浅谈志丹至南梁公路改建工程路基设计

浅谈志丹至南梁公路改建工程路基设计摘要：路基拓宽改建及平面线形改善后，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设计。路基必须具有足够的整体稳定性、强度和水稳定性，因此应由内因全外因分析路基病害形成的内在联系，有针对性地采取永久措施与临时措施相结合的原则进行路基设计。关键词：路基拓宽；整体稳定性；水稳定性一、项目概况志丹至南梁红色旅游公路项目所在地位于延安市志丹县境内，属陕北黄土高原丘陵沟壑区。既有路基宽7.5m，道路等级为三级公路，2003年由砂石路改建而成。现改造为二级公路，为山岭重丘沿河道路。志丹县属温带大陆性季风气候，四季分明，日照充足，昼夜温差大，平均无霜期142天。多年平均气温7.8°C，极端最高气温38.3^，最低气温-28.5°C；多年平均降水量520毫米，年平均蒸发量1980毫米，降雨多集中在7、8、9三个月，占全年降水量的63%以上，具有汛期雨水量大而集中、冬季降水量小的特点，其它季节干旱缺水。季节性冻土，一般11月下旬开始冻结，次年4月初开始解冻，标准冻深0.90m。2013年7月7日至13日，陕北地区出现自2002年以来范围最大、雨势最强、持续时间最长的强降雨天气，志丹县全县平均降雨量达到376.2毫米。地形地貌为典型的河谷型黄土高原，黄土幔覆于起伏不平的基岩顶面之上，并承袭了下伏基岩的古地形，在较稳定抬升的新构造运动影响下，黄土经流水长期侵蚀下切，形成了梁峁起伏、河谷深切的地形、地貌。工程区域的地层主要为新生界第四系松散地层和后中生界白垩系泥质砂岩为主，简述如下：(1)第四系全新统冲洪积层(Q4ai相)分布于本路线段的纸坊沟及前牛沟河谷的地表，岩性以褐黄色黄土状粉土及砾石为主。砾石一般粒径2〜10cm，充填粘性土，稍松〜中密，亚圆形，成分以砂岩为主，强〜弱风化，厚度较小，一般为数米。局部分布可塑〜软塑的粉土，主要分布在河床两侧及河漫滩表层。(2)更新统风积层及冲洪积层(Q3eol及Q1-2al+pl)分布于本路线段两侧的梁、峁，岩性以褐黄色黄土为主，硬塑〜坚硬状态，含水量较小。在梁、峁的顶部厚度可达百余米，坡脚处厚度数十公分全数米不等。(3)白垩系泥质砂岩(K)在路线两侧及河谷中均有出露，一般为厚层〜巨厚层状，裂隙较发育，自上而下风化程度减弱，局部夹有薄层状泥岩。二、既有路基状况及成因分析由于既有路基暴露于空间，长期受自然因素的作用，岩土在不利水温条件作用下，物理、力学性质将发生变化。浸水后湿度增大，土的强度降低；岩性差的岩体，在水温变化条件下，加剧风化；路基表面在温差作用下形成胀缩循环，在湿差作用下形成十湿循环，可导致强度衰减和剥蚀；地表水流冲刷，地下水源浸入，使岩土表层失稳，易造成和加剧路基的水毁病害；沿河路堤在水流冲击、淘刷和浸蚀作用下，易遭破坏；湿软地基承载力不足，易导致路基沉陷。道路长期经受各种自然因素的影响，承受车辆荷载的重复作用，路基在使用过程中常产生各种病害。南梁改建公路的主要病害有：路基的沉陷、路基边坡的坍方、滑坡及翻浆等。1、路基沉陷K13+536〜K13+585路段路面沉陷40〜50cm，现场调查此路段为填挖交接与涵台路基结合部。原始冲沟狭长，涵洞修建于小里程方向半坡，填土为粉性黄土。沉陷成因分析：涵洞进口流水不畅，雨水下渗全路基底部原始冲沟，降低路基强度；其二，原始沟道狭长压实较难控制；其三、涵台及冲沟底部应采用透水性较好的砂性土或砂砾填筑，便于压实及降低路基毛细水作用，其四、填挖交接处土岩分层，无横向盲沟，泥砂岩为较好的隔水层，路基水下渗后沿岩层顶面进入填方路基。2、 翻浆K8+930〜K8+980路段，路面翻浆较为严重。现场调查，此路段纵坡较缓，土质边沟排水不畅。冬季雨雪消融时边沟水污染基层，使路基处于潮湿状态，水分不断地向上移动聚集，引起路基冰胀。春融时，路基湿软，强度急剧降低，加上行车的作用，路面发生弹簧、鼓包、冒浆、车辙。3、 黄土滑坡位于设计路线K20+700〜K20+910右侧黄土斜坡上，滑坡平面上呈“舌状”，主滑方向101°，滑坡宽度约160m，纵向长约170m，滑体平均厚度约15.0m，滑体体积约40.8X10^3，属中型滑坡，滑坡边界明显，滑坡后壁呈圈椅状，后壁坡度45度，植被稀疏，滑体由第四季全新统滑坡堆积土构成。根据现场调查，滑体上未发现裂缝等变形迹象，滑坡目前处于稳定状态。由于滑坡后部为圈椅状后壁，降雨后地表水的汇集至滑坡范围内，降低了滑坡的稳定性，同时经钻探揭露，位于滑坡中上部的钻孔11.0-15.0m深度处土体含水量较大，土质松散，表明该滑坡存在次级滑动的可能性；尤其在公路开挖滑体前缘时，在降雨等内外力共同作用下，易使该滑坡局部复活失稳。4、 崩塌位于设计路线K10+822〜K11+240南侧岩质斜坡上，崩塌所在岩质边坡坡角约80〜90°，坡向300°，具有高大的临空面，使破碎的岩石具有较大势能；坡体由厚层砂岩夹泥岩组成，岩体水平层理及垂直节理裂隙发育，坡体表面风化较严重；雨季失稳发生崩塌落石可能性较大，无防护。现呈基本稳定状态，雨季失稳发生崩塌落石可能性较大，对拟建线路危害程度较大。5、 滑塌位于设计路线K19+410〜K19+496右侧黄土斜坡上，岩质边坡滑塌，岩性以强风化砂岩为主，并夹多层泥岩，节理密度大且相互贯通，导水性较强，滑塌上部形状呈圈椅状，滑塌方向约103°，滑面坡度64°，坡体表层在降雨时软化而强度大幅度降低，在水温变化及在重力作用下延倾斜面产生滑塌，滑塌体物质组成为砂、泥岩块石及黄土，块石一般30〜50cm，最大5m。6、其他路基病害K9+580〜K9+600左侧沿河路堤在水流冲击、淘刷和浸蚀作用下，路基下缘已产生较大临空面。沿线拱涵顶面及半填半挖修筑路肩墙路段，路面网面、波浪。现场调查共性特征采用粉性土作为路基填料，涵洞前后无盲沟排水，路肩墙无泄水孔，毛细水作用较强。三、改建工程路基设计合理的路基设计，应在路基位置、横断面尺寸、岩土组成、新旧路基衔接、旧路病害的治理、有针对性的灾害预防设计等方面综合考虑。确保路基的整体稳定性、强度和水稳定性。路堤填筑的整体性设计路堤填筑的关键点在于填土与原地面呈结合状态。做好地基填筑面的处理，使两者结合紧密，避免路堤沿基底发生滑动，防止因草皮、树根腐烂而引起路堤沉陷，需视基底的土质、水文、坡度和植被情况及填筑高度采取相应的处理措施。对既有路堤加宽时，应清除坡面松散土、生活垃圾以及道路养护时的弃方。依据设计经验，填土路基原设计边坡1:1.5与1:1间土体较为疏松，填筑前应按1:1边坡坡比进行卸坡，当土路肩有落水洞时连同土路肩一起卸坡，然后开挖台阶分层填筑。一般路堤需要根据地形和土质条件作适当的处理。除了必须进行伐树除根，清除杂草垃圾及不稳定的石块以外，横坡较大时，还需要开挖台阶或凿毛（石质基底）。特殊土质，如软土、沙滩和有地下水上溢的地段，必须做进一步的稳定处理或换土。对于既有路面上填筑路基时，先铲除旧路面，填土高度小于50cm时，采用砂砾填筑；填土高度大于50cm按正常路堤填筑。路基强度设计其一、保证车辆荷载作用深度内（1.0-2.0m）强度统一或刚柔过渡。主要包括桥头（涵台）刚柔过渡设计、新旧路基搭接时刚柔过渡。针对填方桥头（涵台）处理，采用砂砾填料，以45。向上延伸至设计标高；挖方土质桥头（涵台），采用超挖50cm换填砂砾，处理长度不小于桥台（涵台）高度。另外、针对沟谷陡狭路基设计，压实机械作业空间较小，宜采用路基渣石填筑，渣石尺寸自下而上从大到小填筑，并满足路基填料相关规定。新旧路基搭接时，新加宽路基采用50cm砂砾进行路床处理。其二、保证基底足够强度，如软土（泥沼）、沙滩和有地下水上溢上填料有足够强度。本项目较为特殊的是，K13+700〜K14+010、K16+000〜k16+200路段，2008年修建水土保持堤坝，进行蓄水造田，该路段淤积深度为1〜3m，为二类泥沼，本段路基采用采用部分挖出后抛石挤淤设计，保证路基强度。路基水稳定设计对于翻浆路段修筑路基时，应根据填土高度采用不同措施。当填土高度大于0.8m时，可在该路段上撒铺适量的石灰，并用木棍或木榔头捣夯，使石灰能掺入路基土中，以形成灰土路，提高路基的水稳性；当填土高度小于0.8m时，采用挖出路面结构，换填砂砾层，以加强路基排水；当采用挖方通过此路段时，采用不小20cm砂砾处理路床，加强排水。填挖交接设置横向排水盲沟，保证路基内层间水及时排除路基范围；对于新建路基高度较低，降低毛细水作用，保证路基上部处于干燥或中湿状态，路床采用砂性土或砂砾处理。路基边坡设计本项目路基边坡以现场调查既有边坡状态为主要参照，以地质报告为基础，根据不同岩层、岩性划分坡率，以宽平台、陡坡率设计整体边坡角，减少坡面汇水面积。从既有道路运行情况看，全线边坡基本稳定，黄土滑坡、坍塌、崩塌路段以刷坡卸载为主，同时完善排水系统。黄土边坡按5〜6m分级，每级平台宽度不小于2.0m，每三级设置4.0m台。路基排水设计黄土地区路基设计应特别注意加强排水，采用拦截、分散的处理原则，设置防冲刷、防渗漏和有利于水土保持的综合排水设施，并妥善处理农田水利设施与路基的相互干扰。设计采用天沟、平台截水沟、边沟、排水沟等构成完整的排水系统，特别是对于滑坡、坍塌路段，通过排水系统阻止外围水进入，内部水及时排出。路基防护设计K19+410-K19+496右侧黄土斜坡上，岩质边坡滑塌，岩性以强风化砂岩为主，并夹多层泥岩，节理密度大且相互贯通，导水性较强。坡面开挖后采用砂浆抹面，主要是保护路基边坡表面免受雨水冲刷，减缓温差及湿度变化的影响，防止和延缓软弱岩土表面的风化、碎裂、剥蚀演变进程，从而保护路基边坡的整体稳定性。为了防止流水直接危害沿河路基，需设置间接防护设置导治结构物、改变水流方向，消除和减缓水流对堤岸直接破坏，同时减轻堤岸近旁淤积，彻底解除水流对局部堤岸的损害作用，起安全保护作用。导治结构物采用丁坝、顺坝或格坝等。四、结论一般公路的路基修建投资占公路总投资的25%〜45%，个别山区公路可达6