邓州至豫鄂省界高速公路膨胀土路基设计

石利群，张 弛

（苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210017）

1 工程概况

邓州至豫鄂省界高速公路起点与内邓高速相交，终点与湖北省老宜高速相接，沿线膨胀土分布甚广，中等膨胀土里程占路线总长的49.33%，岩性主要为粘土。

膨胀土为一种含液量很高的土壤，具有极强的保水、亲水能力［1］，土中黏粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性。含水量变化易引起膨胀土的膨胀或收缩变形，强度随之变化；反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙等作用下极易出现路面开裂、隆起或沉陷，路堤和路堑滑塌、边坡失稳等病害［2］，且往往成群出现，对路基的破坏作用不可低估，并且修复困难。为了保证在较长时间内路基的稳定和路面的平整，达到安全舒适行车的目的，必须解决因膨胀土而造成的一系列工程问题［3-5］。

膨胀土的判别国内外尚不统一，本次勘察中对膨胀土的判定主要采用我国《公路路基设计规范》（JTG D30—2004），结合本地多年施工经验进行膨胀土潜势分类，分类标准见表1。

表1 膨胀土的膨胀潜势分级

2 主要技术方案

2.1 膨胀土路基填筑方案

路基设计应避免大挖、大填，以浅路堑、低路堤通过为宜，保证路基稳定性；路堑路段路床80 cm范围内应对膨胀土进行超挖换填，或者进行土质改良。

掺石灰是膨胀土改性处理最有效的方法，掺石灰的最佳配比以处理后胀缩率不超过0.7为宜，使其控制到弱膨胀土的低限指标之下。本次设计对膨胀土利用方案和全部换填方案进行了对比（见表2），石灰改良膨胀土的石灰剂量为5%（弱膨胀土）、7%（中膨胀土），考虑到施工灰量的损耗，在室内石灰剂量的基础上，允许各增加1%作为设计用量。换填主要考虑在附近2个原内邓高速取土场进行取土（主要为碎石土和山皮土）。

表2 路基填筑方案对比

通过上述方案对比得出，膨胀土掺灰改性利用造价高，施工难度大，并且本项目周边外购土方便，因此本项目路堤范围推荐采用山皮土处置。由于路面底面以下80 cm范围对施工质量要求高，压实度控制严格，而山皮土压实度检测较为复杂，沿线弱膨胀土分布广泛，取土方便，并可充分利用路基开挖后剩余土方，减少弃方，因此填方路段80 cm路床以及挖方路段超挖80 cm后换填仍需采用弱膨胀土掺6%石灰处置。根据路面实施路段以及不同的路堤边坡高度，采用不同的路基填筑方案，其中清除耕植土平均按30 cm计，路堤边坡高度H为土路肩边缘设计标高与原地面标高高差，h为路面结构层厚度。

（1）当H＜0 m，清表后开挖至路床底面，对原地面进行碾压，压实度需≥93%，压实补偿按10 cm计，采用山皮土回填；其后分层回填80 cm 6%石灰土路床，路床每层压实度均需≥96%。

（2）当0≤H≤h+0.8 m，路基开挖至路床底面30 cm后应对原地面进行碾压，压实度需≥90%，压实补偿按10 cm计，采用山皮土回填；其上回填30 cm山皮土，要求山皮土顶面压实度需≥93%；最后回填80 cm 6%石灰土路床，路床每层压实度均需≥96%；

（3）当H＞h+0.8 m，清表后应对原地面进行碾压，压实度需≥90%，压实补偿按10 cm计，采用山皮土回填；路基中部采用山皮土回填，要求上路堤压实度≥94%，下路堤压实度≥93%；其上回填80 cm 6%石灰土路床，路床每层压实度均需≥96%；

2.2 膨胀土边坡设计

（1）路堤路段

填高不大于8 m时，坡率采用1∶1.5；填高8 m以上时，在8 m处变坡，不设平台，上部坡率1∶1.5，下部坡率1∶1.75。

（2）路堑路段

路堑段为中等膨胀土时，依据路堑“缓坡率、宽平台、固坡脚”的设计原则，考虑挖深6 m以内时，边坡坡率为1∶1.5；挖深6 m以上时，下部6 m边坡坡率为1∶1.5，上部剩余高度边坡坡率为1∶1.75，变坡设2 m平台。路堑段为岩石基础时，挖方深度H≤15 m，路堑边坡一坡到顶，不设平台，边坡坡率为1∶0.75。

2.3 膨胀土路基防护设计

路基防护以安全、经济、环保为原则，因地制宜，树立边坡绿色环保的防护设计理念，注重景观与绿化设计，顺应自然，融入自然。

（1）路堤路段

路堤段填料多以山皮土为主，总体来讲，路线范围内的土质具有较好的抗水冲刷能力，可以充分利用其特点，在坡面上尽量采用植物防护，节省工程费用。从改善行车条件、充分发挥土质耐水冲刷能力、节约工程费用，体现绿色环保的设计理念，采用以下路基防护方案：

①结合项目区地处垄岗的地貌类型，填方高度4 m以内，路面采用分散排水方式，边坡采用植草防护；

②填方高度4~6 m路段，路面采用路侧设混凝土拦水带的集中排水方式，边坡采用植草绿化；

③填方高度6 m以上路段，上部边坡高度4 m范围采用植草绿化，下部高度采用浆砌片石拱形骨架内植草灌绿化；

④护坡道均采用与下部坡面一致的防护形式。

（2）路堑路段

路堑边坡防护设计既要保证路基稳定，又要体现绿色防护、贴近自然，降低工程费用。结合土质特点，尤其是中膨胀土浅层滑塌的特点，采用以下防护形式：

①石灰岩坡面对于轻微风化的坡面保持自然特色，可不进行绿化，自然裸露即可。

②弱膨胀土。挖深4 m以内时，坡面采用植草防护，挖深4 m以上路段，坡脚以上1.5 m高采用浆砌片石防护，加固坡脚；挖深6 m以上时，下部6 m高坡面采用浆砌片石拱形骨架内植草灌防护，上部坡面仍采用植草绿化，变坡平台采用浆砌片石护面。

③中膨胀土。挖深1 m以内时，坡面采用植草防护；挖深1 m6 m时，碎落台以上1.5 m采用M7.5浆砌片石护脚墙，墙体以上边坡采用浆砌片石衬砌拱防护，在挖深H=6 m处设置边坡平台。若挖方深度大于6 m且小于7 m时，可不设边坡平台，也无需变坡，挡墙上方采用1∶1.5边坡一坡到顶。设置截水沟路段需在截水沟内侧至坡顶5 m范围设置20 cm粘土封层，减少雨水下渗。

2.4 膨胀土路基排水设计

路基排水设施的设置以排除路基、路面范围内的地表水和地下水，保证路基、路面的稳定，防止路面积水影响行车安全为原则。根据公路等级、地形、地质、气象、桥涵位置等因素，合理布置排水设施，完善对进出水口的处理，防止渗漏、冲刷、水毁等现象，使各项排水设施衔接配合，确保排水通畅和养护工作量最小。

路基设计洪水频率为100年一遇。路基排水设计流量计算按1/15洪水频率进行考虑，排水沟设计采用适应于小面积流域及明渠流计算公式，其中小面积流域计算公式如下：

Q=16.67q·ψ·F式中: Q为设计流量；q为设计暴雨强度；ψ为径流系数；F为流域汇水面积。

经计算，该地区设计频率降雨强度排水沟过水断面积为0.40~0.8 m2，根据沿线地形坡度和排水沟长度，设计排水沟断面尺寸采用（0.6~0.8 m）×（0.6~0.8 m）的梯形断面。

路堤段均采用梯形浆砌片石边沟，边沟底宽60 cm；路堑段均采用浆砌片石墙身+混凝土盖板形式边沟，边沟净宽为60 cm；边沟净深根据出水口间距而定，鉴于路堑段多为中等膨胀土，且可见地下水，在边沟下侧设置纵向排水盲沟，以稳定路床含水量。净深根据以下条件确定：

（1）当边沟出水口间距在100 m以内时，边沟净深为50 cm；

（2）当边沟出水口间距在100~200 m时，边沟净深为60 cm；

（3）当边沟出水口间距在200~400 m时，边沟净深为70 cm；

（4）当边沟出水口间距在400 m以上时，边沟净深为80 cm。

3 结语

膨胀土是影响道路及其它构造物建设的一种特殊土质，膨胀土路段工程地质条件较差，地基相对不稳。路基设计应以防水、保湿、防风化为主，结合坡面防护，降低边坡高度，防止路基沉降破坏及雨水冲刷侵蚀毁坏路基。膨胀土地区的公路路基处理应根据各地区的实际情况，遵循安全、经济、可行、方便的原则。

［1］JTG G20—2011公路工程地质勘查规范［S］.

［2］ 郭军伟.膨胀土路基施工工艺及质量控制［J］.华东科技（学术版），2013（7）：132.

［3］ 杨真子.基于强降雨的膨胀土边坡稳定性分析［J］.公路交通技术，2014（1）：24-28.

［4］陈茂军，刘兴柱，赵霞，膨胀工路基础处理的实践与探索［J］.科技信息，2007（29）：140.

［5］王小平.特殊地基处理技术在国道G318邛崃至名山高速公路中的应用［J］.公路交通技术，2014（1）：15-18.