临海小芝至三门小雄公路路基工程评价分析

临海小芝至三门小雄公路路基工程评价分析

张强1唐兴茂2

张强1唐兴茂2

浙江省地球物理地球化学勘查院310005

【摘要】路基是路面结构的支撑体，在实践中常常出现的路面损坏现象大部分都是由于路基强度不足，稳定性变差，在外荷载作用下产生过量变形所致。路基的施工质量是获得坚实而又稳定的路基和保证路基路面整体具有良好使用性能的关键。如何快速可靠地进行路基施工质量的评价、有效地进行路基施工过程的质量控制和及时消除路基施工的质量隐患，是确保高等级公路路基路面质量和使用寿命的关键技术之一。本文结合实例，对临海小芝至三门小雄公路工程的路基基础进行评价。

一、工程概况

临海小芝至三门小雄公路工程位于台州临海小芝镇和三门小雄镇境内，线路基本呈东西向。

公路起于临海小芝镇，东至三门小雄镇，起止点桩号K0+000.00～K7+516.00m，全长约7.516km，沿线拟建1条伴山隧道（K2+231.00～K2+999.00m）、2座桥梁（胡家峙桥：桥梁中心桩号为K5+067m，跨径3×13m；山场桥：桥梁中心桩号为K7+384.5m，跨径1×13m）。2座桥梁均为小桥。

本工程采用交通部颁《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）的二级公路标准，设计速度60km/h，路基宽度8.5m。路幅布置为：土路肩2×0.5m+硬路肩2×0.25m+行车道2×3.5m。伴山隧道净宽10.0m，净高5.0m，为单洞双向双车道隧道。桥涵与路基同宽，设计洪水频率为P=1/50。

拟建工程的重要性等级为二级、地基复杂程度为二级、场地复杂程度为二级，综合确定本工程的岩土工程勘察等级为乙级。

二、工程地质分区及路段划分

1、工程地质分区

根据地貌类型、地层岩性、水文地质特征等进行工程地质分区，勘察区可划分为山前冲洪积平原区（Ⅰ1）、山前坡洪积斜坡地区（Ⅰ2）和低山丘陵区（Ⅱ）。各分区工程地质特征详见表5.1-1。

三、路基、路堑工程评价

1、正常路段

分布于山前冲洪积平原区和山前坡洪积斜坡区，一般浅部为冲洪积的含粉质粘土砾砂、坡洪积的含粉质粘土角砾、含粉质粘土砾砂，残坡积的含粉质粘土角砾，下伏全～中风化基岩。本路段工程地质条件较好，土层压缩性较低，强度较高，不存在老路基的地段可清除表层浮土、碾压密实后直接作为路基持力层，基础持力层超深的路段可采用一定级配的碎（砂）石分层压实至设计路面标高。

根拟建道路在原道路老路基范围内可采用浅基础，先清除表部混凝土路面后，以老路基下①0填土和②1卵石层作为路基基础持力层，分层填筑压实至设计路面标高。不在原道路老路基范围内，道路新扩建部分的路基沿线应以②1卵石或②2含粉质粘土砾砂层作为路基基础持力层，基础持力层超深的路段可采用一定级配的碎（砂）石分层压实至设计路面标高，经检测合格后，共同作为路基基础持力层。

2、一般路堑

路堑主要分布于伴山隧道进洞口、出洞口、以及山前坡洪积区局部路基路段。

伴山隧道出洞口基岩主要为凝灰岩，属较硬～坚硬岩，风化程度一般～中等，残坡积层较薄，局部强风化基岩出露，中风化基岩埋深较浅，工程地质条件较好，基岩爆破整平后可直接置于基岩面上。

伴山隧道进洞口、山前坡洪积区局部路基路段分布路堑，上部岩性主要为坡洪积的含粉质粘土角砾、含粉质粘土砾砂，下部为坡洪积的含粘性土碎石，物理力学性质一般，工程地质条件一般，整平碾压密实后可直接作为路基持力层。

路堑区的自然边坡较稳定，施工开挖则局部路段可能会出现掉块、小规模坍塌、小型滑坡等不良地质现象。

综上所述，一般路堑宜采用以下措施。

1）削坡

开挖边坡坡率主要根据地层岩性、风化和破碎程度，岩石产状及路堑坡向、高度、施工难度综合确定。当坡高较大或岩石风化程度发生变化而使工程地质性质差异较大时，宜采用分级削坡，两级间应设碎落台，台宽一般以2m为宜。

建议坡率：坡洪积层：1：1.25～1：1.50；残坡积层1：1.25～1：1.50；强风化层1：1.00～1：1.25；中风化层1：0.75～1：1.00。

2）护坡

路堑开挖过程中，应及时防护，避免边坡受风化及雨水浸泡，同时加强护坡措施。

3）排水措施

勘察区雨量充沛，路堑多为于丘陵山坡一侧，坡面流水较发育，一般呈片状顺坡而下。为此，对顺向坡须在路堑坡顶5m外设置截水沟，在坡脚处设置排水沟，将流水引出路堑区。

各开挖路堑段地形地貌、岩土工程地质特征及评价、结论与建议、工程地质平面图、工程地质纵断面图、工程地质横断面图等详见各工点图。

3、深路堑

路堑主要分布于伴山隧道进洞口、以及山前坡洪积区局部路基路段。

山体自然坡度较陡，最大开挖高度约25m。路堑上部岩性主要为坡洪积的含粉质粘土角砾、含粉质粘土砾砂，下部为坡洪积的含粘性土碎石，物理力学性质一般，工程地质条件一般。下伏基岩为凝灰岩，物理力学性质较好。因开挖高度较高，边坡稳定性降低，发生坍塌、崩塌、滑坡等地质灾害现象的可能性较大。

综上所述，本路段宜采用以下措施。

1）削坡

此类路堑一般均分为两级以上进行削坡，每级间应设碎落台，台宽一般为2.5m为宜。开挖边坡坡率主要根据地层岩性、风化破碎程度、岩石产状及路堑坡向、高度、施工难度等综合确定，建议坡率：坡洪积层1：1.25～1：1.5，残坡积层1：1.25～1：1.50，强风化层1：1.0～1：1.25，中风化层1：0.75～1：1.0，当岩石风化程度发生变化，或开挖中若发现不利边坡稳定的节理或节理组合而使工程地质性质差异较大时，应适当调整边坡坡率。

2）护坡

边坡应及时、分级护坡，工程地质条件较差坡面应采取适当的加固处理。建议一坡一设计，根据不同的地质条件采取与其相适合的支挡、加固措施。

勘察区雨量充沛，路堑多为于丘陵山坡一侧，坡面流水较发育，一般呈片状顺坡而下。为此，对顺向坡须在路堑坡顶5m外设置截水沟，在坡脚处设置排水沟，将流水引出路堑区。

各开挖路堑段地形地貌、岩土工程地质特征及评价、结论与建议、工程地质平面图、工程地质纵断面图、工程地质横断面图等详见各工点图。

3、深路堑

路堑主要分布于伴山隧道进洞口、以及山前坡洪积区局部路基路段。

山体自然坡度较陡，最大开挖高度约25m。路堑上部岩性主要为坡洪积的含粉质粘土角砾、含粉质粘土砾砂，下部为坡洪积的含粘性土碎石，物理力学性质一般，工程地质条件一般。下伏基岩为凝灰岩，物理力学性质较好。因开挖高度较高，边坡稳定性降低，发生坍塌、崩塌、滑坡等地质灾害现象的可能性较大。

综上所述，本路段宜采用以下措施。

1）削坡

此类路堑一般均分为两级以上进行削坡，每级间应设碎落台，台宽一般为2.5m为宜。开挖边坡坡率主要根据地层岩性、风化破碎程度、岩石产状及路堑坡向、高度、施工难度等综合确定，建议坡率：坡洪积层1：1.25～1：1.5，残坡积层1：1.25～1：1.50，强风化层1：1.0～1：1.25，中风化层1：0.75～1：1.0，当岩石风化程度发生变化，或开挖中若发现不利边坡稳定的节理或节理组合而使工程地质性质差异较大时，应适当调整边坡坡率。

2）护坡

边坡应及时、分级护坡，工程地质条件较差坡面应采取适当的加固处理。建议一坡一设计，根据不同的地质条件采取与其相适合的支挡、加固措施。

四、桥梁工程评价

（一）桥梁工程评价

本工程桥址浅部岩土性质一般，在桥梁荷载较小的情况下可采用浅基础，以②1卵石和②2含粉质粘土砾砂作为基础持力层，基础形式采用独立基础、墩基础或设计认为合理的其它基础形式。

桥梁亦可采用桩基础，可采用钻孔灌注桩，以⑤3中风化凝灰岩作为桩基础持力层，桩端全截面进入持力层深度≥1.0m。

7.2.2桥梁桩基承载力估算

本工程桥梁为嵌岩桩，单桩轴向受压容许承载力[Ra]可按《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）中公式（5.3.4）计算：

公式中：

[]——单桩轴向受压承载力容许值（kN）；

—端阻发挥系数；

—桩端截面面积（m2），按设计直径采用；

—桩嵌入各岩层部分的厚度（m），不包括风化层；

—桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值（kPa）；

—第层岩层的侧阻发挥系数，按设计直径采用；

—各土层或各岩层部分的桩身周长（m）；

—岩层的层数；

—覆盖层土的侧阻力发挥系数；

—承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度（m）；

—与对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值（kPa），

—土层的层数；

构筑物的部分墩台位置参照相应的钻孔分层情况及设计拟采用的桩型、桩径等，估算单桩承载力结果见表7.2-1：

注：式中参数C1=0.3、C2=0.024，承载力估算未考虑桩身混凝土强度。

五、隧道工程地质特征及评价

（一）隧道进出洞口工程地质特征及评价

1、隧道进洞口

隧道进洞口为斜坡地貌，自然坡度约为10°。植被发育，山体覆盖层厚度较厚，覆盖层主要由松散-稍密状坡洪积含粉质粘土角砾和含粉质粘土砾砂组成，下伏基岩为凝灰岩。据现场地质调绘，在进洞口（K2+231.0～K2+254.0）段坡洪积体现状稳定，施工时对隧道进洞施工影响较大。

发育三组节理：①75°∠80-90°，延伸长，紧闭，节理密度约3条/m；②135-150°∠75-85°，延伸长，紧闭，节理密度约2条/m；③195-200°∠80-85°，延伸长，紧闭，节理密度约2-3条/m。

该段地下水主要为孔隙性潜水及基岩裂隙水，水量贫乏，主要接受大气降水补给，水文地质条件较简单。

进洞口边、仰坡建议坡率：坡洪积层：1：1.25～1：1.50；残坡积层1：1.25～1：1.50；强风化层1：1.00～1：1.25；中风化层1：0.75～1：1.00。

建议加强支护，及时衬砌并加强排水，施工时做好超前地质预报工作。

2、隧道出洞口

隧道进洞口为斜坡地貌，自然坡度约为30-40°。植被发育，山体覆盖层厚度较薄，厚约0.5-2.0m，出露基岩为凝灰岩。

发育三组节理：①120-125°∠45-55°，延伸长，紧闭，节理密度约2-3条/m；②190-200°∠80-90°，延伸长，紧闭，节理密度约2条/m；③250-255°∠80-90°，延伸长，紧闭，节理密度约2条/m。

地下水主要为孔隙性潜水及基岩裂隙水，水量较贫乏，主要接受大气降水补给，水文地质条件较简单。

出洞口边、仰坡建议坡率：残坡积层1：1.25～1：1.50；坡洪积层：1：1.25～1：1.50；强风化层1：1.00～1：1.25；中风化层1：0.75～1：1.00。

建议加强支护，及时衬砌并加强排水，施工时做好超前地质预报工作。

（二）隧道分段工程地质特征及评价

1、K2+231.00～K2+381.20段

该段为隧道进洞口，处于丘陵斜坡，坡度约10°，进洞口表层为第四系坡洪积含粉质粘土角砾，厚约0.5-3.5m，灰黄色，松散-稍密；中部为第四系坡洪积含粉质粘土砾砂，厚约8.1m，灰黄色，稍密；下部为第四系坡洪积含粘性土碎石，钻至18.0m还没有揭穿，灰黄色，稍密-中密；下伏基岩为侏罗纪上统凝灰岩。强风化岩体节理裂隙发育，较破碎，岩质较硬；中风化岩体节理裂隙稍发育，岩质坚硬，岩体较破碎-较完整，局部破碎，Rc=31.7-71.0MPa。微风化岩体较完整，局部较破碎，岩质坚硬，风化作用轻微。该段地下水主要为基岩裂隙水及第四系孔隙潜水，赋存于裂隙或孔隙中，水量贫乏，主要接受大气降水的补给，水文地质条件较为简单。

该段隧道埋深较浅，隧道围岩岩体为第四系坡洪积层、强-中风化凝灰岩，围岩表层呈块状砌体结构，围岩稳定性较差-一般，其K2+231.00～K2+308.20段，[BQ]<250，为Ⅴ级围岩；K2+308.20～K2+381.20段，[BQ]=282，为Ⅳ级围岩。建议加强支护及排水措施，采用合理的施工方法，对地基土进行加固处理，并做好超前地质预报工作。

2、K2+381.20～K2+900.30

该段处于洞身段，隧道围岩为微风化凝灰岩，灰白色-青灰色，岩质坚硬，发育少量陡倾紧闭节理，岩体较完整-完整，该段地下水主要为基岩裂隙水，赋存于裂隙内，水量贫乏，由大气降水补给，水文地质条件较简单。

该段隧道埋深较深，但受构造影响，局部节理发育构造明显，围岩呈块状砌体结构，围岩稳定性好，[BQ]=441，综合评定为Ⅲ级围岩，建议对局部节理裂隙发育地段加强支护，并做好超前地质预报工作。

3、K2+900.30～K2+999.00

隧道出洞口处，位于丘陵斜坡，坡顶植被发育，边坡坡度约30-40°，出洞口表层第四系残坡积为含粉质粘土角砾，厚约1.3-1.6m，灰黄色，松散。局部基岩出露，为凝灰岩。强风化岩体节理裂隙发育，较破碎，岩质较硬；中风化岩体节理裂隙稍发育，岩质坚硬，岩体较破碎-较完整，局部较破碎，Rc=47.2-90.0MPa。微风化岩体完整，局部较破碎。

主要发育三组节理，①120-125°∠45-55°，延伸长，紧闭，节理密度约2-3条/m；②190-200°∠80-90°，延伸长，紧闭，节理密度约2条/m；③250-255°∠80-90°，延伸长，紧闭，节理密度约2条/m。该段地下水主要为基岩裂隙水，水量贫乏，由大气降水补给，水文地质条件较简单。

该段隧道处于出洞口段，埋深较浅，隧道围岩为强-中风化岩体，多呈块状砌体结构，危岩稳定性较差-一般。其K2+942.30～K2+999.00段，[BQ]<250，为Ⅴ级围岩；K2+900.30～K2+942.30段，[BQ]=338，为Ⅳ级围岩。建议加强支护及排水措施，采用合理的施工方法，对地基土进行加固处理，并做好超前地质预报工作。

六、不良地质、特殊性岩土

勘察区内不良工程地质问题主要有进洞口坡洪积体可能存在坍塌、滑坡是区内岩土体不稳定的主要因素，影响工程设计及施工安全。

1、进洞口坡洪积体潜在坍塌、滑坡

该段位于伴山隧道进洞口处，K2+122.00～K2+254.00段，现状为桔树林，现状稳定性情况良好。

该段浅部第四系坡洪积体厚度较大，上部含粉质粘土角砾，厚约0.5-3.5m，灰黄色，松散-稍密；中部为第四系坡洪积含粉质粘土砾砂，厚约8.1m，灰黄色，稍密；下部为第四系坡洪积含粘性土碎石，灰黄色，稍密-中密，钻至18.0m还没有揭穿。钻探过程中，漏水严重。由于该坡洪积体厚度较大，土体开挖可能出现失稳，潜在坍塌、滑坡隐患，对隧道进洞施工影响较大。

2、进洞口坡洪积体的处理措施

因山体自然斜坡较缓，且山体植被发育，开挖前边坡现状稳定性较好；在进洞施工中如开挖不当，可能出现斜坡失稳，在洞身穿越坡洪积层时，地基土尚需进行加固措施。如进洞坡度缓，可考虑采用路堑开挖方式进入；若坡度较大，可考虑采用管棚加超前支护措施。

建议加固并做好排水措施，采用合理的施工方法，并做好超前地质预报工作。

七、建议与结论

（一）建议

1、本项目低山丘陵区，基岩面起伏变化较大，设计、施工时应注意基岩面起伏。

2、隧道进洞口坡洪积体土体松散-稍密状，在进洞施工中如开挖不当，可能出现斜坡失稳，应采取加固措施。如进洞坡度缓，可考虑采用路堑开挖方式进入；若坡度较大，可考虑采用管棚加超前支护措施。

3、K0+000～K1+160、K1+843～K2+122、K3+703～K3+680路段可清除浮土，整平碾压密实后可直接作为路基持力层。

4、K1+160～K1+843路段，根据拟建路基高程，原道路老路基沿线范围道路可采用浅基础，挖除原混凝土路面后，以老路基下①0层填土、②层含粉质粘土砾砂共同作为本路段路基基础持力层，碾压密实后利用。

不在原道路老路基沿线范围内，道路左侧新扩建部分的路基沿线应以②层含粉质粘土砾砂作为路基基础持力层，基础持力层超深的路段可采用一定级配的碎（砂）石分层压实至路基高程，经检测合格后，共同作为路基基础持力层。

5、K3+680～K7+516路段，根拟建道路在原道路老路基范围内可采用浅基础，先清除表部混凝土路面后，以老路基下①0填土和②1卵石层作为路基基础持力层，分层填筑压实至设计路面标高。不在原道路老路基范围内，道路新扩建部分的路基沿线应以②1卵石层作为路基基础持力层，基础持力层超深的路段可采用一定级配的碎（砂）石分层压实至路基高程，经检测合格后，共同作为路基基础持力层。

6、K2+122～K2+254、K3+049～K3+703该路段处于山前坡洪积斜坡地区，浅部为含粉质粘土角砾，下部为含粉质粘土砾砂层，物理力学性质一般，工程地质条件一般，整平碾压密实后可直接作为路基持力层。

该段自然边坡较稳定，开挖时则可能会出现掉块、小规模坍塌、小型滑坡等不良地质现象。开挖过程中，应及时防护，避免边坡受风化及雨水浸泡，同时加强护坡措施。

7、本工程桥梁桥址区浅部岩土性质一般，在桥梁荷载较小的情况下可采用浅基础，以②1卵石和②2含粉质粘土砾砂作为基础持力层，基础形式采用独立基础、墩基础或设计认为合理的其它基础形式。

桥梁亦可采用桩基础，可采用钻孔灌注桩，以⑤3中风化凝灰岩作为桩基础持力层，桩端全截面进入持力层深度≥1.0m。

8、注意加强环境地质保护，规范弃渣，以免因工程建设诱发新的环境地质问题。

（二）结论

1、本次勘察工作按照规范要求进行，工程地质勘察报告中提供各项工程地质条件的资料、评价，基本达到有关规定的技术要求，可作为初步勘察设计阶段的工程地质依据。

2、勘探深度范围内揭露的地层可划分为5个工程地质层组，12个工程地质层。

3、场测区地震动峰值加速度小于0.05g，相当于地震基本烈度小于Ⅵ度区。

可根据《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）有关规定进行地震设防。地震特点是强度弱，震级小、频率低，对工程影响小。

4、据场地水质分析，按《公路工程地质勘察规范》（JTJC20-2011）判定得：本工程为Ⅱ类环境类型，按环境类型场地地下水和土对混凝土结构具微腐蚀性，按地层渗透性场地地下水和土对混凝土结构具弱腐蚀性；地下水和土对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。