概述

2003 年204 国道改建工程，在跨越季节性河流新沂河时，为节省工程造价经多方论证决定采用过水路面结构形式，在对过水路面设计和施工方案的研究和探讨过程中，提出沿海软土地基的典型路面结构和浅层抛石挤淤处理沿海地区深厚软基的相关设计指标问题，在公路通车3 年多，经历3 次洪水的冲击，日交通流量约10000 辆运营的情况下对道路状况进行检测，检测结果：路基无明显沉降，沉降值最大值为50mm，混凝土板块弯沉值最大值19，混凝土板块未出现断裂，仅局部存在缺边掉角现象。

2003 年204 国道连云港段150km 全线进行改建，设计标准为二级公路，路线在灌云县境内穿越新沂河，连云港市灌云县位于鲁中南丘陵与淮北平原的结合部，东临黄海，境内水系发达，新沂河西起骆马湖嶂山闸，东至灌河口入黄海，为一平地筑堤束水漫滩季节性行洪河道，是沂沭泗流域的主要排洪河道，两岸筑有大堤护岸，泄水量7000m/s，是沂河下游入海水道。路线经过新沂河处河道顺直、稳定、河口宽约3100m，每年6、7、8 月洪水期间，洪水布满河道，平时流量很小在河道有3 处宽约30m 泄水沟排水，堤顶宽约7m，大堤稳固，河道植被良好，漫水路中心线与河道水流方向成大致80°交角。当地政府为充分利用地产石料丰富、节省工程投资，计划采用过水路面方案穿过新沂河。

1设计区域工程地质概况

根据204 国道、连徐高速、汾灌高速、连盐高速公路及省道242 工程地质详勘资料，连云港地区第四系较为发育，大面积为第四系松散沉积物所覆盖，连云港地区的冲海积、海积软土的高粘粒含量，表现出高液限，颗粒比表面积大，颗粒带电明显，结合水膜厚，孔隙大，从而表现出连云港地区软土具有高含水量、高液限，低密度、低强度、高压缩性、低透水性，高灵敏度的特点。同时由于该区软土中夹薄层粉上粉砂的不规则性，表现出多数物理力学指标的离散性和不确定性的一面。本项目区域位于不良地质路段主要有软土，海相沉积的淤泥、淤泥质粘土地段厚度普遍较大，软土厚度一般为8.0～16.0m，软土天然含水量44.32%～77.41%，天然孔隙比1.209～2.126，压缩系数0.69～3.157MPa，固结系数1.081～2.827cm/g。粘聚力2.5～10.5kPa，内摩擦角1～5°，先期固结压力一般为50kPa，压缩系数Cc 一般为0.687，软土层属稍欠固结土或正常固结土，在软土之上有一层厚度0.4～1.0 的粘土硬壳层。

2设计方案的比选

2.1 过水路面第一方案

2002 年建设单位委托某省设计院作项目设计，设计院提出的方案是从地面平均下挖1.6m，先作1.1m 高度、石灰含量8%石灰土路基，路面底基层采用25cm 厚8∶12∶80 二灰碎石，上面用1cm 沥青封层，面层为24cm厚普通水泥混凝土路面，由于该设计院对当地地质情况没有进行详细勘测，缺乏对软基处理经验，提出方案初审没有通过，方案存在主要问题。

（1） 没有考虑沿海软土路基特点，给以后路基产生道路工程较大沉降留下隐患。

（2） 结构设计没有充分考虑水的危害。地下水危害。由于地下水位较高，地下水在毛细孔作用下侵蚀石灰土路基，石灰土路基整体强度降低。雨水危害。雨水会透过路面纵、横缝渗入基层，在行车荷载作用下水和细集料从板缝中泵出产生唧泥现象，使混凝土板下脱空，导致断板。洪水危害。行洪期间洪水对边坡的冲刷和透过路面纵、横缝渗入基层造成基层的松散。

在沿海软土地基采用过水路面结构技术研究上，国内外在有关地基处理和路面结构设计的书刊中很少有这方面的理论研究与施工方法，在有些书刊上有所提及，但也少有论述，而且它的适用范围被认为也只局限于地质条件比较好的山区。过水路面在沿海软土地基应用能否成功主要解决两个问题：一是对软土路基的成功处理，二是道路整体的防水效果。

2.2 软土路基处理原则

2.2.1 软土路基处理的思路及原则

软土路基的处理是从稳定、沉降及满足构造物的承载力要求等方面进行分析。路堤稳定计算采用有效固结应力法。路基沉降量采用分层总和法（e-p 曲线）计算主固结沉降Sc，并采用经验修正系数对其进行修正，经验系数Ms 取值为1.1～1.4。地基的固结度采用太杀基固结理论计算。

2.2.2 软土路基处理设计方案

由于软土路基在全线均有分布，为海相沉积的淤质粘土，且埋深较浅，软土地基普遍存在着天然强度低、孔隙比大、压缩性高、渗透性小的特点，对路基的稳定和沉降影响较大，如何确保路基稳定和控制工后沉降是设计考虑的首要因素，国内外水泥路面施工规范以往一般不提及对路基的技术要求，面板是坐落在基层上的，似乎与路基无关，根据我国十多年的施工实践表明水泥路面通车3 年之内，因路基不稳定、不均匀沉降造成的断板及沉降现象不断发生，一般处理软基常采用湿喷水泥搅拌桩、预压、加设土工合成材料、换填碎石等方法处理。

2.2.3 沿海软土地基上的典型路面结构

根据已掌握地质钻探资料进行初步分析计算，沿线范围内公路软土处理的路堤临界高度为3.5m 左右，考虑到线路经过河床为泄洪通道，路基填土高度根据水利部门要求不能高于原河床断面。我们根据多年的施工经验结合设计理论提出新的设计方案为：从地面平均下挖1.6m，先作1.1m 高抛石挤淤路基，路面底基层采用25cm 手摆片石灌浆，面层为24cm 厚钢筋水泥混凝土路面，路肩、路基边坡、边沟、坡面用浆砌片石防护，浆砌片石护坡的厚度为0.35m，护坡底面设置0.15m 碎石层。

3 深厚软基的设计指标和施工要点

抛石挤淤处治厚度大的淤泥地基，不能将淤泥完全置换，即只进行浅层抛石挤淤，则相当于在软土层上构造了一人造硬壳层，但对于人造硬壳层的厚度，强度及材料要求则需要进行论证和计算。

3.1 抛石处理厚度和宽度的设计

新沂河地区软土层较厚，且其上硬壳层较薄，个别路段无硬壳层分布，由于软土层较厚，如果把淤泥层全部抛石置换，将增加较高的工程造价，而且从公路工程技术要求上来看，也没有必要处理到持力层，只需要满足沉降、处理后的回弹模量要求即可，最终确定合理的处理厚度和宽度。

3.1.1 总沉降

抛石处理后的路基沉降与处理厚度和宽度有关，一般来说处理厚度越厚，宽度越宽，路基总沉降就越小，但提高处理宽度和厚度的设计值，将增加抛石的工程量，工程造价也会大幅增加。因此，为满足一定的沉降控制要求和较好的经济性，必存在一个经济合理的抛石厚度和宽度。抛石宽度根据多组数据比较得出宽度大于坡角或边沟外边缘2m 为宜。沉降S 的计算包括抛石层本身的压缩沉降S_m（主要是碾压施工过程中的压缩量） 和未完全处理的软土地基沉降S_g，即S=S_m S_g抛石厚度要求有足够的深度以置换可能被剪切破坏的软土层，同时在宽度上要满足应力扩散的要求。在确定最小厚度和宽度时，路基沉降每月平均不超过S₀= 5mm，S₀由路基填土高度，软土层厚度，施工工艺等决定，即S≤S₀

3.1.2 回弹模量

在对抛石挤淤厚度进行设计时，还需根据软土土基的回弹模量、抛石材料的回弹模量以及换填后路基整体要求达到的回弹弯沉(或回弹模量)，利用层状体系理论计算确定抛石换填层厚度。其中，软土土基的回弹模量可通过现场承载板试验测得；抛石料的回弹模量可根据拟采用的抛石材料及要求达到的压实度、含水量在室内制备试件，利用室内承载板试验测得；换填后的路基整体的回弹弯沉可由对应的回弹模量计算求得，通常情况下要求路基顶面的回弹模量达到30MPa。

3.2 抛石填料的要求

抛石填料成分的组成就直接影响到抛石挤淤的效果，如果填料级配很差，将影响到后续的压实效果。采用抛石挤淤法处理深层软土地基，应尽量避免填料成分的混杂，要保证大直径块石的含量的比例，一般石料含量要大于70%，这样才能保证挤淤的效果。路基挖到路基底面标高时，对于淤泥地基还在水中的情况下要用20～50cm 大径块石抛填至路基底标高，路基分两层施工，一般路段第一层60cm 厚用15～30cm 块石抛填，第二层50cm 厚用于换填的碎石土中的碎石为未风化的砾石或轧制碎石，其含泥量不大于5%，最大粒径不大于20cm。

3.3 抛石挤淤施工工艺

在过去的道路建设中，连云港地区积累了一定的抛石挤淤软基处理经验，但这些经验也缺少一定的理论指导和支持，现行公路设计施工规范中许多条文是借鉴填土路基和土石混填而来的，或者是取自水利、铁路工程施工经验，尚存在诸多不完善之处，而且对于施工工艺的要求过于简单，没有定量的技术指标，缺少现场指导性，同时现场施工工序尚未成熟，还没有形成较为统一、完善的技术要求。

3.4 抛石挤淤施工质量控制

根据填石路基的特点，结合该路段填石路堤施工，对现场质量控制主要从压路机碾压痕迹、沉降观测、回弹弯沉方面进行质量控制。

3.4.1 压路机碾压痕迹控制

由于抛石挤淤采用石料粒径偏大，无法做压实度、加州承载比(California Bearing Ratio) 简称CBR 试验，根据经验总结抛石挤淤填筑路基现场质量控制以重型静载压路机18～21t 碾压痕迹检测简便容易判断，碎石路基填筑从第二层开始以重型静载压路机18～21t 碾压几遍后如无明显碾压痕迹即该层碾压合格。

3.4.2 沉降观测控制

（1） 填石层的压缩量

填石层在其上部荷载作用下的分层沉降数据：通过分析压实后填石层在其上各级荷载作用下的压缩变形，可以分析填石的弹性状态，观测中将两块沉降板分别放置在所需观测的地基表面和填石层上，通过观测两块地基板的沉降差即得填石层的压缩量。

（2） 交工后沉降量

交工后对路堤表面的沉降数据进行定期连续观测，通过这部分数据可以分析填石路堤在工后环境、荷载作用下的沉降变形情况，一方面可以论证施工期压实工艺的效果，另一方面可以研究填石材料的工后变形特性。

3.4.3 回弹弯沉测试

道路面在汽车荷载作用下产生的最大竖向变形称为总弯沉。与其他材料或结构的变形相同，当路面在变形且未达到破坏顶点时，车轮荷载去除后，变形会有部分恢复。可恢复的变形值称为回弹弯沉。由于很难测到路面同一点在荷载作用前至荷载作用时的变形(即总弯沉)，因此，大多测路面的回弹弯沉。可采用贝克曼梁测定填石路堤的回弹弯沉，以反映路堤的整体刚度。

通过抛石填筑后路基顶面的弯沉测试数据整理，得到该路段石料填筑路基的代表弯沉值，根据现场测得的弯沉数据，以及石料的泊松比，测试时车轮的垂直压力等取标准值，计算得到石料的回弹模量，将这一石料强度与路基填筑强度要求相比较，看是否能满足要求，一般情况下回弹弯沉值控制在0.01 (1/100mm) 以内。

4基层手摆灌浆片石施工工艺

4.1 技术要求

手摆片石基层，是把上小下大接近截锥体的石块，用手工铺砌再用水泥砂浆灌缝经振捣凝固形成整体，是我国传统的一种手工铺砌结构。片石质量应符合设计要求，高度约等于层厚25cm的0.7 倍，为了便于施工，根据设计数量在铺砌前可将石料分段分别堆放在两侧路肩上，放样时沿路槽两边缘补钉边桩，在两对称边桩的中间，量出中桩位置补钉中桩。在各桩上量出铺砌高度，高度比设计高度高3cm，按标记高挂好小线作为控制高度。

4.2 施工程序

4.2.1 铺砌石块

先沿路面横向按标准样桩铺砌一行石块作为标准断面，然后按照标准断面逐步向后铺砌。在弯道超高和路线纵坡较大时，宜自弯道内侧和纵坡地处开始。在路面两边缘处，应选择比较大的石块铺砌。铺砌的操作人员，一般是采用后退法 （即面向已铺好的铺砌层），沿路面宽度同时进行，两边缘铺砌人员，应领先铺砌，呈一半圆形退行作业，这种方法有利于选择块料和找平，以及处理砌缝的交错。铺砌时，石块的长边应与路中心垂直，同时要注意把石块的大面朝下，底稳挤紧，必要时用手锤将石块敲紧。相邻两石块底边空隙大于 3cm 时，应将石块突出部分用手锤敲掉，成为比较规整的料石后再用。当铺砌到一定长度后，由铺砌人员自检，如有高出样桩的，用手锤敲掉，达到高度基本一致。

4.2.2 水泥砂浆灌缝

铺砌石块路面完成 100m 时，可对其灌缝，灌缝采用水泥砂浆，在石块路面上均匀铺 5cm 砂浆，用振动板在上对其振动，振动板纵横交错作业，缺料部分，应辅以人工补料找平，直致砂浆不下陷灌缝为止，振动板移位时，应重叠 100～200mm，振动板在一个位置的持续振捣时间不应少于 15s。振动板须由两人提位振捣和移位，不得自由放置或长时间持续振动。移位控制以振动板底部和边缘泛浆厚度 3±1mm 为限。

5 面层钢筋混凝土施工工艺

5.1 钢筋混凝土面层配筋设计

钢筋混凝土面层配筋数量是为平衡混凝土面层收缩限制时产生的拉力。当混凝土面层收缩时其中央两侧向内的摩阻力为一半面层混凝土的质量乘以其与基层的摩阻系数，这一摩阻力即为作用于混凝土面层中央的拉力，并假定沿面层断面平均作用而由钢筋承受。钢筋混凝土面层的配筋率与面层平面尺寸和气候因素有关，一般为0.1%～0.2%。

5.2 钢筋网的加工和安装要求

5.2.1 钢筋网的加工

钢筋网所采用的钢筋直径、间距，钢筋网的位置、尺寸、层数等应符合设计图纸的要求，钢筋网焊接和绑扎应符合国家相关标准的规定。

5.2.2 钢筋网的安装

单层钢筋网的安装，在确保精度的条件下，可采用两次摊铺，中间摆设钢筋网的安装方式。钢筋网的安装高度在面板下 1/2 处，外侧钢筋中心至接缝或自由边的距离不宜小于 100mm，并配置 4～6 个/m2 焊接支架或三角形架立钢筋支座，保证在拌和物堆压下钢筋网基本不下陷、不移位，单层钢筋网纵筋应安装在底部。

6 结论

（1） 过水路面整体要具有防水功能:路面采用钢筋混凝土路面或水泥混凝土路面、基层采用手摆灌浆片石或素混凝土、路基采用碎石填筑、路基边坡和边沟防护采用浆砌片石结构是一种典型的过水路面结构，它即能防止雨水和洪水对路面结构的破坏也能抵抗也能抵挡地下水的侵蚀。

（2） 浅层抛石挤淤法可以在深厚软土路基中形成硬壳层并具有一定强度足以承担道路和行车荷载的压力，确定了抛石挤淤的厚度和宽度，明确现场质量控制主要从压路机碾压痕迹、沉降观测、回弹弯沉三个方面进行检测。

概述

自辽宁省交通厅出台 “八五网化、九五乡乡通、十五村村通、十一五屯屯通、十二五新农村建设”等农村公路政策后，对农村公路的投资结构进行了重大调整，加大了对农村公路的投入，组织实施了提高农村公路通行条件的通达、通畅工程。在实际工作中，农村公路跨河构造物的修建，受到地形、地质和投资不足的限制，修建桥涵十分困难，而过水路面作为一种排水构筑物，因其工艺简单、施工方便、造价低廉、建筑高度低、抗震性能好，从而在辽西地区道路建设中发挥了重要的作用。

一、过水路面形式及特点

1、过水路面的形式

过水路面具有受地形限制小，可因地制宜选择设置的优点。常见的过水路面形式主要有两种：混合式过水路面与漫水桥结合过水路面。

（1）混合式过水路面：混合式过水路面是指圆管涵和过水路面的结合形式。它适合修建于平时流水量很小，但雨季水量增加较多，地势较低的峡谷性河流上。一般来说，在这样的地形上，若修建小桥，可能会因雨季水流量的突增，导致流水漫延冲刷桥两侧路基或田地等；况且建桥的投资成本也大。而修建混合式过水路面，既可以保证平时的少量流水从圆管涵中流过，当山水倾泻而下时，又可以从路面上很快流过，不会因淤积而冲毁路基；并且混合式过水路面比小桥的建设成本节省近 75%。农村公路建设中由于桥梁投资额严重不足，因此，这种混合式过水路面是上佳的选择。

（2）漫水桥结合过水路面：所谓漫水桥是指在低等级公路上，跨越常水位与洪水位高差较大且不通航的河流，同时洪水时间较短、交通允许暂时中断的条件下，桥梁标高可按常水位设计，洪水时允许水流从桥面漫过的桥梁。在农村公路建设过程中，由于受到资金、地形等限制，不能修建百米以上大桥。对于农村公路河流，虽然平时无流水或者流水量很小，但在雨季则会爆发山洪，河中水流不仅流量大，而且流速很急，为了保证一些重要的农村公路不再成为断头路，也为了百姓能在雨季安全顺利的通行，可以尝试在百米以上大桥的桥位上，采用漫水桥加过水路面的形式来代替百米以上大桥。

2、过水路面的特点

过水路面作为路面的一种结构形式，这种结构最大的优点是成本低，既可解决通畅问题，又可解决排水问题，既有经济效益，又有社会效益。其主要特点如下：

（1）工艺简单、施工方便、工期短。与修筑桥涵相比，由于不需要建设桥墩、涵洞等，故过水路面的施工简单、方便，从而也就缩短了施工期限。

（2）造价低廉、经济效益高。过水路面最大的优点就是造价低廉，对于低等级的农村公路而言，是十分适合的。这不仅解决了农村公路建设过程中的资金不足，而且能够充分发挥农村公路的地理优势。因此，过水路面在农村公路建设中带来了很大的经济效益。

（3）抗震性能好、社会效益好。过水路面的路基稳定，因而具有很好的抗震性能。因此，过水路面具有很好的通达性，尤其是抗险救灾时期，能够保证交通畅通，进而带来了巨大的社会效益。

二、过水路面位置的选择

过水路面位置的选择是过水路面设计的重要步骤，过水路面择位恰当与否，直接关系到路基的稳定、过水路面的使用功能以及工程造价的高低。因此，只有合理的选择过水路面的位置才能做出正确合理的设计。过水路面的位置选择基本上应服从路线走向，但当河沟宽浅时，可根据实际情况做适当调整，结合选线共同确定其位置。一般要求要与洪水位流向垂直，斜的过水路面会增加工程量和阻水面积，但也不要强求正交，造成桥头线形标准过低，行车不便。此外，过水路面所处的位置，还需要考虑以下几点：

(1)河面宽、河床稳定、水流顺道。

(2)平时无水或者水很浅，洪水时整个河滩流水，水流慢，不向一边冲深。

(3)上游两岸堤坝坚固，做过水路面后，不至于冲坍堤坝，淹没农作物和村庄。

(4)与修建永久性桥位结合考虑，使改桥时改线不长。综上所述，过水路面位置的选择应根据其用途和近、远期交通流向和流量的需要，结合路线平、纵面和水文、地形、地质等条件，以及对邻近构筑物和公用设施的影响大小等要求综合考虑来确定。

三、农村公路过水路面设计施工要点

过水路面虽然有很多优点，但也存在一些不容忽视的缺点。主要有：混凝土面层受水冻融侵蚀易破损；和沥青混凝土路面的连接处跳车，易破损；较短的过水路面使纵坡变换频繁，易造成颠车；阻水拦沙，易造成上游淤积、下游冲刷；洪水时造成短时间阻车；受河流地下水位影响出现冻胀，导致横纵裂缝等。但只要在设计施工中加以注意，以上缺点也会迎刃而解。比如跳车问题一般是由于过水路面的长度过短或者是竖曲线的半径和位置不当导致的，如果能在设计阶段充分考虑，就能避免这个问题。针对混凝土面层易破损的情况，需要施工时选择合适的配合比，同时加强振捣，保证所用原材料的数量和质量。修建混合式过水路面时要注意防止冲刷，一般可采用修建拦水坝或进行河道铺砌等措施。此外，过水路面在行车和洪水作用下容易遭到破坏，应特别重视日常养护。

(1)经常保持路面整洁，及时清除淤泥杂物，保持顺适，整洁。在路面两端设立水准标尺以及禁通水位标线。

(2)对于松动、冲失的铺砌层石块，必须及时用水泥砂浆填塞或座浆砌石平整。

(3)过水路面发生沉陷断裂，应及时修理、挖开铺砌层。首先处理好基层，使其达到 90%以上的密实度，然后将原填料更换为 20-30cm 厚的水泥砂跞，最后修复铺砌层，必须平整加固。

(4)过水路面的护坡易冲刷破坏，尤其是下游坡脚。除修复外，还应增设柔性护坡，随冲随沉，防护效果好。总之，如果能够精心设计，精心施工，过水路面也能长久的发挥它的功能。因此，在投资不充足的低等级农村公路建设中，还是很值得推广和采用的。

四、结束语

通过以上分析我们可以看出在农村公路建设中，相对于修筑桥梁而言修筑过水路面更切合实际、经济可行。过水路面的造价低、工期短，施工组织灵活、工艺简单，不仅能起到以小代大、事半功倍的效果，还能使有限的资金发挥更大效益，应大力推广使用。