多雨地区高速公路库区浸水路堤防护设计及施工质量控制

古振荣，吴 帆，马治国，袁 超

（中电建路桥集团有限公司，北京 100048）

0 引言

随着国家《关于印发“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》的持续实施，山地、丘陵等地区的高速公路网得到了进一步完善。在山丘地区高速公路的选线设计过程中，路线经常需要沿河流或水库而行，因而水库区高速公路的浸水路堤建设不可避免［1］。由于多雨地区丰富的水资源，水库区浸水路堤填料往往受到长期浸泡，强度下降后极易造成路基沉降及边坡失稳［2］；另外，水流的冲刷作用［3］和水位变化导致的渗流作用也会直接影响路堤的稳定性，给浸水路堤的设计施工和运营维护带来巨大挑战［4］。因此，针对多雨地区高速公路浸水路堤工程特点，围绕高速公路路堤填筑基本要求，从工程实践中总结高速公路库区浸水路堤的施工方法，对多雨地区高速公路规划与建设具有重要意义。

1 工程概况

佛清从高速公路北段工程建设项目 K41+000～K41+160 段位于地方水库，由于地处多雨地区，周围山体汇水量较大，路基形成后，边坡及坡脚长期受浸泡、冲刷，属于长期浸水路堤，有必要在防护设计和施工中采取相应措施以提供质量保证。

2 防护设计

不同于一般路堤，库区浸水路堤往往会受到更为恶劣的环境作用。因此，针对库区环境特点，需要从浸水防护的角度对路堤主要设计参数进行设计探讨。

2.1 路堤高度

根据 JTGD 30－2015《公路路基设计规范》规定，路堤高度的计算如式（1）所示。

式中：H为路堤合理高度，m；h1为设计洪水频率水位高度，m；hw为波浪侵袭高度，m；hbw为壅水高度，m；Δh为安全高度，m；hl为中湿状态路基临界高度，m；hp为路面厚度，m；hwd为路基工作区深度，m；hf为季节性冻土地区路基冻深，m。

由规范公式可知，路堤高度主要考虑洪水、中湿路基、施工和冻土因素的影响。另外现行 JTG B01－2014《公路工程技术标准》规定，各等级公路受水浸淹的路基应满足洪水期间救灾通道的功能要求以及保证路基安全稳定。结合水库区浸水路堤特点，可得此类路堤高度主要受洪水影响，即水库区浸水路堤高程应为规定设计洪水频率的计算水位加波浪侵袭高度、壅水高度及安全高度之和，如式（2）所示。

其中安全高度通常取 0.5 m。

2.2 路堤断面

水库路堤往往容易受到水位变化［5］、两侧水位差［6］的影响。多雨地区水位变化快、水库路堤两侧水位差大，极易影响土体中渗透动水压力方向，导致路堤边坡凸起或滑坡，破坏路堤边坡的稳定［7］。因此，路堤浸水部分须采用透水能力强、坚硬不易风化的材料填筑，如中粗砂、砂砾石、片石或块石等。结合当地各材料获取成本，综合考虑选取片石和块石作为下部填料。路堤上部则主要依据“因地制宜”的思想，选用取土距离近、水稳定性好、压缩性小的普通土作为填筑材料。

浸水路堤的断面形式按高边坡砌筑为梯形。考虑到填筑材料浸水后抗剪强度降低及渗透压力改变，需适当减缓边坡坡率。参考一般路基边坡坡率规定，最终将底部填石路堤边坡坡率设置为 1∶2，保证在多雨季节水库洪峰、路基底部压力巨大及水流冲刷强烈［8］的情况下路基依然稳定；上部普通土路堤坡率同理进行放缓处理，设置为 1∶1.75。另外，浸水边坡顶面处设置宽度为 2 m 的平台，加强路堤整体稳定性的同时可作为边坡维护和防洪抢险通道。浸水路堤断面如图 1 所示。

图1 浸水路堤设计断面示意图

2.3 边坡防护

为防止细小土、石颗粒被渗透水带走，在填土层与填石层之间设置反滤层，其从下至上依次为级配碎石、土工织物和砂垫层。级配碎石采用石质坚硬、不易风化的砾石，其中粒径不超过 0.5 cm 的碎石不少于 30 %，铺垫厚度为 20 cm；土工织物采用 350 g/m2的无纺土工布，厚度约 2.7 mm，CBR 顶破强力超过 1.8 kN，断裂强力超过 11 kN/m，具有抗拉强度高、渗透性好、抗冷冻、耐高温、耐腐蚀等优点，是路堤加固防护的理想材料［9］；砂垫层将土工布与上层填土隔开并保护土工布不被破坏，铺垫厚度为 30 cm。

另外，路堤边坡反滤层在砌筑边坡外设置土工织物及 12 cm 厚现浇 C20 混凝土护坡。土工织物选用相同规格的无纺土工布，C20 混凝土护坡可有效防治水流冲刷［10］，相比于浆砌片石更加稳定可靠。

同时，作为路堤“脆弱”部位，坡脚也应加固防护。首先在护坡基础下设置约 50 cm 砂垫层，提高路基承载力的同时可有效减小沉降量；然后用混凝土砌筑 200 cm 护坡基础，提高坡脚抗冲刷能力；最后在坡脚设置片石石垛，缓冲水下障碍物对基底的碰撞。

3 施工工艺

为保证工程质量，项目施工工艺仍然遵循准备、施工和整修“三阶段”，填筑、整平、压实和检测“四区段”，施工准备、基底处理、分层填土、摊铺整平、洒水或晾晒、碾压、质量检验和路基整修“八流程”组织标准［11］，如图 2 所示。

图2 浸水路堤施工工艺流程图

4 施工质量控制

4.1 施工准备

施工前期准备阶段，首先需要对施工人员进行技术交底，科学地进行施工组织设计。然后根据水库面积、水量等因素确定抽排水后的无水施工或围堰施工，围堰施工受水深、风力、地面起伏等多种因素影响，应综合考虑确定围堰高度及围堰范围，并定期维护。最后进行测量放线，利用全站仪测定路基中心线和边线，并用石灰标记，同时设置基底临时排水沟。

4.2 基底处理

首先应清除基底植被、淤泥和腐殖土，检验基底承载能力，若为软弱地基，可根据软土深度选择浇筑水泥搅拌桩或换填法进行软土地基处理。水泥搅拌桩施工须严格按照设计和规范进行，前期做好试桩试验，确定相关技术参数，换填法应选用强度高、压缩性小的渗水材料回填，同时注意分层填筑、分层压实，保证基底具有足够承载力。

4.3 填料运输及检验

运输车取料时应保证填料的均匀性，避免粒径、风化程度差异过大，对于粒径过大的石料应统一堆放以便改小。自卸汽车应根据天气情况将填料覆盖运输，防止高温或雨水影响填料的自然含水量。对施工现场堆放的填料应进行抽样检测，填料中不能出现草皮、垃圾、腐殖土等杂质，另外取料场变化时也应及时检验强度、粒径、风化程度等性质的变化，保证同层填料的一致性。

4.4 填料堆放与摊铺

填料堆放应以“便于摊铺”为原则提前规划，科学地把控堆放量、堆放位置等具体环节，在保证施工质量的前提下缩短工期，减小成本。摊铺时应首先用推土机将填料基本铺平，测量此层各部位填料厚度，边部或中间局部凹凸处用人工调整，同时时刻关注天气状况，松铺不可淋雨或过夜。

4.5 整平

摊铺完成后，平地机应由两边向线路中心刮平，在平曲线上，平地机应由曲线内侧向外刮平，必要时可回刮一遍。局部明显空洞、缝隙处，应人工铺洒小粒径填料充满。最终效果应达到每层整体平整，无明显凹凸，表面保持约 3 % 横坡，侧边无坍落。

4.6 碾压

碾压为路堤填筑施工中至关重要的环节，直接关系到路堤的填筑质量及整体稳定性。为达到理想密实度，应选用振动压路机与冲击式压路机组合碾压。碾压顺序应按照先低后高、先两侧后中间进行，操作程序为静压与振压交替进行，且每轮振动强度逐渐提高。各压实线路应相互平行，前后相邻碾压区段应重叠约 100 cm，纵向碾压线路应相互重叠约 50 cm，相邻填料层碾压接头应大于 300 cm。具体碾压遍数应根据现场试验确定，禁止盲目碾压，振动压路机碾压速度应控制在 3～6 km/h，40 t 冲击式压路机碾压速度控制在 10～12 km/h，层厚每增加 2 m 即须使用冲击式压路机进行补充碾压，约 20 遍。

4.7 洒水或晾晒

每层填筑碾压时，均需要测定填料含水率，通过洒水或晾晒调整达到最佳含水率，保证达到足够的密实度。洒水主要包括底层润湿、主洒和补洒三步。

4.8 质量检验

质量检验主要指填筑过程中对松铺厚度、横向坡度、平整度、填料含水率和碾压重叠距离等的检测。摊铺整平后，若松铺厚度、横向坡度和平整度不合格，即应重新调整直至满足施工要求；填料含水率必须达到相应最佳含水率，否则不能碾压；碾压重叠距离应由专人监督记录，确保规范合格。每层施工完成报验合格后，才能进行新一层的施工，同时应设置沉降观测桩，按要求持续、长期进行沉降观测和评估。

4.9 边坡防护

路堤填筑完成后，应对坡面进行整平处理，由监理人验收基面，基面坡度、尺寸等应符合图纸要求。然后铺设土工布，铺设长度应根据材料受力方向、接头数量和位置确定，施工过程中应避免一切可能损坏土工布的作业，铺设完成后应用柔软重物压住，直至上层碎石垫层铺完。最后立模，布设排水管，浇筑坡面混凝土。施工时应根据图纸精准确定分缝位置，每 20 m 设置一道 2 cm 变形缝，另应设置横、纵向 2 cm 施工缝，用沥青填注。

5 结语

1）多雨地区高速公路浸水路堤施工前，应充分考虑洪峰、渗透动水压力和水流冲刷的影响，选取合理的路堤高度、断面形式，并做好防护处理。

2）根据路堤填筑施工现状及相关规范，提出了准备、施工和整修三阶段各工序的施工及检验方法，为浸水路堤的安全稳定提供保障。

3）路堤边坡防护采用土工织物外浇C20混凝土护坡，另外设置反滤层、护坡基础等结构，能有效保护路堤，减小水流的侵蚀。Q