵循“缓坡率、宽平台、固坡脚”的原则,边坡应设置完善的排水系统,开挖后应及时封闭,对路堑路床范围应超挖换填符合规定的填料。

膨胀土路堤设计应根据路堤高度、膨胀土填料类型及其处治措施,做好路基结构的防渗、排水和控湿设计。零填路堤应采取换填措施。高度小于1. 5m 的路堤,填料采用非膨胀土或无机结合料稳定土。

强膨胀土稳定性差,不能作为路基填料;中~ 弱膨胀土应进行处理后方可用作路基填料。

(八)盐渍土地段路基

盐渍土地区路基设计应根据当地积盐条件、土质性状、地表水和地下水的现状,做好盐渍土路基处理、填料控制、路基结构、防排水措施的综合设计,保证路基强度和稳定性符合要求。

盐渍土地段路基处理应根据地基盐胀率和湿陷性等指标,采取换填砂砾、换填非盐胀土并提高路基高度、冲击压实、浸水预溶、地基置换、强夯、砾(碎)石桩、设置隔断层等措施。

盐渍土地段路基应充分重视排水,保持排水通畅,使路基两侧无积水。积水无法避免时,应采取隔水、防渗措施。