公路路基

摘要路基是采用土石方等筑路材料按路线设计规范构筑的带状承重结构,作为路面的基础载体,其核心功能是承受路面结构自重及行车荷载的传递作用。从工程实施角度,路基施工是将设计图纸转化为实体工程的关键建造过程,必须严格遵循设计文件和技术规范,以确保工程质量。作为公路工程的基础支撑体系,路基的稳定性直接决定路面使用性能——软弱路基会导致不均匀沉降,引发路面开裂、平整度下降等问题,进而影响行车安全性与舒适度,甚至威胁道路整体通行能力。

分类

根据填挖情况的不同,路基可分为路堤、路堑和填挖结合路基三种类型。路堤是指全部用岩、土(或其他填料)填筑而成的路基;路堑是指全部开挖形成的路基;天然地面横坡比较大,一侧开挖,另一侧填筑的路基,称为填挖结合路基,也称半堤半堑路基。

对于一级公路和高速公路,路基可分为整体式断面路基和分离式断面路基两类。对于路堤来讲,按填土高度不同,路基可划分为矮路基(小于1.5m)、高路基(大于18m)和一般路基(1.5~18m);按填料不同,可分为土质路基、石质路基和土石混合路基。路基在结构上又分为上路堤、下路堤和路床。上路堤是指路面底面以下0.8~1.5m的填方部分,下路堤是指上路堤以下的填方部分。路床是指路面底面以下0~0.8m的路基部分,并可分为上路床和下路床。

路堑按其开挖方式的不同可分为全挖式路基、台口式路基和半山洞式路基,按其材质不同又可分为土质路堑和石质路堑。

特点

公路路基是由土石方修筑而成的一种巨型的线性构造物,它与工业与民用建筑有很大不同,其具有如下特点。

(1)路基土石方工程量大,沿线分布不均匀。路基工程的工程量大小不仅与路基工程相关的设施(如路基排水、防护与加固等)相互制约,而且同公路工程的其他项目(如桥涵、隧道、路面及附属设施)密切相关。因此,路基施工在质量标准、技术操作、施工管理等方面具有特殊性,必须予以研究并不断改进。工程实践充分证明:在整个公路工程施工中,路基施工往往是施工组织管理的关键。

(2)路基工程施工质量的制约因素比较多。工程实践证明,路基工程的施工质量好坏,不仅与路基材料、施工机械、施工方法、施工工艺、管理水平等有关,而且与技术水平、自然条件、地区经济、地形、地质等相关。

(3)路基工程的项目繁多,如土方、石方及圬工砌体等,在施工方法与技术操作方面各具特点。路基工程主要包括路堤与路堑,基本操作主要是挖掘、运输和填筑,施工工序虽然比较简单,但施工条件多变、地质情况比较复杂,因而施工方法具有多样化,简单的工序中常常会遇到极为复杂的技术和管理方面的问题。

(4)路基施工很多是野外操作,经常会遇到自然条件差,运输道路不畅通,设备与施工队伍的供应和调度困难;路基工地战线长,工地分散,工作面狭窄,遇有特殊地质不良现象,使一般的技术问题变得复杂化,而复杂的技术问题,更是难以用常规的方法去解决。

(5)在路基施工中还存在着场地布置难、临时排水难、用土处置难、土基压实难、赔偿工作难、群众工作难等许多不利因素。路基的隐蔽工程较多,如果施工质量不符合国家施工规范的要求,会给路基和路面留下隐患,一旦产生病害,不仅损坏道路使用品质,妨碍交通及造成经济损失,而且往往后患无穷,难以根治。

因此,路基工程必须采用科学合理的施工方法,选择合适的填筑材料,选用先进的机械设备和施工技术,周密的施工组织与科学的管理,才能实现快速、高效、安全施工,才能有效地保证路基工程的施工质量。

组成

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。

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。

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。

施工

路基施工的特点

(1)土石方数量大,不同路段工程数量差别大:一般平原微丘区的二级公路,土石方数量为10000~22000m3/km,山岭重丘区更是数量巨大,不同路段的挖填方数量差别较大。

(2)材质差别大:不论是填方路段还是挖方路段,路基工程都是宜土则土、宜石则石。土路基本身也有不同土质类型,如粉性土、砂性土、黏性土、黄土,还有须加固处理的软土等。石质路基材质有可能是石灰岩、沉积岩、变质岩或火山岩,不论其风化程度如何,只要其强度满足要求,都可以用作路基填料。在同一道路的同一路段上,出现多种材质混合路基的可能性比较大。

(3)施工方法因地制宜:由于地形地貌、地质、水文、气象、现有交通等诸多条件的制约,施工方法遵循宜挖则挖、宜爆则爆的原则,多种多样,因地制宜。

(4)路基工程和桥梁、涵洞、防护工程、路面工程等在施工中相互干扰、相互影响,应认真组织,妥善安排。

(5)应注意环境和生态保护,防止取土、弃土和排水沟、边沟等影响农田水利和排灌系统。

荷载对路基的要求

(1)具有足够的整体稳定性。

(2)具有足够的强度,也就是抵抗变形的能力。

(3)具有足够的水温稳定性,即在最不利的水温条件下,路基的强度仍能满足设计和行车荷载的要求。

路基施工的基本要求

(1)路基工程施工应满足设计和使用要求,并把试验检测作为主要的监控手段来指导路基工程施工。

(2)路基施工宜移挖作填,即将路堑段的挖方用作路堤填筑段的填方,少占用土地并有利于环境保护,减少对自然景观的破坏,保持与地形地貌的协调。

(3)路基施工应严格按照规范要求来组织,特殊地区的路基施工采取相应的技术措施。

(4)石方挖方路基的施工,不宜采取大爆破的方法进行,必须使用时,需请有相应设计施工资质的单位做专门的设计,反复论证后,按大爆破的有关规定组织和实施。

路基施工的基本方法

路基施工的基本方法按技术特点大致分为人工施工、简易机械化施工、机械法施工、爆破法施工、水力机械法施工。

(1)人工施工

人工施工是采用手工工具,如小推车、扁担、铁锹,进行人工填筑、人工石夯夯实的施工方法。人工施工工效低、进度慢,古代和近代的道路基本使用这种方法施工。目前道路施工中,特别小的项目和施工机械无法进入的区域,如庭院人行小路、块石路面,也主要采取人工施工方法。

(2)简易机械化施工

简易机械化施工是以人工为主、简易机械为辅的施工方式,仅在碾压、整形等环节使用机械作业。20世纪80年代以前,由于缺乏机械,我国道路施工和河道清淤多采取这种施工组织方式。

(3)机械法施工

机械法施工是使用配套机械(个别工序辅以人工)相互协调,共同进行主要工序施工的综合机械化施工方法,目前高等级公路的施工都采用这种方法。

(4)爆破法施工

爆破法施工主要适用于石质路堑和隧道施工。

(5)水力机械法施工

水力机械法施工使用水泵、水枪等水力机械喷射强力水流,冲散土层并流至指定地点沉积。这种方法对电力和水源要求高,且沉积时间长,难以控制工程质量,目前在公路施工中很少使用。

(6)路基填方试验路段

对于一级以上公路,或使用新材料、新技术、新工艺、新设备的施工路段,施工单位在正式施工之前,应先铺筑一定长度的试验路段,试验路段的施工方法与正式施工相同。铺筑试验路段的目的:确定填方施工的松铺厚度,验证最佳含水量范围,确定碾压组合形式,确定最佳的机械配套和施工组织方案。路段试验应对所有的试验环节做好记录,包括压实设备的类型,碾压组合方式,碾压速度和碾压遍数,含水量的大小及均匀程度,有无出现翻浆及翻浆的处理办法,填料的松铺厚度及压实厚度,最后实测的压实度等。试验结果作为以后该种填筑材料施工控制的重要依据。

施工期间的防水与排水

(1)在路基工程施工期间,为防止工程或附近农田、建筑物及其他设施受冲刷淤积,应修建临时排水设施,以保持施工场地处于良好的排水状态。

(2)临时性排水设施应与永久性排水设施相结合。施工场地流水不得排入农田、耕地或污染自然水源,也不应引起淤积、阻塞和冲刷。

(3)施工时,不论挖方或填方,均应做到各施工层表面不积水。因此,各施工层应随时保持一定的泄水横坡或设置纵向排水通道。挖方路基顶面或填方基底含水量过大时,应采取措施降低其含水量。

(4)临时排水设施及排水方案应报请监理检查验收。

填料

路基填筑工程量巨大,路基填料的选择一般遵循因地制宜的原则,宜土则土,宜石则石。凡是具有规定强度且能被压实到规定密实度和能形成稳定路基的材料均为适用的填料。也就是说,不论是细粒土、粗粒土,还是爆破之后的岩石或工业废渣,只要符合一定的技术要求,均可以用作路基填料,但在路基填料的选择上还要注意以下几点。

(1)路基填方应优先考虑使用级配较好的砾类土、砂类土等粗集料作填料,填料的粒径应小于150mm。

(2)采用细粒土作填料最为符合规定。

(3)泥炭、淤泥、冻土、强膨胀土、有机土及易溶盐含量超过允许值的土,不得直接用于填筑路基。液限大于50%、塑性指数大于26的土,以及含水量超过规定的土,也不得直接用作路基填料。确需使用上述土或黄土填筑路基时,必须采取一定的改善措施,使其满足要求,并取得监理工程师批准。

(4)钢渣、粉煤灰等可用作路基填料,其他工业废渣使用前应进行有害物质的检测,以免对土地和水源造成污染。

(5)浸水路基应选用渗水性良好的材料填筑,如中等颗粒的砂砾、级配碎石等,不应直接采用粉质土填筑。如果必须采用细砂、粉砂等易液化的材料作填料,应采用防止震动液化的技术措施。

(6)桥梁台背路基应优先选用渗水性好的填料,在渗水材料缺乏的地区,可以使用石灰、水泥、粉煤灰等单独或综合处置的细粒土。

(7)填石路基的石块最大粒径应小于厚度的2/3,路床顶面50cm厚度内不得使用石块填筑。

设计规范

现行《公路路基设计规范》(JTG D30-2015) 是2015年人民交通出版社股份有限公司出版的国标规范,中交第二公路勘察设计研究院主编、中华人民共和国交通运输部第11号文件批准,于2015年2月15日发布、4月出版、5月1日起实施,原《公路路基设计规范》(JTG D30-2004)同步废止。

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