高速公路高填斜陡路基設計方案

2017-08-07 10:41:44

福建交通科技 2017年4期

(福建省交通規劃設計院，福州350000）

高速公路高填斜陡路基設計方案

■徐小華

(福建省交通規劃設計院，福州350000）

地質條件復雜山區的較低等級公路，高填方路堤較為普遍，若高填方路基同時落在斜坡區，不僅容易產生沉降，且易產生滑動，直接影響路堤自身穩定。本文以永福龍車至新羅中甲段公路工程(新羅區)為工程背景，對高填方路堤穩定性、應力應變特性進行了計算分析，總結邊坡穩定性影響因素及邊坡變形特征，并提出相應的處治措施。

山區高填斜陡路基邊坡穩定性影響

1 項目概況

永福龍車至新羅中甲段公路工程(新羅區)項目路線起點位于新羅區巖山鄉紅尖山隧道內，起點樁號YK43+ 132.4；終點位于新羅區曹溪街道中甲村，樁號K59+ 343.511，路線長度16.1778km。本項目為二級公路，設計速度60km/h，整體式路基全寬10m。

路線位于我省西南部，為北東向博平岒的南端及西側部位，沿線山嶺綿延，山脈主體多呈北東～近南北向延伸，局部見北西向分布。總體地勢為東、西部高，中間低，海拔標高一般在600～1000m之間，最高的庵山高程為1486.9m，最低點龍巖盆地標高315m，相對高差一般在300～800m之間。整條線路地形地貌屬山嶺重丘區。

受地形條件、路線平縱線形指標及項目經濟性等諸多方面限制，山區公路不可避免出現高填、陡坡路堤。由于項目高填較多，若不切實控制好填方工程的質量，今后路基勢必產生不均勻沉降，影響行車舒適乃至安全。

2 項目高填斜陡路段工況

本項目填方邊坡高度在20m以上的路段較多，其中填方高度＞35m的路段主要集中在K47+350～K47+500、K52+820～+900、K53+080～+240、K53+540～+840、K55+ 241～+301路段，平均填高均在35m以上，最高54.8m，其中K47+440～K47+500為高填斜陡坡，邊坡最高53m。段落內地形較陡,為陡傾的單面斜坡,中部微鼓,坡形平順,植被較發育,自然邊坡20°～40°,屬于低山地貌單元，如表1所示。

如何選擇安全、合理、經濟的路基斷及結構型式，成為該段路基設計的重點。

表1 高填斜陡路段工況一覽表

3 加強高填斜陡路堤穩定性措施

3.1 路堤填料

路堤填料強度是影響高填路堤穩定性的最直接因素，填料應滿足《公路路基設計規范》中有關填料的要求，路基宜優先采用工程力學性質良好的土質填筑，路床頂面以下2m必須采用工程力學性質良好的土質填筑。

由于受現場條件限制，挖方填料性質不一，為了有效控制填料質量，通過采用畢肖普(Bishop)法進行計算，按滿足規范的安全系數1.35要求進行填料取值驗算，通過對不同C值的取值得出對應φ值，控制填料質量。

經驗算，對每種填料指標進行要求，要求路段填料應滿足《高填路段C(kPa),φ(°)取值一覽表》的要求，如表2所示。

表2 填料C(kPa),φ(°)取值一覽表

3.2 路堤反壓平臺

為了保證高填路堤的穩定性，常采用平臺反壓的方法，同樣通過畢肖普(Bishop)法進行計算，當路堤填高為四階時，通過對不同填料指標的取值，得出二階處反壓平臺的寬度，如表3所示。

表3 反壓平臺取值一覽表(四階)

3.3 排水系統設計

水是形成路基病害的主要因素之一，路基的整體強度和穩定性同水的關系十分密切，為避免孔隙水、地下水及坡面流水對路基穩定的影響，應加強高填陡坡路基排水設施設置，全填路基及半填半挖段路基應酌情增設縱向及橫向排水盲溝。橫向盲溝應結合地質水文條件設置并包裹透水土工布以起到反濾作用。橫向盲溝設置時應結合地形，盡量設置在地勢相對較低處。為加強排水，同一橫斷面上酌情增設橫向盲溝道數。

盲溝在平面上呈直線形，不應轉折，以免造成排水不暢。縱向盲溝應有一定的坡度，對于部分地下水較發育的陡坡路基，可適當增大排水盲溝尺寸。

沿路線橫向及縱向分別設置盲溝，沿路線縱向設置縱向盲溝2道，于K47+490橫斷面設橫向盲溝兩道，盲溝采用尺寸(0.4m×0.4m)的碎石盲溝，將內部水引至路基外。

高填路基處于地勢低凹處水，水系發育，應做好山凹排水設置，在路基底設置樹形盲溝，避免地基長期浸水導致承載力降低而引起路基沉降或是影響路基填方體滑移［1］，成為今后路基安全的一大隱患。其排水設計示意圖如圖1所示。

3.4 高填斜陡路堤加筋處理

3.4.1 設計穩定性分析及驗算

假定路基堤身滑動面為圓弧面，依據《公路路基設計規范》，采用畢肖普(Bishop)法進行路堤加筋方案設計。按滿足規范的安全系數1.35要求進行穩定性驗算后確定了該段的加筋路基處理方案。

路基穩定性分析包括路堤自身的穩定性、路堤和地基的整體穩定性、路堤沿斜坡地基或軟弱層帶滑動的穩定性內容。

(1)計算狀態及荷載系數

按《公路路基設計規范》(JTG D30-2015)規定，加筋路基采用以分項安全系數的極限狀態法進行路堤加筋陡坡設計。

(2)作用力計算

作用力計算包含以下幾種：①恒載；②車輛活載；③庫倫主動土壓力；④地震作用力；⑤靜水壓力；⑥動水壓力；⑦浮力。

(3)加筋路堤邊坡穩定性驗算

驗算有3個部分：①加筋材料的鋪設方式②鋪設層數③鋪設范圍等。

為防止筋材土體中拔出，必須對每層加筋材作內部穩定性校核，使土體內鋪設的筋材，超出最不利滑動面圓孤以外的錨固段與土之間的握裹力不小于拉拔力，且有一定的安全系數，最小錨固長度不小于2m。

圖1 排水系統設計示意圖

運用各種理論與方法分析計算得到的安全系數不得小于《公路路基設計規范》(JTG D30-2015)中安全系數所列值。

3.4.2 計算模型

根據填方路堤橫斷面特點，選取典型斷面K47+490橫斷面建立計算模型。K47+490橫斷面布置為:路堤中心填高8.696m，路基邊緣高56m，第一級邊坡1∶1.5，第二、三、四階邊坡1∶1.75,第五階邊坡坡率1∶1.5，第三階及第四階平臺寬度加寬處理，加寬寬度結合邊坡上改路標高加寬11.5～21m。根據勘察報告及相關規范，并結合工程經驗綜合確定各層巖土體計算參數。

依據工程地質報告，清除表層的坡積碎石等影響路基穩定的土層后開挖臺階，臺階寬4m，臺階高度不小于1m，路基填料參數容重取18kN/m3，C值取13 kPa,φ值取21°,下伏為碎塊狀強風化石英砂巖，C值取180kPa,φ值取25°，計算模型如圖2所示。

3.4.3 路基加筋設計方案

土工格柵布設的垂直間距為0.6m,從距路堤第三階反壓平臺2m處開始，由下往上逐層鋪設至距路堤第一級邊坡4m處，路堤每壓實2層鋪1層土工格柵。壓實度應滿足規范要求。格柵長度為15m。,每一層靠近邊坡的土工布端頭向上成半圓形折起進行回包，回包半徑0.3m,回包卷入路基長度不1m，壓實后再鋪設上面一層土工格柵。

鋪設土工格柵之前，應清理現場，平整場地，并對場地進行初步碾壓，土層表面應平整，嚴禁有堅銳凸出物。為加強加筋效果，鋪設土工格柵之前，對土工格柵進行必要的預張拉，通過格柵的張拉梁鉤住主加筋格柵施加張拉力(建議每個張拉梁施加與該型號格柵1%應變相對應的抗拉力的預加力)，使土體內部產生一定的預應力。填料中有尖銳棱角等有損塑料土工筋材的部分不得大于總量的15%，與加筋材料直接接觸的填料的最大粒徑不宜超過15cm，粒徑大于6 cm的含量不超過30%。

格柵的縱向應垂直于路基的中線,格柵的縱向搭接重疊寬度不小于20 cm,搭接縫采用塑料帶綁扎，間距為50 cm；對鋪設好的格柵每隔1.5m用U形騎馬釘固定于地面，以保證格柵與地面密貼，鋪設好的格柵及時回填，防止日曬老化。路基格柵計算模型如圖3所示。

4 監控方案及處治措施

4.1 監控方案

高填陡坡路堤應按要求埋設觀測標志，用于工后沉降監控，預測工后沉降趨勢，以確定路面施工時間。施工中應按二等水準標準進行觀測，實測月沉降小于3 mm (0.1mm/d)做為路基交工標準。路堤整體穩定性監控應根據實際情況，選擇最不利斷面樁號，在其路基橫斷面方向埋設位移觀測標志和測斜管(布控位置詳見《路基穩定監控設計圖》)，同一路段不同觀測項目的測點宜布置在同一橫斷面上。