高速公路路堤高度的考慮

侯 偉

平原地區、軟土地基上高速公路工程建設中存在路堤臨界高度的問題,并且隨著公路建設的發展其問題日益突出。高填路基能夠滿足路基工作區要求,有效阻隔毛細水上升,使路基保持中濕或干燥狀態。但當路基填土較高時,必然會帶來占用土地多、軟基處理費用高等問題,加之施工質量控制等因素,路堤及地基工后沉降較大,也影響了運營后的行駛舒適性,且較高的路堤與周邊環境難以協調,行車安全性也較差[1]。我國地大物博,但人均耕地則很少,珍惜土地資源、合理利用土地和切實保護耕地是我國的基本國策,低路堤是今后高速公路建設應重點解決的問題之一。

1 公路路基的基本要求

路基是公路工程的重要組成部分,是路面的基礎。它是一種線狀結構物,具有距離長、與大自然接觸面廣的特點。路基質量的好壞,將直接影響到路面的使用質量。路面的損壞往往與路基排水不暢,壓實度不夠,強度低等有直接的關系,而且修復難度大、費用高。因而,對路基的使用要求主要有以下兩方面:1)穩定性。在地表上開挖或填筑路基,必然會改變原地層(上層或巖層)的受力狀態。原先處于穩定狀態的地層,有可能由于開挖或填筑而引起不平衡,導致路基失穩。路基的失穩會導致交通阻斷,乃至引起交通事故。由此可見,保證路基穩定對提高道路暢通和行車的安全非常重要。因此,高速公路的路基工程應嚴格按照交通部頒發的有關公路設計與施工的標準、規范的規定進行精心設計、精心施工,并依據當地的自然條件、水溫情況、人為因素等,因地制宜,以保證路基具有足夠的強度、穩定性和經濟合理性。2)變形。路基和路基下的地基,在自重和車輛荷載作用下會產生變形。地基軟弱、填土疏松或過分潮濕時,所產生的沉陷或固結變形和不均勻變形,會導致路面出現過量的變形和應力增大,促使路面過早損壞并影響行駛舒適性。為此,應選擇合適填料,進行充分壓實,改善水溫狀況,加固軟基等措施,以控制路基和地基的變形量,給路面以堅實的支承,保證其性能和使用壽命。

2 路堤高度的主要影響因素

公路路基高度是指填方路基的填筑高度和挖方路基的開挖深度,即路基設計標高與原地面標高之差。路基的最小填土高度取值取決于路基相對高度的取值。路基相對高度是指路床表面距地表長期積水水位或地下水位的高度。1)路基平縱斷面設計標準。公路路基是沿路線位置按照一定的技術要求,在地面上分層填筑或開挖的帶狀土工構筑物,在公路設計中,公路路基高度是由路線的平縱斷面設計決定的。為了能使車輛在高速公路上平穩、安全地行駛,高速公路的技術標準決定了對高速公路的平面線型、縱斷面線型、最小圓曲線半徑、最小豎曲線半徑、最大縱坡、最短設計坡長等都有明確的技術規范值。2)路基濕度和模量要求。由于一般路基土的物理、力學性能與含水量相當敏感,為了保證路基具有足夠的強度和穩定性以及合適的上部路面結構,一般要求路基的濕度狀況不可太差。土的相對含水量和土的類別、密實度等,都是影響土基強度的重要因素。為了保證路基土在公路建成后具有足夠強的力學性能,在公路修建過程中,我國工程技術人員通常以路基土處于硬塑狀態以上為設計標準,也即控制路基的濕度狀態在中濕狀態以上,根據各地區自然區劃確定。當然在干燥地區,路基濕度狀況優良,路基高度一般不受濕度狀況制約,但通常應便于道路排除雨水。3)其他建(構)筑物或特殊需要。路基填土高度對各種等級公路設計都是一個基本問題,只是在低等級公路設計中,影響因素較為簡單,只需滿足路基穩定的最小填土高度和橫向排水要求,縱坡設計的主要目標是在較高的縱向指標和最經濟的土石方工程兩者之間找出最佳組合。而高等級公路,尤其是一級汽車專用公路、高速公路的路基填土高度控制的主要因素是全封閉高速公路與被交國道、地方干道、鐵路線和兩側過往機耕道等下穿式結構物對通行高度的要求。

3 高路堤的優劣

高速公路之所以形成以高路堤為主的現狀,有其自身的優點:1)較容易滿足公路線形標準,車輛行駛條件較好。2)能有效阻隔路基土毛細水的上升,控制濕度,保證模量和強度。3)便于在必要路段設置下穿結構物,方便公路兩側通行。

但是,高路堤容易帶來一系列問題:1)占地多。道路工程的興建需要挖掘運送大量的原狀土方,需要占用耕地或山體爆破。2)浪費錢財。路基高度的增加,必然會導致路基土石方、道路征地等費用的增加。3)容易造成路面沉降或開裂。采用高填路基的辦法后,不同程度上都出現路面沉降或開裂現象,在軟土地段情況尤為突出。4)施工周期長,質量難以保證。高路基需一層一層夯實修筑,花費時間多,質量也難以保證,特別是雨雪天氣。5)危及交通安全。由于路基抬高,兩側邊坡比較陡峭,一旦發生車輛撞到翻越右側護欄的交通事故,則車輛將從比較陡峭的邊坡滾落下去,后果極其嚴重。6)改建和擴建困難。拓寬改建難度相當大,特別是新老路基的不均勻沉降問題。

4 低路堤的優劣

采用低路堤方案存在如下優點:1)低路堤不僅公路主體大大節約了用地,更減少了路基取土用地,保護土地資源。2)低填路段可將邊坡放緩,形成緩沖帶,提高了行車的安全性。3)由于降低了路基,減少了土方挖掘運輸、碾壓費用,并可適當節省大量不良地基處理費用。4)對于今后高速公路拓寬改造來說,無疑有著工程費用低、易拼接及工期短等優勢。

低路堤設計方案也容易帶來一些問題:1)路床不易得到充分壓實,特別是軟基路段,承載力難以保證,受力條件較差。2)當地下水位相對較高時,容易降低路基的承載力。3)可能不利于中央分隔帶排水設計。4)采用低路堤設計,橫向通道設置困難,可能給當地生產生活帶來諸多不便。

5 結語

路基填土高度的取值隨工程當地土質條件、道路等級、路基填料品質的不同而不同,高路堤和低路堤各有其優點和不足之處。較低的路堤則可以較好的保證經濟效益、社會效益和環境效益三者的統一,并避免高路堤穩定性問題和過量工后沉降對路面結構、行車安全和舒適產生的不良影響。因此,結合我國實際,應綜合考慮道路等級與設計標準、用地條件、交通安全、路基濕度、路基填料等因素的重要程度,此時應將路基高度適當降低,當然同時應采取其他加固措施確保路基的性能不下降。但亦不宜過低,最好控制在一合理高度。由于該技術在國內還不夠成熟,仍需加強相關研究和實踐驗證。

[1] 李立國.平原區高速公路合理降低路堤填筑高度的探討[J].現代公路,2009(3):150.

[2] 張江洪,王書伏,丁小軍.平原區高速公路合理降低路堤填筑高度方案的探討[J].公路,2005(1):71-73.

[3] 馬成勇,彭月明,宮長興.高速公路軟基路堤臨界高度研究[J].交通科技,2008(1):59-61.

[4] 鄭曉國,劉松玉,經 緋.軟土地基路堤臨界高度確定方法探討[J].公路交通科技,2005,22(10):35-39.