復雜地質條件下濱海高速路基設計分析

項目概況

赤道幾內亞濱海高速路是赤道幾內亞的重點工程，也是該國大陸地區第一條海濱快速路，連接了巴塔、博美、波隆多等沿海城市。

地理位置

該項目起點位于巴塔市，與在建快速路相接，向西南偏轉后繼續沿大西洋海岸向西南方向延伸，終點接姆比尼河北岸的波隆多，與現有通往巴塔的道路相交，全長約28.2km。

地形地貌

研究項目位于沿海地段，路線穿越的位置大部分是熱帶雨林區域，局部路段分布大面積沼澤及粉砂地，總體地形較平坦，局部有微丘。區內主要地貌類型有濱海平原堆積地貌及第四紀沖洪積平原及微丘地貌。

地質條件

工程地質條件。項目線路沿線地層結構單一，勘探范圍內主要為第四紀沖洪積沉積地層、濱海相沉積的粉細砂地層及白堊系泥巖砂巖地層。其中第四系沖洪積（Qal+pl）：主要分布在全線的低洼地段、溪河地段，成分為褐黃色、灰黃色黏性土及砂土、紅土粒料等沖洪積堆積物；第四系殘坡積（Qel+dl）：主要分布在山坡、微丘地帶，多為殘坡積物；白堊系系沉積巖地層(K)：地層未揭穿，見泥巖及局部夾粉砂巖。

特殊性巖土。軟土：場區軟土主要為淤泥、淤泥質粉砂，零星分布，埋藏淺，厚度0.3m～4m。分布于常年積水的沼澤中，調查發現水底淤泥普遍發育，厚度0.1m～2m。根據靜力觸探成果，淤泥及淤泥夾砂等軟弱土層，具有極高含水量、極高靈敏度、極高壓縮性、低滲透性，且含腐殖質及未腐爛樹葉等特征，為軟弱土層，工程地質性質極差。

高液限土與膨脹土：線路經過區域部分土層為風化泥巖、紅土礫料的風化土及殘積土，零星發現有高液限土分布，但自由膨脹率不超過40%。膨脹土多見于路塹邊坡段，邊坡應采取放緩坡率、作好排水保濕、設置支擋等措施。

有機質土：本工程局部地段淤泥及淤泥夾砂層中存在大量腐殖質及腐爛植物根莖，有機質含量較高，其含水量為80%～192%，平均大于110%，平均天然孔隙比2.0～4.0，平均壓縮系數1.55，工程性質較差。

路基設計

設計標準與原則

設計標準。道路等級：主線為一級公路，雙向四車道；支路為三級公路，雙向兩車道。設計速度：主線80km/h，支路40km/h。路基寬度：主線24.5m，支路9m。

設計原則。根據道路的類別和等級，結合項目場地條件，以滿足新建路基具有足夠的整體穩定性、強度及水穩定性為原則，并結合沿線地質、水文、氣候、筑路材料的分布情況進行路基設計。

主線路基寬度24.5m，采用整體式路基斷面。主線路基由中央分隔帶、路緣帶、行車道、硬路肩及土路肩組成，如圖1所示。

一般路基設計

路基開挖、填筑貫徹“與沿線自然環境相協調”的原則，力爭采用“淺挖、低填、緩邊坡”的斷面形式，最大程度優化主線土石方調配，節省筑路材料。

填方路堤。路堤邊坡高度H≤8m時，采用直線式邊坡，坡率取1∶1.5；邊坡高度8m＜H≤20m時，采用臺階式邊坡，上部8m坡率取1∶1.5，下部坡率取1∶1.75，平臺寬度為2m。路堤邊坡坡腳設置2.0m寬護坡道。

挖方路塹。根據當地施工經驗，路塹邊坡高度H≤4m時，采用直線式邊坡，不設邊坡平臺；當邊坡高度H＞4m時，采用臺階式邊坡，每4m高設置一級寬3m的邊坡平臺，并設置平臺溝，各級坡率均為1：1。路塹邊坡坡腳設置2.0m寬碎落臺，實際施工時應可根據邊坡開挖情況綜合選取。所有路塹邊坡坡頂、坡腳及平臺均采用圓弧過渡。

特殊路基設計

該項目特殊路基主要包括沼澤地路基處理、低填淺挖段路基處理和填挖交界路基處理。

圖1 路基標準橫斷面圖

沼澤、積水路段路基處理。本地區年降雨量豐富，雨季時間長，沼澤地區路段因地勢較低，雨水匯集無法排出，基底常年沉積草根、雜物等腐殖質，沼澤區路段淤泥平均深度在0.5m～3m之間，大部分路段淤泥平均深度為0.6m～1.0m。路基處理時，需將沼澤區范圍內的淤泥全部挖出，換填材料根據不同路段合理選擇，淤泥深度較淺、局部積水路段可選用一般路基填料換填，淤泥深度較深、積水較深路段應優先選用砂礫、片石、碎石等透水性材料。施工應選擇在旱季進行，根據不同路段的地形地貌及沼澤范圍選擇圍堰排水或臨時降水措施。

淤泥深度小于1.5m路段

淤泥深度小于1.5m路段，積水面積較小，水深較淺，施工時可采取排水、降水措施，挖除淤泥后換填一般路基填料。路基填筑時坡腳采用超寬填筑，防止地表徑流匯水對路基邊坡造成沖刷。

淤泥深度大于1.5m小于3m路段

淤泥深度大于1.5m小于3m路段，積水面積較大，水深較深，施工時可采取排水、降水措施，挖除淤泥后換填未篩分碎石。坡腳采用超寬填筑，防止現狀積水對路基邊坡長期浸泡和沖刷。

海水倒灌路段

該項目沿海路段路基局部位于入海口的沼澤區內，沼澤區內水位高度受海水潮汐影響較大，水位高度變化頻繁，本段路基挖除雜草樹根后應采用塊石、碎石等填筑，碎石頂面鋪防水土工布，路基邊坡采用漿砌片石鋪砌防治沖刷。

低填、淺挖路基處理。路堤高度小于1.5m（0.7m路面結構層＋0.8m路床）的低填路基，應先開挖至路床底面，填前碾壓后以土方回填并分層壓實。淺挖路段為挖方路床仍為松散覆蓋層的挖方路基，通常挖方邊坡高度小于2m，路床全部挖除后回填土方分層壓實。對于地表潮濕、地下水位較高的低填淺挖段，路床底應鋪設防水土工布，坡腳處采用粘土夯實處理，防止毛細水及降水浸入路基。

填挖交界路基處理。填挖交界挖方路基路槽以下超挖80cm，換填紅土粒料，填方路段縱向10m范圍內采用紅土粒料填筑，填方基底進行挖臺階處理，臺階寬度不小于2.0m。

臺后路基處理

為保證結構物臺后的剛柔過渡，采用反開挖路基成臺階狀，換填透水性好、內摩擦角較大的未篩分碎石。具體處理方案為：

橋頭段，從承臺頂4m外向上按1：1.5的坡向下開挖路基成臺階狀，臺階寬度大于2m，然后分層回填未篩分碎石至橋梁搭板底；涵洞段，從涵洞臺身基礎底2m外向上按1：1.5的坡開挖路基成臺階狀，然后分層回填未篩分碎石至涵洞頂。

路基材料技術要求

換填料應選用水穩性或透水性好的材料，應分層回填填筑、壓實。

未篩分碎石壓碎值不大于35%，含泥量不大于5%。

工程用水：宜采用飲用水。使用非飲用水時須經化驗，其硫酸鹽（以三氧化硫計）含量不超過2700mg/L，含鹽量不得超過5000mg/L，PH值不得小于4。

防護設計

防護原則

以防治路基病害、保證路基穩定、改善環境景觀為前提，根據不同地質情況和邊坡高度，采取直接工程防護與植物防護相結合的辦法。

在適宜于植物生長的路基邊坡上，采用植草、灌防護措施，部分路段采用圬工防護。

受水浸淹或沖刷的路堤邊坡外側增加護坡寬度，原則采用植草防護，減少圬工防護工程數量。

邊坡防護

植草防護：用于填挖高度不大于4m的路段。

混凝土預制塊防護：用于填高大于4m或挖深大于4m的路段以及橋頭錐坡處。

動態防護設計

對于復雜地質條件下的高邊坡防護應進行展開動態設計。動態設計的理念是考慮到路塹邊坡防護設計，尤其在復雜地質條件下，尚有一些難以把握的不確定因素，當坡體開挖以后，現場情況可能與設計時所掌握的情況有出入，甚至出入較大，為確保設計的可靠性和經濟性，使用的安全性，避免盲目性，在施工過程中，由設計人員跟蹤施工現場，及時調整原設計，使設計更趨完善和合理。