巫奉高速公路下姚湾高路堤设计探讨

第36卷，第2期公路工程Vo1．36，No．22011年4月HighwayEngineeringApr．，2011巫奉高速公路下姚湾高路堤设计探讨王可君，姜爱国，郑凤曲(中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉430056)【摘要]针对巫山至奉节高速公路A20标Yk49+810一Yk50+106下姚湾大桥改高路堤变更设计，高路堤从地形地貌和工程地质进行调查研究的基础上对高路堤进行稳定性分析计算，对高路堤填料及高路堤填筑进行了深入调查研究，并提出了增强高路堤稳定与减少路基沉降变形的综合处理措施。[关键词]高路堤；沉降变形；稳定分析[中图分类号]U416．1’2[文献标识码]B[文章编号]1674—0610(2011)02—0091—03StudyonDesignofHighFillEmbankmentofXiaYaowanalongWushan--FengjieExpresswayWANGKejan，JIANGAiguo，ZHENGFengqu(CCCCSecondHighwayConsultantsCo．Ltd．，Wuhan，Hubei430056，China)[Keywords]highfiuembankment；settlementanddeformation；stabilityanalysis国家重点公路杭州至兰州线重庆巫山至奉节段路堤范围内冲沟呈之字型弯曲，冲沟底较平缓、纵坡Yk49+810～Yk50+106下姚湾高路堤工点位于重不大，并且高路堤右侧坡脚大部分落在冲沟东侧反庆市奉节县草堂镇双潭乡桂兴村境内。原施工图设翘山坡上，仅在Yk50+100l临冲沟出口处(冲沟呈计以大桥的方式跨越一条近东西走向的V字形大之字型弯曲，冲沟底平缓)约10m坡脚没有落在冲冲沟，大桥夹在两个隧道之间。但在施工过程中已沟东侧反翘山坡。因此从地形地貌方面分析，高路在下姚湾大桥冲沟的上下游因堆弃两个隧道的洞碴堤整体稳定性较好。已形成两个大型弃土堆，废弃洞渣几乎已把整个大1．2高路堤稳定性分析(从工程地质方面)冲沟上下游填平，仅在下姚湾大桥处预留了个大坑，本工点处于巴务河向斜北翼，地层主要为三迭下雨时桥处大坑成了大水塘，因积水经常淹没桥墩系中统巴东组第一段(T2b1)页岩，岩层产状310。一基坑，弃碴场对桥梁施工存在较大的干扰，并且弃碴340。37。～76。，本高路堤处位于一背斜的左翼，背对桥梁受力造成不利影响，同时桥梁上部构造T梁斜轴向约115。，岩层倾向与山坡成逆向坡有利于本运输受控制性工程(双潭大桥)的影响，并且采用填高路堤的整体稳定。路基基底地表有0—5m厚不方路基可消耗掉隧道所堆积的大量洞碴弃方。因此等角砾土或碎石土，下伏强～弱风化页岩或泥灰岩，建设单位渝东公司委托设计单位研究下姚湾大桥改冲沟西侧陡峭山坡上裸露大片的强风化页岩夹泥灰为高路堤方案论证后进行变更设计。本高路堤中心岩。从工程地质方面分析，对高路堤底的残坡积层最大填土高度达56m，路基右侧最大填方达64m。适当清除换填等处治后，基底地质条件基本上满足若改为高路堤存在高路堤稳定性、路基沉降变形、路高路堤要求。基防冲毁和溪沟排洪等难题。1．3高路堤稳定性计算1．3．1计算剖面的确定1高路堤稳定分析选取一条沿冲沟方向的典型纵向剖面进行稳定1．1高路堤稳定性分析(从地形地貌方面)性分析计算，剖面图见图1。本高路堤斜跨近东西走向的“V”型冲沟(枫溪1．3．2计算参数的确定沟)内。路线与冲沟主方向大角度(65。)斜交，在高在室内试验的基础上，结合邻区经验类比与[收稿日期】2011—01—10[作者简介]王可君(1972一)，男，湖北崇阳人，高级工程师，从事公路勘察设计中路基路面、工程地质方面工作。 92公路工程36卷交点Zk49+870交点Zk49+880图1稳定性计算简图《建筑边坡技术规范》(GB50330—2002)4．5边坡力数，见表1。学参数中有关参数值的有关规定综合确定其计算参表1岩土体物理力学指标1．3．3计算工况的确定与排水沟内边缘设宽1．0m或2．0m的护坡道。考虑路基边坡区域可能遇到的各类情况，特别2．2高路堤填料是最危险的情况，由于区内基本地震烈度为6度，可2．2．1路基填料的来源、粒径、物质组成及密实性不考虑地震的影响，故综合确定以下计算工况：自据施工现场弃碴场情况统计，A19标和A20标重+暴雨。摩天岭隧道和双潭隧道两处隧道共废洞渣及便道场1．3．4路堤稳定安全系数地等共弃土石方89．5万m(天然方)，其中隧道弃根据《公路路基设计规范》(JGTD30—2004)表洞渣中灰岩碎石块占总量的约30％，页岩、泥质粉3．6．8路堤稳定安全系数规定，计算时安全系数分砂岩和泥灰岩碎石块占总量的35％，其它35％为石别为：渣、石粉、碎石土和含碎石质亚粘土。路堤的堤身稳定安全系数为1．35。2．2．2页岩、泥质粉砂岩和泥灰岩性质路堤和地基的整体稳定安全系数为1．40。①填料的溶蚀性。1．3．5稳定性计算及稳定性分析计算结果页岩有遇水膨涨，温度高低反复交替风化的特路堤的堤身稳定性、路堤和地基的整体稳定性性，即其抗风化的能力低，从而降低岩石的强度：泥宜采用简化Bishop法进行分析计算，滑弧位于地基质灰岩遇水后其间碳酸盐易溶解，被水带走后，岩石中时取地基土的内摩擦角，位于路堤中时取路堤土内形成新的溶隙、溶孔，破坏岩石的完整性，如遇水的‘内摩擦角，对潜在最危险滑面进行搜索并进行稳循环交替频繁则更易发生。故该高路堤的填料，未定性计算。来在地表水及地下水作用下，很可能形成新的溶隙、经过程序计算可得：K=1．549。计算结果表明溶孔，进而发展为空洞，影响填料的填筑质量，降低路基边坡在暴雨情况下整体仍处于稳定状态。填料的密实度，地表产生不均匀沉降，影响路基的稳定性。2高路堤设计②填料的软化性。2．1路基设计据室内试验对弱风化泥质灰岩及页岩的测试，填方路基边坡坡度是根据路基填料种类、边坡弱风化泥质灰岩的软化系数为0．70—0．74，属软化高度和基底工程地质条件，根据路基填土高度分段：的岩石，弱风化页岩的软化系数为0．68，属软化的自上而下，0—8m边坡坡率为1：1．5；8m处设2m岩石。平台，8—20m边坡坡率为1：1．75，20m处设2m2．2．3高路堤填料处理平台，20～40m边坡坡率为1：2．0～1：2．5，40m考虑到页岩、泥质粉砂岩和泥灰岩在渗水作用处设2ra平台，40m以下边坡坡率为1：2．5。坡脚下存在溶蚀性和软化性问题，因此本高路堤在路基 第2期王可君，等：巫奉高速公路下姚湾高路堤设计探讨93设计标高30m(路基中部30～45m)以下的路堤范路堤的稳定性和减少路基的不均匀沉降。因此填方围内要求填硬质灰岩隧道洞碴，石料分选摩天岭隧段原地面坡度陡于1：5时开挖反向台阶，台阶一般道洞碴中的硬质灰岩，要求石块强度不小于为2．0～3．0113宽，并设4％内倾横坡，陡坡路段台30MPa。分离路基间超填、路基侧回填和路基下游阶宽1．0mo坡脚反压护坡道部分路基填料可填筑清表的亚粘④高路堤填料。土、含碎石亚粘土或不适合路基填料要求的土。考虑到页岩、泥质粉砂岩和泥灰岩在冲沟渗水2．3高路堤填筑作用下存在溶蚀性和软化性问题，以及其填料因可高路堤各层路基填料及其碾压、夯实(自上而压缩性大从而加大了路基的沉降，因此本高路堤在下)要求如下：路基设计标高30m(路基中部30～45m)以下的路①路基设计标高以下0．82～1．62m层路床填堤范围内要求填硬质灰岩隧道洞碴，分选摩天岭隧筑碎石土或含碎石亚粘土分层碾压；道洞碴中的硬质灰岩，石块强度不小于30MPa，按②1．62～8．0m层填筑隧道洞碴或碎石土分填石路基要求进行填筑。层碾压；⑤冲击式压路机增强补压。③8m以下～填硬质灰岩顶面范围的路堤填冲击压路机以非圆形轮沿地面对土石材料进行筑强度不小于10MPa隧道洞碴并分层碾压、夯实；静压、搓揉、周期性冲击的连续作业，产生强烈的冲邻近右幅路基下方填方较高Yk50+070～Yk50+击波，向下具有地震波的传播特性。冲击式压路机100路段填筑强度不小于20MPa隧道洞碴；增强补压可加速高路堤的沉降变形、减少高路堤的④30m(路基中部30—45rn)以下填硬质灰岩不均匀沉降和工后沉降变形，提高路基整体强度与隧道洞碴，分选摩天岭隧道洞碴中的硬质灰岩，石块均匀性。本高路堤在距路基设计标高4m以下路堤强度不小于30MPa。填筑采用重型振动压路机分层碾压后，用冲击式压在距路基设计标高4m以下路堤填筑采用重型路机增强补压，每填高1．2In后冲击一次。振动压路机分层碾压后，用冲击式压路机增强补压，⑥格栅加筋。每填高1．2m后冲击一次。在稳定性及工后残余沉降均满足规范要求的前提下，为避免路堤不均匀沉降导致路面开裂，一般在3增强高路堤稳定与减少路基沉降变形的路面底面以下铺设三层钢塑格栅，高路堤根据需要处理措施在路堤中上部铺设3～9层钢丝格栅。①清除换填路基底覆土层和弃土。⑦拦挡墙。高路堤基底一定厚的残坡积碎石土，主要成分在Yk50+100右145m冲沟出口处(冲沟呈之为亚粘土、含碎石亚粘土和碎石土等，因残坡积和松字型弯曲，冲沟底平缓)设拦挡墙设计图，高填方坡散弃方可压缩性大，易导致高路基的不均匀沉降和脚拦挡墙原则上垂直于原冲沟方向布置。工后沉降量大。需根据路基填方高度全部或部分清4路基排水、防护除、换填隧道洞碴中的硬质灰岩。经综合考虑，对路基高大于20m地段原地表亚4．1路基排水粘土、含碎石亚粘土和碎石土全部清除后换填隧道①碎石盲沟。洞碴中的硬质灰岩石方；路基高小于20m地段原地在原冲沟底部设碎石排水盲沟，盲沟纵坡不小表亚粘土和含碎石亚粘土全部清除后换填隧道洞碴于1．5％，一般情况下原沟水通过盲沟直接引至路中的硬质灰岩或外借硬质灰岩石方。基下游，碎石盲沟外包裹反滤土工布。②反压护坡道。②隔水带。在路基下游坡脚及冲沟内设置反压护坡道，护为了防止上游冲沟水渗入高路堤(路基底盲沟坡道宽l2m，高10m；反压护坡道抬高路堤坡脚高除外)，在路基邻近左侧边坡处冲沟上游约5m宽程可降低填方路基相对高差，可增强高路堤的整体范围设隔水带，隔水带内填粘性土夯实，并在隔水带稳定性。下方采用复合土工膜封闭。③开挖反向台阶。③排水沟、边沟。路基基底在陡坡地段开挖反向台阶，可增强高(下转第123页) 第2期刘正刚，等：浅埋偏压小净距隧道施工过程数值模拟研究123严重。④随着隧道净距的减小，水平侧压力值普遍及斜坡坡度一定的情况下，随着净间距的减小，隧道有不同程度的降低，可能是由于净距减小时，隧道的的偏压程度增加；当埋深较大时，小净距偏压隧道外埋深也发生了变化，从而产生了应力场的重分布。侧应力分布特征类似于单洞应力分布特征，即形成了“承载拱”效应。4结论①应力分布情况与传统的分离式独立双洞隧[参考文献]道有较大差异，因此应加强中隔岩柱的横向约束，充[1]杨小礼，李亮，刘宝琛．偏压隧道结构稳定性评价的信息优化分析[J]．岩石力学与工程学报，2002，21(4)：13—15．分发挥其“自紧作用”，增加中隔岩柱的整体性，增[2]舒志乐，刘保县，李月．偏压小净距隧道围岩压力分析[J]．强其稳定性。地下空间与工程学报，2007，3，(3)：430—433．②围岩水平侧压力与所在点至地面的距离大[3]杨小礼、眭志荣．浅埋小净距偏压隧道施工工序的数值分析体上呈线性增长的关系，埋深越大，压力值越大，且[J]．中南大学学报，2007，38(4)：764—770．在围岩深处离隧道远处，其水平侧压力条带线基本[4]胡元芳．小线问距城市双线隧道围岩稳定性分析[J]．岩石力平行于地表斜坡坡面。学与工程学报，2002，21(9)：1335—1338．[5]潘洪科，杨林德，黄慷．隧道偏压效应与衬砌裂缝的研究③随着斜坡坡度的增加，隧道的偏压程度增[J]．岩石力学与工程学报，2005，24(18)：3311—3315．加；随着埋深的减小，隧道的偏压程度增加；在埋深(上接第93页)定，采取了清除换填路基底覆土层及弃土、坡脚设反填方路段坡脚护坡道外设置梯形排水沟排除路压护坡道、陡坡地段开挖反向台阶和拦挡墙等措施。面排水系统排出的流水及路基边坡流水；路堑路段本高路堤需解决的关健问题是高路堤沉降变形，为在土路肩外缘设置矩形边沟排除路面及挖方边坡流了减少路基沉降变形，采取了分层筛选路基填料、冲水；边沟水流原则上就近排入自然河沟(出口较陡击式压路机增强补压和格栅加筋等措施。目前本高处设置急流槽)。路堤已施工完毕近1a，从现场动态监控的数据表④改沟、涵洞。明：高路堤整体稳定，路基总沉降和差异沉降变形很在高路堤左侧冲沟上游设弃土场，以抬高原冲能小，历经2010年夏天的洪水考验，本高路堤完全沟沟底高程后顺接上游冲沟把冲沟水直接引入路基满足高速公路的要求。因此本高路堤无论从技术上中涵洞(采用箱涵)，通过涵洞把冲沟水引入下游冲还是从经济上都是可行的，值得类似工程借鉴。沟。4．2路基防护[参考文献]分离式路基间填方边坡采用喷播植草绿化；路c1]中交第二公路勘察设计研究院有限公司．国家重点公路杭州基左右两侧设计洪水位以上填方边坡采用衬砌拱护至兰州线重庆巫山一奉节段工程地质勘察报告，2006，04．[2]交通部第二公路勘察设计院．公路设计手册·路基[M]．人民坡；路基左右两侧设计洪水位以下和左半幅路基右交通出版社，1996．侧填方边坡20m以下部分采用M7．5浆砌片石护[3]JTCD30—2004，公路路基设计规范[S]．坡。[4]JTGF10—2006，公路路基施工技术规范[S]．路堤施工应注意观测路堤填筑过程中或以后的[5]唐前松．土工格栅在高速公路高填方路堤中的加筋应用[J]．湖南交通科技，2009，35(2)：7—9．地基变形动态，对路堤施工实行动态监控、观测。明[6]单国峰，王曙光．高填方路堤施工沉降控制数值模拟分析[J]．确观测的路堤段落、观测项目、观测点的数量及位置公路工程，2009，34(5)：95～97．等，确定稳定性观测控制标准，施工中应说明注意的[7]方涛，熊壮．高填方路基填筑碾压工艺控制的现场试验研事项。究[J]．公路工程，2009，34(1)：151—153．[8]匡希龙，邹德强．基于龚帕斯曲线法的高填方路基工后沉降预5结语测新思路[J]．公路工程，2008，33(1)：127—129．[9]吴俊，陈开圣，龙万学．高填方路基沉降变形有限元数值模本高路堤夹在两个隧道之间的大冲沟内，为了拟[J]．公路工程，2009，34(2)：127—129．消耗掉前后两个隧道隧道所堆积的大量洞碴弃方将[1O]徐则民．张倬元，九寨黄龙机场高填方边坡稳定性分析[J]．桥改为路堤。本高路堤从地形地貌和工程地质方面岩石力学与工程学报，2004(11)．分析高路堤整体稳定性较好。为了增强高路堤的稳