淺談山嶺重丘區高速公路路基路面設計

白樺 方東 孫楠

淺談山嶺重丘區高速公路路基路面設計

白樺 方東 孫楠

通過某高速公路路基路面設計實例,根據工程地理位置及地形地貌,歸納了路基設計原則及標準,探討了高填路基及深路塹路基的設計內容及邊坡加固措施,從而保證路基設計的安全合理。

路基路面,高填深挖,軟土路基

1 項目概況

1.1 地理位置

長安高速公路長治—平順段第二合同段是山西省高速公路網“3縱 11橫 11環”主骨架及連接線的重要組成部分,同時也是長治市公路網規劃中“三通”(通省高速路、通縣一級路、通村水泥路)和“一環”(繞城高速路)的重要組成部分,是山西省東南部地區的一條重要出省通道。

項目的建設可進一步完善山西省內高速公路網絡,使高速公路對國土資源、區域經濟的整合和聯系作用進一步加強,促進山西省經濟社會一體化的發展。還可與長晉高速公路、長邯高速公路、長安高速公路(河南省段),G 207,G 309,S325,S324,S226等國道、省道及許多縣鄉道路溝通,形成長治市層次分明、功能明確、運輸高效的公路運輸網絡,發揮高速公路建成后的波及、開發和潛在效應,帶動周邊地區經濟的快速增長。同時也對調整公路沿線產業結構,增強煤炭產業區之間、旅游產業區之間的便捷連接,促進沿線經濟帶的形成,帶動山西經濟的發展發揮重要作用。

路線起點位于河坪辿南側600m的關家嶺隧道內,高程海拔700m左右,與長安高速公路河南省段銜接(K 0+000)。終點位于長治市壺關縣集店鎮逢善村附近,與第一合同段長治東樞紐互通相接,路線長度為39.910 km。

1.2 地形地貌

該工程路線穿越太行山路段,山高谷深,地形起伏巨大,屬于中高山地貌。該路段起點高程約為700m,海拔 1 600余米的化圪道嶺及海拔 1 495m杜公嶺等橫貫于道路的中途,路線終點海拔1 000m左右。特別本項目虹霓峽大峽谷等路段,重巖絕壁,溝深谷險,短短的十幾千米里程上,地面高程由600m上升至 1600m,地勢雄偉,工程極為艱巨。

2 路基設計原則

2.1 基本原則

本項目的路基設計根據沿線工程地質條件、地形條件,并結合路基設計和施工經驗,本著因地制宜和經濟合理的原則,選擇合理的路基斷面形式和邊坡坡率,并采用經濟合理的防護工程及病害防治措施,確保路基具有足夠的強度和穩定性。

本項目大部分路段處于山區,地勢陡峭,人口稀疏,路基填土高度主要受地形、橋梁、通道、水文、地質等條件控制,大部分為填方、挖方路基交錯路段。路基最低填土高度根據通道和泄洪要求確定。

本合同段路基設計根據沿線的地形、地貌、地質、水文及氣象等自然條件,并依據相關規范、標準及指導性意見等進行。

2.2 技術標準

JTG B01-2003公路工程技術標準;JTG D 30-2004公路路基設計規范;JTG F10-2006公路路基施工技術規范;JTJ 017-96公路軟土地基路堤設計與施工技術規范。

3 高填深挖路基、特殊路基設計、施工工藝、參數、材料要求等

3.1 高填路堤

對邊坡高度大于 20m的路段,為減少工后剩余沉降和破壞,適當提高路堤填土的壓實度。對于一般填土高度為 20m～30m時,上路堤(路床頂面以下 80 m～150 m)的壓實度應不小于95%,下路堤(路床頂面以下 150 m以下)的壓實度應不小于94%;對于一般填土高度大于 30m時,上、下路堤的壓實度均應不小于 95%;對于填土高度大于 10m的新黃土地基,進行重錘夯實,確保路基穩定。高填路堤斷面形式采用臺階式,坡率根據路基填料的物理力學性質、邊坡高度以及地質條件經穩定計算,并結合工程經驗確定。高路堤填筑時,必須嚴格按重型標準擊實試驗取得的最佳含水量進行填筑,并改進檢測方法,加大檢測頻率,嚴格控制填土干密度。高路堤施工前,必須提出合理的施工組織計劃,確保高填土路堤有較長時間的預壓沉降期,以使路堤在施工期間及早完成剩余壓縮沉降,應避免因趕進度、趕工期導致自然沉降工期過短,路堤工后剩余沉降過大的問題。高路堤填筑完工后,應及時進行沉降觀測,并定時測量,做好記錄。當高路堤工后沉降速率趨于穩定并小于 10mm/月時,方可進行路面及其他附屬工程的施工。

3.2 深路塹路基

3.2.1 總體設計原則

1)安全、經濟、合理的原則。由于路塹開挖山體時,必然改變山體的自然穩定狀態,改變其應力場,易引起路塹邊坡穩定問題。因此邊坡設計與支擋應安全可靠,而且要經濟合理。2)順應性與協調性原則。邊坡設計應“順應”自然,充分利用自然山體自身的穩定條件,處理不穩定的部分,使邊坡長期處于穩定狀態,邊坡防護與支擋方案應與自然環境協調,避免不合理的邊坡設計造成邊坡變形、失穩。3)注重環境保護。本項目處于太行山區,生態環境脆弱,公路路塹邊坡開挖對環境的影響是直接性的,應樹立邊坡環保的設計理念,減少對環境的破壞。4)邊坡動態設計。由于公路邊坡所處的地形、地質、水文環境是非常復雜的,邊坡地質勘查未必能充分掌握實際的地層結構,施工時應根據實際開挖的地層結構,及時調整邊坡設計加固方案,確保邊坡設計合理、安全、經濟、可靠。

3.2.2 深路塹的設計內容

深路塹設計,主要是確定邊坡的形狀和坡度。

1)根據本設計的地形地貌,地質情況,本設計采用臺階形邊坡。邊坡平臺可增加邊坡穩定性,減少坡面沖刷,攔擋上邊坡剝落下墜的小石(土)塊。

2)深路塹邊坡的坡度,主要按工程地質法確定,即根據巖石(土)性質、工程地質和水文地質條件,擬用施工方法、邊坡的高度等因素,對照當地自然極限山坡或已成人工開挖邊坡的坡度確定。

3.2.3 防護加固工程設計原則

高邊坡防護加固工程是依據路塹邊坡穩定程度與等級標準設計,并經多方案比選優化確定,本路段路塹高邊坡是按照“一級邊坡工程”進行動態設計,總體防護加固工程設計原則如下：

1)對于穩定的邊坡,即邊坡在正常工況穩定系數大于 1.2且其他兩種非正常工況下穩定系數滿足規范要求時,一般無需增設額外支擋加固工程,即可維持坡體的總體穩定,必要時局部調整坡率設計或防護工程措施。2)對于不穩定的邊坡,即邊坡穩定系數小于 1.0,必須增加支擋加固工程,或放緩邊坡坡率,以及采用刷坡放緩與支擋加固相結合處理,從而維持坡體穩定,確保邊坡穩定系數滿足規范規定三種工況下的要求。3)對于欠穩定的邊坡,即邊坡穩定系數介于 1.0～1.2之間,若不增設支擋加固工程,可以保持暫時穩定,但在考慮各種不利因素的作用下,將有邊坡失穩的可能,建議增補一定的支擋加固工程,或經刷坡放緩處理,使邊坡穩定系數提高到 1.2以上,并滿足其他兩種非正常工況下規范規定的穩定系數。4)對于穩定性差的邊坡,由于地質因素的不確定性和坡體結構的復雜性,加強其動態設計工作,根據其施工實際揭露地層情況和坡體結構,及時分析判斷,必要時調整防護或增補支擋加固工程措施,確保坡體穩定和結構安全。

3.2.4 邊坡加固措施

1)坡面變形防護。中～微風化硬質巖體：格賓網防護或不防護,坡率 1∶0.25～1∶0.5;強～中風化硬質巖體：格賓網加三維網防護,坡率 1∶0.5～1∶0.75,或巖面植草防護;全 ～強風化硬質巖體：拱形骨架防護或三維網植草防護,坡率 1∶0.75～1∶1.0;坡殘積層：拱形骨架防護或三維網植草防護,坡率 1∶0.75～1∶1.0;軟質巖體：漿砌片石護面墻防護,坡率 1∶0.75～1∶1.0。2)深部變形防護。以預應力錨索框架防護為主。3)坡腳應力集中防護。以坡腳設擋土墻等支擋結構防護為主,或加厚護面墻工程措施。4)地表地下水引排處理。對于坡體地下水引排,以仰斜平孔排水引排為主,結合墻背盲溝及結構泄水孔處理,有時還用邊坡滲溝、支撐盲溝及重點部位引排等坡體地下水引排工程措施。

對地表水引排,一般在路塹邊坡塹頂均設有截排水天溝,坡面結合檢查梯設急流槽,以及平臺側溝、路塹邊溝等組成綜合地表排水系統。

4 濕陷性黃土處理

本區濕陷性黃土分布于黃土臺地與沖溝組合區,主要為第四系上更新統馬蘭組(Qm3)黃土和全新統(Q4)坡洪積相黃土,巖性為灰黃色亞砂土、粉砂土,質地均勻,疏松,具大孔隙,垂直節理發育,一般為Ⅰ級～Ⅱ級非自重濕陷,厚度 3m～15m,亞粘土和亞砂土中的垂直節理發育,孔隙較大,在地表水沖蝕切割和潛蝕的作用下,常見黃土陡崖,跌水槽、黃土柱。

對于Ⅰ,Ⅱ級非自重濕陷性黃土,采用沖擊碾壓和重錘夯實,夯擊能不小于 600 kN·m,處理范圍：填方段為路基坡腳以外 3m內,挖方段為碎落臺外邊緣線以內,同時搞好防滲和加強排水防護設計;對于Ⅱ,Ⅲ級自重濕陷性黃土采用強夯處理,夯擊能不小于1 200 kN·m;挖方段先對路床80 cm進行超挖,路床底50 cm采用素土回填,路床表面 30 cm換填 6%灰土,壓實度不小于96%。

5 結語

由于公路邊坡所處的地形、地質、水文環境是非常復雜的,雖然在邊坡勘察過程中做了詳細的調查、測繪和勘探,也未必能充分掌握實際的地層結構,開挖施工中仍可能變更原設計坡度、支擋方案。因此,施工階段的深路塹邊坡設計變更是邊坡設計的完善與繼續。根據實際開挖地層結構,應及時調整深路塹邊坡設計加固方案,盡量做到深路塹邊坡設計合理、安全、經濟、可靠。

[1] 陳子金,鄧勝江.分離式路基設計方法探討[J].山西建筑, 2009,35(12)：259-260.

On roadbed design for expressways in areas ofmountains and hills

BA IHua FANG Dong SUN Nan

According to the factual examples of roadbed design on some exp ressway,the paper,according to theengineering geographic location and the topological features,sums up the design p rinciples for roadbed and its standards,and exp lores the high-filled roadbed,the design contents for the deep cutting foundation and the intensification measures for side slopes,so as to ensure the reasonability and the safety of the roadbed design.

roadbed,high-filled and deep excavation,soft-soil foundation

U 416

A

1009-6825(2011)09-0164-02

2010-11-27

白 樺(1983-),男,助理工程師,中交路橋技術有限公司,北京 100029

方 東(1985-),男,助理工程師,中交路橋技術有限公司,北京 100029

孫 楠(1982-),男,助理工程師,中交路橋技術有限公司,北京 100029

·橋梁·隧道·