高速公路路基設計及軟土地基處理

易文鋒

規劃設計 Planning and design

高速公路路基設計及軟土地基處理

易文鋒

（中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100089）

隨著高速公路建設規劃的實施，高速公路建設工程不斷深入到地勢較陡的地方，從而在施工過程中遇到地質條件較復雜的情況，在高速公路建設施工要求中，對路基寬度要求要求較高，同時對高速公路建設縱坡的限制也較嚴格，這與高速公路建設地形處于等地地勢下產生矛盾。為此，高速公路建設應采用科學、合理的設計方案進行設計，以確保工程質量。

高速公路；路基設計；排水設計

0 前言

隨著經濟的快速發展，交通運輸狀況成為影響經濟發展的重要制約和影響因素，在公路交通網絡建設中，高速公路建設日益受到重視，一般都是多點交匯，而高速公路建設涉及的區域分布較廣，高速公路跨越的地形條件較為復雜，因此，在高速公路施工設計時應遵循相關的設計原則。

1 高速路基設計的原則

1.1 在設計時考慮到建設路基情況和施工技術

高速公路路基施工中，對路基施工質量的影響主要來自于施工現場的自然地質環境，而路基土質成分對高速公路路基施工的影響較大。路基施工質量的穩定性是保證路基施工后能長期平穩運行的關鍵。與此同時，路基施工質量的好壞也直接影響高速公路的維修年限。作為高速公路的承建方，對高速公路建設在各個方面的要求都越來越高，在工程建設成本控制方面，以及在進行高速公路建設時，對使用環保建筑材料和施工技術的要求也越來越高，這就導致在高速公路設計中，綜合考慮各個方面的因素。

1.2 正確處理路線和路基設計關系

高速公路設計中，對于路線的確定，不應僅考慮路線的連通性，而應更多地關注在建設過程中，對于路線所處的地質環境、路基土的成分以及相關的地質環境問題。從工程難度、土方石量、地質條件等因素對高速公路設計影響條件，以及路基施工地質條件等方面進行綜合判斷和考慮，以決定設計方案中的具體細節。應特別注意的是，當設計路線通過施工工程較難時，或當地質結構組成復雜，給工程建設造成較大障礙時，應更多地注意設計路線與路基的協調配合。

1.3 明確路線設計

設計者在對高速公路路基進行設計時，首先要對公路的施工路線進行有效的設計，只有正確處理好路基與道路的關系，才能正確設計公路。高速公路山區路線與平原路線存在著一定的差異，設計人員需要充分考慮地形的優缺點。由于在進行道路施工時，會受到多種因素的影響，因此必須對周邊地區的地形地勢進行綜合考慮。尤其在高速公路建設中是否會出現占用耕地的現象，必須對其有一個全面的認識，才能保證設計方案更加科學合理。就設計過程而言同時也要充分考慮到施工的難度，以及施工過程中產生的土方量，只有把問題解決了，才能保證工程的順利進行，避免在施工過程中出現這樣那樣的不良情況。設計者在確定最終路線方案時，應保證施工施工成本最低、工程量最小、路基結構最牢固。

1.4 滿足經濟環保要求

設計者在對山區高速公路路基進行設計時，還需要調查當地的地質條件，設計方案應滿足科學、環保的施工要求。若該地區地勢較陡，在進行路段設計時，設計者應結合整體路基，對該階段的路基進行綜合考慮，制定科學合理的施工方案，以保證該階段的順利施工。對于地勢較低的地區，在進行路基設計時，可充分了解當地的地質條件，如植被條件較差，可采用削坡綠化的處理方法，如植被較好，也可采用同類型處理方法。對于一些邊坡較高的地區，在進行路基設計時，還需要借助錨桿進行加固。

2 高速公路路基設計方法

2.1 在設計中采用高路堤

在高速公路的路堤設計中，宜采用填石路堤的設計方案，在設計方案中，高路堤和填石路堤在穩定性和重載車輛通過性驗算上均能達到較好的效果，而在施工施工費用和資金投入方案上則相應減少。對于高路基的設計，采用填料時，應注意選擇透水性和抗風化腐蝕性能較好的石料填充高路堤底部。因此，在中段路堤上、下段施工時，應注意鋪設雙層土木格柵，以充分保證高路堤設計時不會發生地基不均勻沉降，同時保證路基施工的穩定性和安全性性。

2.2 高速路基設計中緩坡路基設計

當高速公路建設中遇到緩坡道施工時，對于緩坡道路基的施工設計，由于受路基填方空間范圍的限制，或在緩坡道施工中出現路面借方嚴重的情況，就需要在設計方案中采用加筋陡坡路堤的設計方法。將加筋陡坡堤壩與板樁墻設計相結合，用于緩坡路的基礎布置。從而可以在施工中充分保證緩坡路面路基的穩定與安全。該組合設計方案適用于窄坡度路面路基的設計情況，能有效地減少路基借方情況的發生。

2.3 路塹高邊坡設計方法

對險峻地形施工時，遇到路塹高邊坡的情況，應充分分析不同的地質環境及施工建設的實際情況，分別采用不同的板樁、擋墻、錨索、錨固等加固方法。當公路建設中遇到滑坡、崩塌等易發區時，應對坡度進行清理，適當開挖減緩坡度，同時設計相應的防滑墻、抗滑樁并結合錨固、錨索進行加固作業。而且要注意綠化和防水防滑樁工作。

2.4 高速公路路基的排水設計

高速公路施工中，一般都會發生路基施工質量和強度受排水影響的情況。與此同時，路基施工與防水工作的開展有著密切的聯系。公路路基建設中，會出現大量的病害，在各種病害發生原因中，水的作用最為突出。在高速公路設計中，對于路基排水性能的相關設計應予以重視。在路基排水設計上，應結合高速路面上部排水與下部排水設計相結合的設計理念。公路路面積水應在設計中充分考慮，不應超過路面之下路基施工范圍的積水，要注意避免路面設計中的水漫過路面，使路面積水集中在同一部位，甚至出現下滲現象。當進行路基施工設計時，若在路基施工過程中出現地下水的情況，應采取相應的設計方案，對地下水進行阻斷，并將地下水引至路基施工工程以外的地方。高速公路工程設計中，應充分調查研究建設項目的自然環境和地質環境。公路路基工程地質條件調查，必須了解地下水源的分布狀況，以及公路路基工程地質結構成分。對施工條件較復雜的地段，應重點對其進行整體規劃。綜合考慮路基排水、橋涵布置合理。

3 軟土路基可能引發的問題

高速公路跨度大，對于軟土地基這類特殊路基來說，存在空隙大，抗壓性差，含水率高等問題，為了保證其承載能力，需要在施工過程中加以適當處理，以保證道路的使用壽命。隨著經濟的快速發展，高速公路的使用率越來越高，在長期使用過程中受過過路車輛的作用，承載力呈下降趨勢，路基沉降、路面開裂等問題逐漸暴露出來，使路基穩定性降低，對公路安全造成一定影響，縮短了道路的使用壽命。高速公路長期暴露在自然環境下，經受著雨水的浸漬，長此以往，公路路面就會出現裂縫、沉降等問題，軟土路基長期被顆粒物質沖刷，路基上逐漸出現許多孔洞，大大降低路基承載力，進而影響公路的使用。

4 高速公路軟土地基的特性

4.1 力學特性

松土為深灰色，主要成分是細小的顆粒，在振動作用下，很容易破壞其結構。軟土流動性強，抗壓性差，受力后易發生變形，施工過程中若處理不當，極有可能導致土體坍塌，嚴重影響工程進度。軟土由于材質的空隙使得其抗剪切能力較差，受外力作用時，軟土不能協同承受外力，產生較大的形變，在后期使用中易造成橋梁沉降問題。受雨水沖刷的整體性能差的軟土地基將受到破壞，從而影響整個路基的安全和穩定。

4.2 物理特性

軟土地基力學性能差，含水量高，整體強度差，極易形變，有機質含量高，還含泥沙和腐蝕性物質，孔隙大。

5 高速公路軟土地基的危害

軟土地基的抗剪強度不能滿足荷載的要求，在外力和自身重力的作用下，流動性大，沉降明顯，極易發生軟土移動，造成路堤沉降、塌陷、失衡、裂縫等一系列問題。因此，必須根據軟土地基的實際情況，對其進行必要的處理，以避免這些問題給道路安全帶來的隱患。高速公路投入使用后，長期受車輛沖擊作用，軟土地基結構發生變化，路面出現凹凸不平或局部開裂，從而造成較大范圍的損壞和擴散。軟土地基由于其極強的壓縮性，易造成路基的永久性變形，且沉降不均勻。自身承載力差的軟土地基，在施工過程中易受環境影響，使得施工現場存在安全隱患。

6 對公路施工中軟土基地的有效處理辦法

6.1 夯實加固法

由于軟土含水率高、抗壓性差，因此需進行夯實加固處理。這一方法起源于法國，用重錘從一定高度落下打實地基，在沖擊力的作用下壓縮土體，減少空隙，排除水分。對含水率較高的土體，可排出多余水分，提高地基承載力，對河流、沼澤等地區，可起到明顯的施工效果。對飽和性黏土地基而言，由自由落體自重引起的力擠壓能使軟土地基更加牢固，承載力明顯提高。另外，還可在軟土中加入一定的建材進行混合，通過充分攪拌降低土壤含水量，提高軟土地基的承載能力。要根據現場情況進一步確定具體的施工細節，時刻觀察夯實效果，加固完成后要檢查該部分回彈模量，以保證地基的穩定。

6.2 水泥、粉煤灰、碎石筑樁法

把水泥、粉煤灰和碎石混合，用打樁機制成樁，在褥墊層的作用下，其與周圍土層緊密結合，形成復合地基，在樁身上集中受力，分擔軟土的荷載，減少周圍土層的受力，使整體承載能力明顯提高，減少沉降。試驗結果表明，該方法能有效地提高軟土地基的承載能力，其應用效果已被廣泛認可。該方法的關鍵在于強度等級的確定，越精確的計算，就越能取得良好的應用效果。施工技術也很重要，需要有經驗的施工人員來主導施工，對施工細節進行嚴格的控制，以確保在高速公路施工中有效解決軟土地基問題。

6.3 深層打孔強夯法

強夯法能有效地解決軟土地基存在的問題，適用于粘性大、膨脹明顯的土體。采用打孔填料的方法，同時對填土部分進行夯實加固。該方法具有加固效果好，設備簡單，操作方便，施工周期短，節省人力物力，適用性強等優點，除對較厚的淤泥類地質不適用外，對其它軟土地基的強夯效果也是相當理想的，成為目前使用最廣泛的強夯方法之一。具體施工過程還需結合現場具體情況，可在地基孔洞內完成填土強夯部分的施工，提高地基的粘性和承載力，使地基更加緊實牢固，增強整體的穩定性。依據土的性質選擇合適的材料和夯實力度，使擠壓效果更好，保證了路橋工程的施工質量。建設項目竣工后，應合理處置殘余廢棄物，減少環境污染，盡量重復利用，節約工程造價，提高企業經濟效益。

6.4 灌漿處理技術

灌漿處理是將水泥或其它漿液噴入土中，使其滲透，填充至周圍土體，待漿液擴散凝結后，可有效地提高軟土地基的承載力，改善地基的穩定性，從而有效地防止流沙、管涌等現象的發生。分析施工場地的特點，把握土層特性，制定詳細的注漿方案，常用的注漿工藝有滲透式、劈裂式、壓密式三種。注漿施工中多采用水泥漿，減少了對環境的污染，使施工更加環保。注漿時要注意把握注漿力度，使漿液充分均勻滲入，完成注漿后要用相應設備進行碾壓加固，密切注意管道的密實度，使漿液充分排出氣體，避免漏氣、漏漿及孔隙，提高地基承載能力。注漿施工屬于隱蔽施工，直接觀察性差，必須嚴格按照施工要求和操作規程進行施工。檢測已完成的施工部位，確保施工質量。

6.5 軟土地基表層排水處理法

對表面較脆弱的軟土地基，進行表層排水處理，可減少土體含水率，提高地基穩定性。對含水率高的部位挖出表層水槽，將表層水槽徹底排出，然后再將性能較好的砂礫或碎石回填入水槽，使水槽變成盲溝，保證及時、有效地排出表層水。本施工方法間接提高地基承載力的手段，一般在實際使用中需要與其它加固措施協同作用。當地質條件較好，土體含水率對地基穩定性起主要影響因素時，采用該方法可取得較好的處理效果。

7 結語

高速公路施工過程中，受許多影響因素的干擾，高速公路路基設計會受到各種自然因素的影響，如地質條件、地形條件、氣候、水文、植被覆蓋等，使設計工作更加困難，因此在進行高速公路路基設計時，應充分考慮到設計施工現場的自然環境和地質條件，并結合這些調查資料，在設計方案中做到因地制宜。針對設計中遇到的不同問題進行具體情況的具體分析，在建筑指標要求下的設計施工大膽創新，在設計中多準備幾套設計方案，并結合實際施工情況對設計方案進行篩選。在設計中還要考慮到環保、成本等多方面因素。

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TU7

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1007-6344（2021）01-0274-02