高速公路膨胀土路基设计施工情况.docx

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高速公路膨胀土路基设计施工情况

麻城至竹溪高速公路宜城至保康段

（第1合同段

膨胀土路基设计、施工情况

二○一五年七月

目录

一、宜保高速膨胀土路堑边坡设计和施工方面的措施和经验（1

1、高速公路对膨胀土路堑边坡处治设计的要求（1

2、宜保高速膨胀土路堑边坡处治设计措施（2

3、宜保高速膨胀土路堑边坡处治设计案例（3

3.1K19+980~K20+240左右侧路堑边坡（3

3.2K19+280~K19+460左右侧路堑边坡（6

4、对膨胀土路堑边坡处治设计的建议（8

二、宜保高速膨胀土用作路基填料的改良方法及施工工艺和质量控制要点（9

1、高速公路对膨胀土改良后用作路基填料的要求（9

2、宜保高速膨胀土改良方法（10

3、膨胀土路基改良质量控制要点（11

4、膨胀土路基施工工艺（12

麻城至竹溪高速公路宜城至保康段第1合同段

膨胀土路基设计、施工情况

一、宜保高速膨胀土路堑边坡设计和施工方面的措施和经验

1、高速公路对膨胀土路堑边坡处治设计的要求

《公路路基设计规范》（JTGD30—2004对于膨胀土路堑边坡处治设计的要求如下:

（1膨胀土路堑边坡坡率应根据土质的性质、软弱层和裂隙的组合关系、气候特点、水文地质条件,以及自然边坡、人工边坡的稳定坡度等综合确定。

（2边坡设计应遵循:

“缓边坡、宽平台、固坡脚”的原则。

边坡坡率及平台宽度可按表1-1设计。

边坡高度大于10m时应进行个别设计,必要时应与隧道方案进行比选。

表1-1膨胀土边坡坡率和平台宽度

膨胀土类别边坡高度

（m

边坡坡率

边坡平台宽度

（m

碎落台宽度

（m

弱膨胀土

﹤61:

1.5—1.0

6~101:

1.5~1:

2.01.5~2.01.5~2.0

中等膨胀土

﹤61:

1.5~1:

1.751.0~2.06~101:

1.75~1:

1.2.02.02.0

强膨胀土

﹤61:

1.75~1:

1.2.02.06~101:

2.0~1:

2.5≥2.0≥2.0

（3路堑边坡的防护和加固类型依据工程地质条件、环境因素和边坡高度可按表1-2和表1-3确定,边坡开挖后应及时防护封闭。

边坡植物防护时,不应采用阔叶树种。

圬工防护时,墙背应设置缓冲层。

表1-2膨胀土路堑边坡防护措施

边坡高度

（m

弱膨胀土中等膨胀土≤6植物骨架植物

>6骨架植物,植物防护,浆砌

片石护坡

拱形骨架植物、支撑渗沟加拱

形骨架植物表1-3膨胀土路堑边坡支挡措施

边坡高度

（m

弱膨胀土中等膨胀土强膨胀土≤6不设坡脚墙护墙、挡土墙

>6护墙、挡土墙挡土墙、抗滑桩桩基承台挡土墙、抗滑桩、边坡锚固

2、宜保高速膨胀土路堑边坡处治设计措施

宜保高速K5+000~K28+000沿线所经地层主要为第四系更新世土体,根据勘察及土工试验资料,土体为弱~强膨胀土。

膨胀土路堑边坡设计综合考虑膨胀土的膨胀类型、工程特性、地质环境条件等因素,路堑边坡结合坡面防护,放缓边坡等措施,保证边坡的稳定性。

根据沿线膨胀土膨胀性的差别,对于膨胀土路堑边坡的设计主要采用了放缓边坡、加强防护等措施进行处理。

具体如下:

（1放缓边坡

本项目设计挖方边坡坡率为1:

1.5~1:

3.5;边坡采用台阶式,每级边坡高度为6m,以保证挖方边坡的稳定。

（2加强防护

膨胀土路堑边坡的防护根据边坡高度及工程地质条件综合确定防护形式。

本项目对于沿线大部分的膨胀土路堑边坡均采用了路堑挡墙收坡,挡墙高3~5m。

对于膨胀土路堑边坡的坡面防护措施根据土体的膨胀性等级的区别采用了不同的防护措施,主要有:

方格骨架护坡、拱形骨架护坡、菱形框架锚杆等,对于部分路段的强膨胀土路堑边坡采用了加厚的菱形骨架护坡防护,部分路堑骨架厚度达到60~80cm。

3、宜保高速膨胀土路堑边坡处治设计案例

3.1K19+980~K20+240左右侧路堑边坡

宜保高速公路K19+980~K20+240段左右侧均为膨胀土路堑边坡,该段路堑边坡在施工过程中发生了多次跨塌,进行了二次变更设计。

（1原设计情况

原设计对该段边坡左侧设置了3m高的重力式路堑挡墙,边坡每6m一级平台,边坡坡率放缓至1:

1.5~1:

1.75,对于路堑边坡坡面均采用拱形骨架护坡防护。

图1-1K19+980~K20+240段膨胀土路堑边坡原设计情况

（2第一次变更设计

2014年9月,施工单位在进行该段路堑边坡开挖施工时,该段路堑边坡左右侧均出现了跨塌现象。

图1-2K19+980~K20+240左侧路基边坡垮塌

图1-3K19+980~K20+240右侧路基边坡垮塌

鉴于此种情况,业主组织了第一次变更设计,在该段路基左右侧均设置3m高的重力式路堑挡墙,其上部边坡6m一级平台,边坡坡率放缓至1:

2.5,坡面采用拱形骨架护坡。

图1-4K19+980~K20+240段路堑边坡第一次变更设计图

（3第二次变更设计

2015年5月,施工单位在对该段路基左侧路堑边坡进行骨架护坡施工时,该段路基右侧边坡已经稳定,但左侧边坡又出现了跨塌。

图1-5K19+980~K20+240段左侧路堑边坡第二次跨塌业主组织了咨询、设计、施工、监理等相关单位进行了现场办公,形成的变更方案如下:

对左侧已经施工完的拱形骨架进行清除,坡率放缓至1:

3.5,现场根据实际情况增加征地;边坡采用菱形框架锚杆防护,框架采用C20现浇钢筋砼,锚杆嵌入深度为4m;菱形框架内植草灌进行植物防护。

图1-6K19+980~K20+240段左侧路堑边坡第二次变更设计图

图1-7菱形框架锚杆设计图

目前该段路堑边坡二次变更设计方案还未实施。

3.2K19+280~K19+460左右侧路堑边坡

该段路基两侧路堑边坡前期的处治方案均为在路堑边坡坡脚设置3m高的重力式路堑挡墙,其上部边坡6m一级平台,边坡坡率放缓至1:

2.5,坡面采用拱形骨架护坡。

该处治方案施工完成后,该段路基右侧边坡处于稳定状态,但左侧边坡出现了隆起开裂现象。

目前采用的处治方案为:

左侧拱形骨架顶部至天沟之间满铺M7.5浆砌片石,对拱形骨架进行挖除,采用40cm*80cmC20菱形骨架进行防护,骨架内补喷灌木

进行植物防护,现在该方案还未实施。

图1-8K19+280~K19+460左侧边坡

图1-9K19+280~K19+460右侧边坡

图1-10K19+280~K19+460左侧边坡变更设计图

4、对膨胀土路堑边坡处治设计的建议

（1建议在路堑边坡坡脚设置矮脚墙,起到固坡脚的作用;

（2建议对于膨胀土路堑边坡进行适当放缓至1:

1.75~1:

2.5,有利于边坡稳定;

（3建议对膨胀土路堑边坡采用较强的坡面防护措施,如:

加厚的菱形骨架、菱形锚杆框架、抗滑桩等;

（4建议对膨胀土路堑边坡的坡面绿化采用草灌接合的措施,草种宜选用根系较深的草种,如香根草、刺槐、马棘等。

二、宜保高速膨胀土用作路基填料的改良方法及施工工艺和质量控制要点

1、高速公路对膨胀土改良后用作路基填料的要求

《公路路基设计规范》（JTGD30—2004对采用改良后的膨胀土土作为路基填料的要求如下:

（1高速公路及一、二级公路路基填土高度小于路面与路床的总厚度时,基底为膨胀土时,宜挖除地表0.3~0.6m的膨胀土,并将路床换填非膨胀土或掺灰处理。

若为强膨胀土,挖除深度应达到大气影响深度。

（2强膨胀土不应作为路基填料。

（3高速公路及一、二级公路采用中等膨胀土作为路基填料时应经改性处理后方可填筑。

弱膨胀土作为路基填料时,若胀缩总率不超过0.7%,可直接填筑,并采取防水、保温、封闭、坡面防护等措施;否则,应按公路等级、气候、水文等特点、填土层位等具体情况,结合实践经验进行处治。

膨胀土改性处理的掺灰最佳配比,以掺灰后胀缩总率不超过0.7%为宜。

（4若采用弱膨胀土或中等膨胀土作为路床填料,应经改性处理后方可填筑,改性后的胀缩总率不得超过0.7%。

（5采用弱膨胀土或中等膨胀土填筑路堤,其边坡坡率应根据路堤边坡的高度、填料重塑后的性质、区域气候特点,并参照既有路基的成熟经验综合确定。

边坡高度不大于10m的路堤边坡坡率和边坡平台的设置,可按表2-1确定。

表2-1膨胀土路堤边坡坡率及平台宽度

边坡高度（m

边坡坡率边坡平台宽度（m弱膨胀土中等膨胀土弱膨胀土中等膨胀土

﹤61:

1.51:

1.5~1:

1.75可不设

6~101:

1.751:

1.75~1:

2.02.0≥2.0

（6膨胀土填筑的路基,应及时碾压密实,路基压实度应符合表2-2的规定,在确定路堤填筑的最佳含水量和最大干密度时,宜采用湿土法重型击实试验。

表2-2高速公路路基填料最小强度及压实度要求

项目分类路面底面以下深

度（cm

填料最小强度

CBR（%

压实度（重型标

准（%

填方路基上路床0~308≥96下路床30~805≥96上路堤80~1504≥94下路堤150以下3≥93

零填及路堑路床0~308≥9630~805≥96

（7路堤边坡的防护根据填土的工程性质及高度并按表2-3确定。

表2-3膨胀土路堤边坡防护措施

边坡高度（m弱膨胀土中等膨胀土≤6植物骨架植物

>6植被防护、骨架植物支撑渗沟加拱形骨架植物

（8取土坑的深度宜控制在当地大气影响深度之内。

2、宜保高速膨胀土改良方法

膨胀土路基设计应以保湿、防水为主,为了保证路床的稳定性,设计填方路基采用15cm未筛分碎石+65cm6%石灰改良弱膨胀土对路床进行处治,挖方路基超挖路床范围0.8m土换填15cm未筛分碎石+65cm6%石灰改良弱膨胀土;为保证基底的稳定性,对填方路基原地面进行超挖0.5m换填4%石灰改良弱膨胀土。

K5+000~K28+000缺乏一般性填料,设计考虑采用弱膨胀土作为路基填料,采用“3+1”的填筑方式进行路堤填筑。

即基底换填50cm4%生石灰改良弱膨胀土后,采用弱膨胀土分三层进行路基的填筑与压实,每层厚度为25cm,填筑三层素弱膨胀土后,顶部加铺一层25cm4%石灰处治弱膨胀土,依次重复填筑直至上路床底部,路床范围内80cm采用15cm未筛分碎石+65cm6%石灰改良弱膨胀土进行填筑。

为了保证边部土体的稳定,采用CET131土工网进行包边处理,以增加边部土体的稳定性提高路基的稳定性。

图2-1膨胀土路基处治设计图

3、膨胀土路基改良质量控制要点

3.1严格控制掺灰比、最大干密度和最佳含水量三个路基施工参数,确保弱膨胀土路基填筑的强度和稳定性。

3.2按照温湿度、降雨和日照等环境因素控制施工时间,减少降雨对路基施工的影响,避免填土表面出现开裂变形。

3.3严格按照分层压实的措施进行填筑,避免素土和改良土结合不好对路基压实度产生不利影响。

3.4加强弱膨胀土路堤施工过程中的边坡防护措施,避免雨水冲刷对边坡稳定性产生不利影响。

4、膨胀土路基施工工艺

（1施工顺序

4%石灰土封底→下层报验→施工放样→备料、摊铺土→整平→卸置和摊铺石灰→拌和—路基整形→碾压→养护。

图2-2膨胀土路基施工工艺流程

（2施工方法①施工测量

下层报验后及时恢复中线,直线段按20m设中桩、边桩;曲线段按10m设中桩、边桩;且明显标示各点石灰土的设计高程。

②布土

填方路段每层厚度（压实厚度为25cm,施工时将土均匀地摊铺在预定的路基上,清除土中杂物,摊铺时表面用平地机摊铺平整且形成4%的路拱。

为控

击实试验

压实度检测

路基放样

清理地基

填前压实

测量标高

路填上土含水量检查检测灰剂量、含水量摊铺晾晒含水量、灰剂量检测整平、碾压边坡修整

填上层料选择土场

土场清理

击实试验

土料改良

二次掺灰

压实度检测

排水设施

制摊铺厚度和减少摊铺时间,采用如下方法控制布土密度:

根据自卸车装土体积,计算出每车应摊铺面积,然后划成方格,每格倒一车。

对卸在路基上的土,如有杂物先用人工捡除,再用推土机及平地机进行整平。

用推土机及平地机进行整平,对已整平的土进行稳压,并及时测定其松铺厚度,如果不合适,则通过补料及推料进行调整,使其满足松铺厚度要求。

a、检测土的灰剂量,按设计掺灰量的要求进行计算出二次掺灰剂量（二次掺灰量=设计掺灰量~现场测定灰剂量。

b、检测土的含水量,掺加石灰后含水量的降低及土水份的散失,素土含水量宜大于混合料最佳含水量2~3%（即保证掺灰后的含水量达到最佳含水量。

③掺灰

当石灰堆放时间较长时,应覆盖封存,生石灰块在使用前7~10d天充分消解。

消解后的石灰应保持一定的湿度,不得产生扬尘,也不可过湿成团。

图2-3石灰消解

在土层上打方格,按重量比将石灰粉均匀摊铺于各分块上同时保证形成4%的路拱横坡。

备灰前根据灰剂量、不同含水量情况下的石灰松方干容重及石灰土最大干容重计算每平方米的石灰用量。

备灰前事先在灰条位置标出两条灰线,以确保灰条顺直。

铺灰前在灰土的边沿打出格子标线,然后用人工将石灰均匀地铺撒在标线范围内。

图2－4④拌和机械布灰石灰摊铺均匀后，采用路用拌和机进行路拌。

在拌和时必须保证拌和深度和均匀度；检测灰土含水量确定是否加水或晾晒；加强拌和过程中的检查，保证无素土夹层、无灰条、无灰窝；拌和好的混合料保证色泽一致。

a、当土的含水量小，应首先用路拌机翻拌一遍，使石灰置于中、下层，然后洒水补充水份，并继续翻拌，使水份分布均匀。

考虑拌和，整平过程中的水份损失，含水量适当大些（根据气候及拌和整平时间长短确定），若个别处因洒水不均，造成土的含水量过大，用路拌机进行翻拌晾晒。

b、水份合适后，用平地机粗平一遍，然后用灰土拌和机拌和第一遍。

拌和时要指派专人跟机进行挖验，每间隔5～10米挖验一处，检查拌和是否到底。

对于拌和不到底的段落，及时提醒拌和机司机返回重新拌和。

c、桥涵缺口两端在备土时应留出2米空间，将土摊入附近，拌和时先横向拌和两个单程，再进行纵向拌和，以确保桥涵缺口处灰土拌和均匀。

第二遍拌和前，宜用平地机粗平一遍，然后进行第二遍拌和。

若土的塑指高，土块不易拌碎，应增加拌和遍数，并注意下—次拌和前要对已拌和过的灰土进行粗平和压实，然后拌和，以达到拌和均匀，满足规范要求为准。

压实的密度愈大，对土块的破碎效果愈好。

拌和时拌和机各行程间的搭接宽度不小于30cm。

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图2－5⑤摊铺整平石灰土路拌当混合料拌和均匀形成一个段落时，应立即用平地机进行平整，平地机整平时沿路线纵向从中间向两侧推进，注意路拱的形成，路基两侧要比设计填筑宽度超宽30cm，以保证路基边坡的压实度和机械施工时的安全。

采用振动压路机碾压，碾压应在混合料最佳含水量时进行，应先轻后重，先静压后振动压，直线段由路边向中线进行，超高段由内侧向外侧进行。

⑥碾压对已摊铺精平的石灰土采用重型振动压路机进行碾压。

碾压时行进速度由慢到快，最大速度不超过4km/h；碾压由两边向中间进行，形成4%的路拱横坡，利于排水；横向接头处碾压轮迹重叠40～50㎝，纵向前后相邻施工段轮迹重叠宽度20～30㎝。

碾压应保证无漏压、无死角、全面均匀压实。

碾压过程中若发生弹簧现象，必须将填筑灰土挖出换填或晾晒后降低含水量重新拌和施工，使其达到质量要求。

总之，碾压时遵循“由边到中，先轻后重，由慢到快”的原则。

碾压必须连续完成，中途不得停顿，压路机应及时碾压作业，以减少碾压成型时间，碾压过程中应行走顺直，低速行驶，桥涵缺口处10米范围内采用横向碾压。

严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上“调头”和急刹车，以保证土层表面不受破坏。

碾压过程中，如有“弹簧”、松散、起皮等现象，应及时翻开重新拌和或用其他方法处理，使其达到质量要求。

在碾压结束之前，用平地机再终平一次，使其纵向顺适，路拱和超高符合要求。

终平应仔细进行，必须将局部15/17

高出部分刮除并扫出路外，对局部低洼处，不再进行找补，留待下一层再处理。

其中压实度采用灌砂法检测，灰剂量采用EDTA滴定法。

由于密实度是确保路堤强度，又是消弱填料膨胀土性能的关键要素。

因此在改良土的施工中，不仅要严格控制灰剂量，而且要严格控制路基压实质量，只有在每一层压实质量检验合格后，直到压实度达到规范要求，确定碾压的遍数，在压路机收光后测每个断面控制桩的标高，与之前控制松铺厚度的标高做比较，确定精确的松铺系数。

由质检员进行路基质量控制，主要检测项目有平整度、压实度、宽度、标高、边坡坡度，路基弯沉、以及纵坡、横坡等，检测合格后填报相关申请资料，报请监理工程师验收。

方可填筑上一层。

碾压过程中安排专人及时清理压路机钢轮上粘结的混合料。

碾压长度根据拌和、运输、摊铺、碾压能力而定。

图2－6⑦现场取样检测路基压实每层石灰土路基填筑碾压完成后，采用灌沙法按规定的检测频率检测压实度和灰剂量，并测定路基中线位置、宽度、填筑层厚度、边坡等相关几何尺寸并报监理工程师验收合格后，转入其上一层土填筑施工。

否则，查明原因，采取处理或返工直至合格。

⑧施工交通管制对下层石灰土铺筑完成后，可以立即铺筑上一层土时，则不需要专门的养生；对下层石灰土铺筑完成后，其上一层土铺筑时间间隔较长时，则需对已铺筑的石16/17

灰土进行养生，保持一定的湿度并封闭交通，除水车外禁止一切车辆通行。

⑨养生修筑好的灰土层，须用洒水车洒水养护，应保持一定湿度，不应过湿或过干，养生期不应小于7天。

⑩接头处理碾压完毕的石灰土的端头应立即将拌和不均，或标高误差大，或平整度不好的部分挂线垂直切除，保持接头处顺直、整齐，下一作业段与之衔接处，铺土及拌和应空出2米，待整平时再按松铺厚度整平。

桥涵缺口处亦按上述方法处理，铺土及拌和应空出2米，先横拌2遍再纵拌，待整平时再按松铺厚度整平。

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