粘土心墙在饱和高填方路基中的应用

    吴振 张春丽

    

    摘 要：设计饱和高填方路基时，应充分考虑渗透、水位升降、波浪浸袭、水流冲刷和地下水雍升引起的湿陷影响。本文通过工程实例，分析饱和路基病害的原因，探讨了饱和新建路基的形式和构造，详细阐述了饱和路基防渗和不均匀沉降的控制方法。

    关键词：粘土心墙;饱和路基;高填方路基

    中图分类号：U416.1? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? 文章编号：1006—7973（2019）07-0110-02

    粘土心墙是以粘性土料做成的土石坝中央防渗体。常用粘土、壤土等材料筑成，要求其渗透系数只相当于坝壳材料渗透系数的1/1000以下，且不大于10-5cm/s，其厚度取决于士壤的允许渗透坡降，约为作用水头的1/8～1/4，且不小于3m，过厚对稳定与施工不利，过薄不利于防裂与抗震。

    1 工程概况

    毕节市双山新区内某道路延伸段K0+440m～K0+800m段，左侧为松林河，右侧为火烧寨。该路段中部地势较底，地面高程在1355m～1364m，两端地势较高，地面高程在1390m～1410m，为松林河右岸较大的冲沟，布置需横跨此冲沟，路基采用高填方方案。由于松林河下游拟建一个中型水库，水库回水位在该段为1379.5m左右，道路右侧火烧寨存在大量的村庄和农田，地面高程在1368m～1380m。因此该段路基高填方须结合拟建水库综合考虑，路基高填方须具有挡水功能，对火烧寨村镇及农田进行防护。该段高填方路堤内设粘土心墙，最大填高34.11m，段落长360m。

    2 工程方案探讨

    针对于水库地段路基防渗目前存在几种治理方式;①防渗膜处理;②钢筋混凝土面板表面处理;③帷幕灌浆;④粘土心墙填筑。 ①和②处理方式适用于表层防渗，易于破坏，防渗膜使用年限较低;③处理方式适用于挖方路基防渗;针对于高填方路基建议采用方案④，防渗体位于路堤邻水侧内，既不容易破坏，又能满足路堤填筑施工方便。针对地基防渗建议采用帷幕灌浆处理，粘土心墙放置于强风化基岩上，采用固结灌浆加固。为减少路基不均匀沉降，采用土工格栅方式进行加强设计。

    3 粘土心墙方案设计

    3.1 地质条件

    场地内揭示的覆盖层地层由新到老有残坡积层（Qel+dl）粉质粘土、粘土，下伏基岩三叠系中统关岭组（T2g2），薄至中厚层泥质石灰岩。

    3.2 路基整体布置

    （1）库水位。根据收集到的资料，拟建的该段特殊路基的回水最高水位为1379.54m。

    （2）路面高程。考虑各工况下波浪爬高、安全超高以及地震工况下的库水涌浪和地震沉陷要求，路面高程计算值为1389.603m～1394.334m。粘土心墙顶高程取1382.00m，高出库区在该段处的最高回水水位2.5m。

    （3）路面宽度。路面总宽度为40m～46m。粘土心墙顶部宽度考虑机械化施工要求，取3m宽。

    （4）路基边坡坡率。本段路基最大填高34.11m，结合本段路基填料，左右两侧坡率进行设计。左侧1386.00m高程设宽2m的平台，平台高程以坡率为1：1.5，以下坡率为1：1.5～1：1.75。右侧游1386.00m高程和1374.00m高程均设宽2m的平台，1386.00m高程以坡率为1：1.5，1386.00m以下坡率为1：1.75。

    3.3 路基断面分区设计

    根据填料岩性特点和工程经验，填方路堤主要填筑分区为粘土心墙防渗区、反滤土工布、砂砾保护层、堆石区、土石混填区及土工格栅。

    3.3.1粘土心墙防渗区

    由于库水位较低，路线左侧侧两岸地形较坝轴线位置略缓，地面线略高，便于布置两岸心墙底部的混凝土基座，开挖量和心墙填筑量相对较少，所以粘土心墻防渗区布置于路基中心线左侧。沼泽土、膨润土、散性粘土和地表土不能用作心墙料。防渗土料水溶盐含量不大于3%，有机质含量不大于2%，具有较好的塑性和渗透稳定性，碾压后应满足渗透系数不大于10～5cm/s。粘土心墙的压实度应不小于96%，最大干密度和最优含水率根据现场碾压试验确定。

    3.3.2反滤土工布

    用做反滤土工布的无纺土工织物单位面积质量为500g/m2，拉伸强度应能承受施工应力。

    3.3.3砂砾保护层

    砂砾保护层位于粘土心墙两侧及顶部，主要对粘土心墙料起反滤保护左右。砂砾保护层厚度1m。

    3.3.4堆石区

    主堆石区布置于砂砾保护层外侧，料源为附近灰岩料场爆破开采的连续级配石料，粒径小于0.075mm的含量P0.075≤5%，最大粒径Dmax≤400mm。压实后的干密度2.09t/m3，孔隙率n≤23%。每铺层厚度不超过0.5m，压实后渗透系数1～10-2cm/s。

    3.3.5土石混填区

    土石混填区位于主堆石区顶部，土石比例为3：7，料源为附近道路开挖石渣料或料场爆破石料，粒径小于0.075mm的含量P0.075≤8%，最大粒径Dmax=800mm。每铺层厚度不超过0.4m，压实后的干密度不小于2.05t/m3，孔隙率n≤25%。

    3.3.6土工格栅

    由于本段地基基础不均匀较强，填方体内共设置6层土工格栅，其中两层设置于路床内，两层设置于黏土心墙顶部，另外两层设置于右侧新老路基搭接处。土工格栅采用双向塑料聚合土工格栅，其纵、横向极限抗拉强度均≥100kN/m，纵、横向极限伸长率均≤10%，5%伸长率时纵、横向的拉伸力均≥55kN/m，焊点剥离力≥500N/m（如图1）。

    3.4 地基处理

    3.4.1 固结灌浆

    固结灌浆采用梅花形布孔方式，孔距为4m，排距为2m。固结灌浆深度按基岩强风化层厚度确定，确保固结灌浆伸入强风层底界，本工程固结灌浆深度为5～10m。固结灌浆深度较浅，工程量不大，为防止基岩拉裂应先进行固结灌浆施工，再进行防渗帷幕灌浆施工。

    3.4.2 帷幕灌浆

    基底防渗方式主要采取帷幕灌浆形式。帷幕沿心墙中心线布置，防渗帷幕深度为0.5倍水头即15m，两岸防渗帷幕分别伸入弱风化带底部。帷幕灌浆为单排孔，孔距2.0m。由于本工程水头小于30m，帷幕灌浆深度较浅，工程量不大，考虑帷幕在粘土心墙填筑前施工。

    4 结语

    （1）对于水库段饱和高填方路堤，应充分考虑其渗透、水位升降、波浪浸袭、水流冲刷和地下水雍升引起的湿陷影响，在水库水位以下采用防渗体进行处理，高填方路堤内设粘土心墙，为消除不均匀沉降，采用土工格栅处理。

    （2）对于路堤边坡坡面采用干砌石护坡，尽量采用附近灰岩料场爆破开采的连续级配石料，同时设置反滤层，防止土体冲刷掏空。

    参考文献：

    [1]CJJ 194-2013，城市道路路基设计规范.

    [2]何良德，宗泽.水库地区路基段面设计与防渗设计[J].公路，2006（12）.

    [3]李军生，曾宪营，张建成.大塘水库段路堤设计方案选择与实施[J].公路，2003（1）.

    [4]周震明，邬良正，郭开勇. 滨河路堤管涌整治[ J]. 路基工程， 2002， （2） .

    [5]丁浩. HDPE膜防渗技术在路基施工中的应用探讨[ J]. 工程技术， 2017， （3） .

    [6]杜政親. 刘家峡水库库区公路路基防护措施研究[ J]. 科技信息， 2013， （19） .

    [7]林梦. 水库地区浸水路堤设计探讨[ J]. 水电与新能源， 2014， （12） .