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摘要:根据花园合同段山区槽谷地貌的工程地质和水文地质特点,公路路基采用高填方方式进行填筑,使用桩板墙加预应力锚索组合支护措施,并在填方体及周边设置完善的排水系统。该设计不仅可以保证高速公路的正常运营,而且解决了附近桥隧相连的弃土问题,既很好的完成工程建设,也有利于工程区的环保。
关键词:山区槽谷地貌;公路路基;高填方;桩板墙;弃土问题
1.项目概述
崇遵高速公路第二合同段左幅K6+369~K6+487.5、右幅K6+370.9~K6+472.9段位于陡坡地段的槽谷内,起点连接观音岩隧道,终点连接花园隧道,原设计左幅为100米、右幅为80的箱形拱桥。
施工开挖后发现花园隧道进口仰坡处的围岩破碎,溶洞发育,如按原设计施工易扰动围岩,因此花园隧道进口增加明洞。加长的明洞侵占了桥台位置,加上本路段附近桥隧相连,有大量废方需远运丢弃,如果把桥梁改为填方可解决弃方问题,有利环保[1]。因此,花园大桥改为填方。
2.区域地质背景
2.1地层岩性
场区位于黔北台隆北东向构造变形区的松坎向斜西翼,岩层产状陡倾,倾向110°~125°,倾角42°~75°。
出露地层有二叠系上统长兴组(P2C),岩性为:灰、深灰色中厚层燧石石灰岩及灰岩夹燧石团块,属硬质岩,主要分布在遵义岸。龙潭组(P21),岩性为:灰色、灰褐色、褐黑色及黑色粘土岩,炭质粘土岩、泥质粉砂岩,夹少许薄—中厚层灰岩及煤层、煤线,属软质岩,分布于该段高填方路基下。下统茅口组(P1m),为浅灰色、灰色中厚至厚层灰岩、燧石团块灰岩,属硬质岩,分布于观音岩隧道一侧。
在路堤基础地表覆盖层有残坡积层(Qe1+d1)、崩塌堆积层(Qco1)和人工堆积层(Qr),主要为碎石土、亚粘土组成,厚度为0~15.5m,零星分布,厚度不均。崩塌堆积层(Qa1+p1):主要为分布在遵义岸,由大漂石、漂石及大块石夹少量粘土组成,厚度局部较深,结构松散。
2.2水文地质条件
场区为不规则的“U”字型槽谷,场区冲沟内为龙潭组(P21)煤系地层,为隔水层或弱含水层,由于场区山高坡陡,沟谷深切,地表径流条件优越,降水基本上全部以地表径流沿坡面或汇集于槽谷流入韩家店小河,水量视降水量的大小而随之变化,部分沿松散的覆盖层和基岩中的裂隙和溶隙下渗,可能在局部形成滞水或以下降泉的形式沿侵蚀沟谷出露。
根据相关勘察资料,场地水质为[S]CaI型,硫酸盐含量高,对混凝土具有硫酸盐侵蚀性。施工开挖工作面将有遇少量风化裂隙水的侵入,而受干扰。
2.3不良地质现象
不良地质现象主要有煤层采空区。通过向当地群众调查了解,该处煤矿开采方式为顺层开采,共计有7个开采点,有的为早期开采,有的为近期开采,已全部于1995年关闭;由于煤窑开采时间长,深度大(陡倾,顺层及走向开采),多数煤窑洞口已垮塌,场区内煤层采空区分布较复杂。
3.设计要点及施工工艺要求
填方设计和施工主要包括三个方面:(1)填方体;(2)填方体的支护措施,桩板墙加预应力锚索组合;(3)填方体的排水系统。通过以上设计保证填方体路基的长久稳定。
3.1填方体
填方体分多级填筑,其平面布置图和横断面图分别见图2.1-1,图2.1-2。
图2.1-1 花园大桥改填方平面布置图
图2.1-2 花园大桥改填方路基横断面图
填前对路基范围内的浮土、草树根予清除,基础地面开挖不小于2米宽的台阶并作重锤强夯,薄层填方铺设土工格栅。不设土工格栅的填方体表面用片块石码砌厚2米,设土工格栅的填方体表面码砌厚0.5米,码砌前在砌体底部铺一层防水土工布(土工布上铺5厘米砂砾垫层)防止地表水渗入填方体。第一级填方体底面设1米厚的砂石滤水层[2]。
土工格栅施工时应尽量避免大的尖硬石块直接接触土工格栅。格栅不宜长时间爆晒于阳光下(一般为48小时)。铺设时每层间隔60cm,格栅在填方边坡上保护层侧向宽度不得小于50cm;各层格栅的两端分别回包,长度不小于3m,回包长度应全部埋入原地面线以下,格栅的铺设应平整,对铺好的土工格栅每隔1.5~2m用钩头针固定于地面,使表面局部起伏差不得大于5cm;格栅的纵向应垂直于路基中线,上下层土工格栅的搭接缝错开50cm,格栅的纵向搭接不小于20cm。格栅单向抗拉强度不小于20KN,填料应满足土工格栅施工工艺要求。
3.2抗滑桩及挡板
在左幅路基左侧160米填方坡脚处设置的一排抗滑桩板墙已2004年9月施工完毕,共10根抗滑桩,桩径3×4米,桩间净距3米,桩后设预制钢筋混凝土挡土板。
在左幅路线左侧70.5和53.5米填方平台处增设第二排抗滑桩和桩间钢筋砼板墙,由于桩位处覆盖层厚达20米,最大桩长需46米,桩径为3×4米,中对中间距6米,每根桩桩头增设2根预应力锚索。抗滑桩、桩板墙平面图及立面图分别见图2.2-1,2.2-2。
图2.2-1 抗滑桩、桩板墙平面图
图2.2-2 桩板墙立面图
桩板墙施工时采用的材料应符合设计要求,桩及挡土板的混凝土标号均不得低于30号。由于桩是主要受力构件,对挡土墙的稳定性起着十分重要的作用,所以,应就地整体灌筑,且必须连续浇注,不得中断。挡土板均须预制,然后吊装。墙后填料应符合设计指标要求,填料内摩擦角不得小于40°,墙后填土应在混凝土达到设计强度的75%以后,才能分层填筑[3-4]。在高出地面的挡土板上设置泄水孔,孔距一般为2米,泄水孔尺寸为直径10cm的圆孔。
3.3預应力锚索
在第二排抗滑桩每根桩头设置预应力锚索2根,共18根,每根锚索长42~45米(图2.3-1)。对每根锚索设置独立锚座,待锚座及抗滑桩强度达到95%以上后再张拉锚索。
图2.3-1 预设锚索横断面图
锚索预应力钢绞线必须采用符合现行国家标准《预应力混凝土用钢绞线》(GB5224)的规定,由7根钢丝构成Φ15.2mm,抗拉强度1860MPa,弹性模量1.95×105 MPa。每束由6根钢绞线组成,锚固段长度10米,钻孔孔径Φ130mm,锚索孔内至孔底一次性压满水泥砂浆,浆体强度≥35MPa。注浆压力0.6~0.8MPa,锚索自由段采用防护油及塑料管隔离,每束锚索最终设计施加张拉力1000KN,张拉为每次四级张拉,每级间隔时间30分钟,每级拉力为250KN。在施加预应力完毕后,切除外露的多余钢绞线。锚索锁定在钢筋混凝土锚座上,锚索最后锁定施加预应力为设计拉力的110%,稳定时间不小于60分钟。
3.4排水系统
由于路段填方高,地质条件差,水浸入地基后会使其应力下降而失稳,因此保持路基的干燥是维持路基稳定的重要条件[5]。本次变更设置了较完善的排水设施:1-4.0米涵洞引流路基右侧山溪水,涵洞进口和出口设220米长、宽3.6米的梯形沟接顺自然冲沟(图2.4-1),沟底必需设在稳定的地层上;第一级填方体底面设1米厚的砂石滤水层截流地表渗水以免侵蚀路基;在填方体周边设截水沟、排水沟、边沟、平台排水沟排除地表水等等。在施工中如发现露头地下水应采取工程措施排除至路基外。
图2.4-1梯形排水沟大样图
4工程实施步骤及注意事项
(1)做好施工组织设计:开挖前承包商应根据设计要求和工程特点作好具体的施工组织设计[6]。制定合理的施工方案、施工进度计划,以保证施工质量和安全。避免由于施工方法、工艺和顺序的不当导致边坡在施工过程中的变形失稳。
(2)排水:施工开挖及边坡整治前应先作好场地内的地表排水系统。确保开挖边坡不受雨水的冲刷,并减少雨水的下渗。开挖中如有地下水出露,应将地下水引排至相关的排水系统,不得封堵。
(3)所有材料的技术参数都应达到相关规范和标准的要求。
(4)未尽事宜,请参照相关标准、规范执行。
5结语
(1)本路段把桥梁改为填方避免了桥台侵占问题,同时也很好的利用了附近桥隧相连产生的弃土,既经济又环保。
(2)填方体采用分级填筑,内部设置土工格栅,保证填方体路基的沉降量满足高速公路运行要求;由于路段填方高,支护措施使用两级板桩墙加预应力锚索组合。
(3)场区地形易于汇水,基岩地层为隔水层或弱含水层,且场地水质具有一定腐蚀性,故填方体周边设置了较完善的排水系统。
(4)随着西部高速公路的大规模修建,槽谷地貌路基修筑除了架设桥梁外,高填方也具有较好的可行性。
注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词:山区槽谷地貌;公路路基;高填方;桩板墙;弃土问题
1.项目概述
崇遵高速公路第二合同段左幅K6+369~K6+487.5、右幅K6+370.9~K6+472.9段位于陡坡地段的槽谷内,起点连接观音岩隧道,终点连接花园隧道,原设计左幅为100米、右幅为80的箱形拱桥。
施工开挖后发现花园隧道进口仰坡处的围岩破碎,溶洞发育,如按原设计施工易扰动围岩,因此花园隧道进口增加明洞。加长的明洞侵占了桥台位置,加上本路段附近桥隧相连,有大量废方需远运丢弃,如果把桥梁改为填方可解决弃方问题,有利环保[1]。因此,花园大桥改为填方。
2.区域地质背景
2.1地层岩性
场区位于黔北台隆北东向构造变形区的松坎向斜西翼,岩层产状陡倾,倾向110°~125°,倾角42°~75°。
出露地层有二叠系上统长兴组(P2C),岩性为:灰、深灰色中厚层燧石石灰岩及灰岩夹燧石团块,属硬质岩,主要分布在遵义岸。龙潭组(P21),岩性为:灰色、灰褐色、褐黑色及黑色粘土岩,炭质粘土岩、泥质粉砂岩,夹少许薄—中厚层灰岩及煤层、煤线,属软质岩,分布于该段高填方路基下。下统茅口组(P1m),为浅灰色、灰色中厚至厚层灰岩、燧石团块灰岩,属硬质岩,分布于观音岩隧道一侧。
在路堤基础地表覆盖层有残坡积层(Qe1+d1)、崩塌堆积层(Qco1)和人工堆积层(Qr),主要为碎石土、亚粘土组成,厚度为0~15.5m,零星分布,厚度不均。崩塌堆积层(Qa1+p1):主要为分布在遵义岸,由大漂石、漂石及大块石夹少量粘土组成,厚度局部较深,结构松散。
2.2水文地质条件
场区为不规则的“U”字型槽谷,场区冲沟内为龙潭组(P21)煤系地层,为隔水层或弱含水层,由于场区山高坡陡,沟谷深切,地表径流条件优越,降水基本上全部以地表径流沿坡面或汇集于槽谷流入韩家店小河,水量视降水量的大小而随之变化,部分沿松散的覆盖层和基岩中的裂隙和溶隙下渗,可能在局部形成滞水或以下降泉的形式沿侵蚀沟谷出露。
根据相关勘察资料,场地水质为[S]CaI型,硫酸盐含量高,对混凝土具有硫酸盐侵蚀性。施工开挖工作面将有遇少量风化裂隙水的侵入,而受干扰。
2.3不良地质现象
不良地质现象主要有煤层采空区。通过向当地群众调查了解,该处煤矿开采方式为顺层开采,共计有7个开采点,有的为早期开采,有的为近期开采,已全部于1995年关闭;由于煤窑开采时间长,深度大(陡倾,顺层及走向开采),多数煤窑洞口已垮塌,场区内煤层采空区分布较复杂。
3.设计要点及施工工艺要求
填方设计和施工主要包括三个方面:(1)填方体;(2)填方体的支护措施,桩板墙加预应力锚索组合;(3)填方体的排水系统。通过以上设计保证填方体路基的长久稳定。
3.1填方体
填方体分多级填筑,其平面布置图和横断面图分别见图2.1-1,图2.1-2。
图2.1-1 花园大桥改填方平面布置图
图2.1-2 花园大桥改填方路基横断面图
填前对路基范围内的浮土、草树根予清除,基础地面开挖不小于2米宽的台阶并作重锤强夯,薄层填方铺设土工格栅。不设土工格栅的填方体表面用片块石码砌厚2米,设土工格栅的填方体表面码砌厚0.5米,码砌前在砌体底部铺一层防水土工布(土工布上铺5厘米砂砾垫层)防止地表水渗入填方体。第一级填方体底面设1米厚的砂石滤水层[2]。
土工格栅施工时应尽量避免大的尖硬石块直接接触土工格栅。格栅不宜长时间爆晒于阳光下(一般为48小时)。铺设时每层间隔60cm,格栅在填方边坡上保护层侧向宽度不得小于50cm;各层格栅的两端分别回包,长度不小于3m,回包长度应全部埋入原地面线以下,格栅的铺设应平整,对铺好的土工格栅每隔1.5~2m用钩头针固定于地面,使表面局部起伏差不得大于5cm;格栅的纵向应垂直于路基中线,上下层土工格栅的搭接缝错开50cm,格栅的纵向搭接不小于20cm。格栅单向抗拉强度不小于20KN,填料应满足土工格栅施工工艺要求。
3.2抗滑桩及挡板
在左幅路基左侧160米填方坡脚处设置的一排抗滑桩板墙已2004年9月施工完毕,共10根抗滑桩,桩径3×4米,桩间净距3米,桩后设预制钢筋混凝土挡土板。
在左幅路线左侧70.5和53.5米填方平台处增设第二排抗滑桩和桩间钢筋砼板墙,由于桩位处覆盖层厚达20米,最大桩长需46米,桩径为3×4米,中对中间距6米,每根桩桩头增设2根预应力锚索。抗滑桩、桩板墙平面图及立面图分别见图2.2-1,2.2-2。
图2.2-1 抗滑桩、桩板墙平面图
图2.2-2 桩板墙立面图
桩板墙施工时采用的材料应符合设计要求,桩及挡土板的混凝土标号均不得低于30号。由于桩是主要受力构件,对挡土墙的稳定性起着十分重要的作用,所以,应就地整体灌筑,且必须连续浇注,不得中断。挡土板均须预制,然后吊装。墙后填料应符合设计指标要求,填料内摩擦角不得小于40°,墙后填土应在混凝土达到设计强度的75%以后,才能分层填筑[3-4]。在高出地面的挡土板上设置泄水孔,孔距一般为2米,泄水孔尺寸为直径10cm的圆孔。
3.3預应力锚索
在第二排抗滑桩每根桩头设置预应力锚索2根,共18根,每根锚索长42~45米(图2.3-1)。对每根锚索设置独立锚座,待锚座及抗滑桩强度达到95%以上后再张拉锚索。
图2.3-1 预设锚索横断面图
锚索预应力钢绞线必须采用符合现行国家标准《预应力混凝土用钢绞线》(GB5224)的规定,由7根钢丝构成Φ15.2mm,抗拉强度1860MPa,弹性模量1.95×105 MPa。每束由6根钢绞线组成,锚固段长度10米,钻孔孔径Φ130mm,锚索孔内至孔底一次性压满水泥砂浆,浆体强度≥35MPa。注浆压力0.6~0.8MPa,锚索自由段采用防护油及塑料管隔离,每束锚索最终设计施加张拉力1000KN,张拉为每次四级张拉,每级间隔时间30分钟,每级拉力为250KN。在施加预应力完毕后,切除外露的多余钢绞线。锚索锁定在钢筋混凝土锚座上,锚索最后锁定施加预应力为设计拉力的110%,稳定时间不小于60分钟。
3.4排水系统
由于路段填方高,地质条件差,水浸入地基后会使其应力下降而失稳,因此保持路基的干燥是维持路基稳定的重要条件[5]。本次变更设置了较完善的排水设施:1-4.0米涵洞引流路基右侧山溪水,涵洞进口和出口设220米长、宽3.6米的梯形沟接顺自然冲沟(图2.4-1),沟底必需设在稳定的地层上;第一级填方体底面设1米厚的砂石滤水层截流地表渗水以免侵蚀路基;在填方体周边设截水沟、排水沟、边沟、平台排水沟排除地表水等等。在施工中如发现露头地下水应采取工程措施排除至路基外。
图2.4-1梯形排水沟大样图
4工程实施步骤及注意事项
(1)做好施工组织设计:开挖前承包商应根据设计要求和工程特点作好具体的施工组织设计[6]。制定合理的施工方案、施工进度计划,以保证施工质量和安全。避免由于施工方法、工艺和顺序的不当导致边坡在施工过程中的变形失稳。
(2)排水:施工开挖及边坡整治前应先作好场地内的地表排水系统。确保开挖边坡不受雨水的冲刷,并减少雨水的下渗。开挖中如有地下水出露,应将地下水引排至相关的排水系统,不得封堵。
(3)所有材料的技术参数都应达到相关规范和标准的要求。
(4)未尽事宜,请参照相关标准、规范执行。
5结语
(1)本路段把桥梁改为填方避免了桥台侵占问题,同时也很好的利用了附近桥隧相连产生的弃土,既经济又环保。
(2)填方体采用分级填筑,内部设置土工格栅,保证填方体路基的沉降量满足高速公路运行要求;由于路段填方高,支护措施使用两级板桩墙加预应力锚索组合。
(3)场区地形易于汇水,基岩地层为隔水层或弱含水层,且场地水质具有一定腐蚀性,故填方体周边设置了较完善的排水系统。
(4)随着西部高速公路的大规模修建,槽谷地貌路基修筑除了架设桥梁外,高填方也具有较好的可行性。
注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。