山區(qū)高速公路路基設(shè)計中特殊路基處理分析探討

摘要 為了分析探討山嶺重丘區(qū)高速公路設(shè)計過程中特殊路基的處理，研究特殊路基的設(shè)計方法，以膨脹土地區(qū)特殊路基為例，文章以貴州某山區(qū)高速公路項(xiàng)目為實(shí)際案例，分析探討了幾種常見的特殊路基形式，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際地質(zhì)勘查情況，針對不同形式的特殊路基提出了相應(yīng)的設(shè)計方案和施工措施，為西部山區(qū)高速公路特殊路基設(shè)計提供參考和幫助。

關(guān)鍵詞 喀斯特地貌;特殊路基;山嶺重丘

中圖分類號 U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）06-0093-03

引言

近年來，伴隨我國交通運(yùn)輸快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)建設(shè)逐步由東部平原、微丘地區(qū)向山嶺重丘地貌分布較為廣泛的西部地區(qū)推進(jìn)，山嶺重丘地區(qū)復(fù)雜的地形地貌造成高速公路工程建設(shè)規(guī)模大、造價成本高、建設(shè)難度大。山區(qū)高速公路設(shè)計中特殊路基段的處理成為比較常見的問題。該文以貴州某山區(qū)高速公路項(xiàng)目為案例，具體分析探討山區(qū)高速公路路基設(shè)計中特殊路基處理。

1 工程概況

某高速公路項(xiàng)目地處貴州東北部，路線全長54.625 km，采用PPP建設(shè)模式，項(xiàng)目地形地貌主要以山嶺重丘地形為主，屬于喀斯特地貌，項(xiàng)目路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖1。須進(jìn)行特殊設(shè)計的路基包括：高填深挖、低填淺挖、巖溶路基、軟弱地基等。

2 各類特殊路基設(shè)計與分析

2.1 高填路堤處理

該項(xiàng)目高填路堤通常位于山谷洼地中，為確保這些路段的路基安全，在設(shè)計中通過穩(wěn)定性驗(yàn)算進(jìn)行綜合設(shè)計和動態(tài)設(shè)計，并進(jìn)行路堤綜合分析驗(yàn)算。高填方路基段落宜先采用填石路堤方案[1];對斜坡之上的高填筑路堤路段，需要根據(jù)路堤邊坡填土高度與填土厚度，采用對原有地表進(jìn)行臺階開挖，鋪設(shè)部分土工格柵細(xì)粒加筋層的方案措施。同時進(jìn)行動態(tài)的監(jiān)控和實(shí)時的調(diào)整。高填方路基段落須優(yōu)先組織施工，填筑路面前至少預(yù)留1個雨季的自然沉降期，在設(shè)計過程中對于不穩(wěn)定路堤段落應(yīng)使用的方案：

（1）改善基底條件，對填土高，地基承載弱的路段進(jìn)行基底換填粗料。

（2）路堤加筋措施，對高邊坡路堤，設(shè)置土工格柵加筋處理層，層厚1 m，鋪設(shè)3層土工隔柵，間距0.3 m，以此增強(qiáng)路堤自身整體的穩(wěn)定性和增加擴(kuò)散應(yīng)力，保證地基受力、沉降更為均勻。

（3）設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)物，對陡坡路堤進(jìn)行穩(wěn)定性計算，在坡腳處應(yīng)設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)物。

（4）補(bǔ)充壓實(shí)，填高大于20 m的路堤段落使用沖擊碾壓的方式，或者進(jìn)行強(qiáng)夯進(jìn)行堤身補(bǔ)強(qiáng)，以此減少差異性沉降。根據(jù)穩(wěn)定性計算結(jié)果進(jìn)行工點(diǎn)設(shè)計，提出初步監(jiān)測方案。

（5）加強(qiáng)路段的排水設(shè)施和坡面防護(hù)設(shè)計。

2.2 挖方高邊坡設(shè)計

該項(xiàng)目對高邊坡（土質(zhì)>20 m，石質(zhì)>30 m）進(jìn)行工點(diǎn)設(shè)計，依據(jù)項(xiàng)目路段地形的特點(diǎn)以及穩(wěn)定性分析等要素綜合確定坡率、加固防護(hù)措施。在灰?guī)r逆層挖方邊坡路段，應(yīng)采用陡坡且坡面不做人工防護(hù);在順層挖方邊坡路段，須沿挖方坡面刷坡后進(jìn)行抗滑樁、錨索加固，高邊坡處治方案比較如表1所示。

高邊坡處治方案選定原則：

（1）調(diào)整邊坡坡率。在巖層強(qiáng)度較低和坡率較陡時，邊坡容易發(fā)生重力形變破壞。宜采用放緩邊坡，削留大平臺，須減小邊坡高度同時將邊坡進(jìn)行分級。坡率的采用應(yīng)確保施工期間的安全和穩(wěn)定。

（2）降低每級邊坡高或加寬平臺。路塹高邊坡設(shè)計通常采用統(tǒng)一模式，即臺階式邊坡;通常在實(shí)際設(shè)計過程中，依據(jù)地層強(qiáng)度變化情況及風(fēng)化程度，邊坡的穩(wěn)定坡角也隨之不同，因此設(shè)計中須調(diào)整臺階高或平臺寬，應(yīng)采用穩(wěn)定坡角大于邊坡坡角的設(shè)計[2]。

（3）邊坡加固與防護(hù)。邊坡處于軟弱地層或者存在不利結(jié)構(gòu)面的邊坡時，為了保證邊坡的穩(wěn)定性，一般采用不同支承方式的側(cè)向約束加固措施，支擋巖層的變形或失穩(wěn)。

該設(shè)計合同段主線共17處高邊坡，邊坡主要為兩類地層：砂泥巖、頁巖路塹邊坡占全線45%，根據(jù)坡面產(chǎn)狀和巖層結(jié)構(gòu)面情況，采用錨桿框架梁、錨索框架梁、路塹墻、拱形骨架等進(jìn)行邊坡防護(hù)。中厚層、局厚層灰?guī)r白云巖路塹邊坡占全線55%，根據(jù)邊坡高度、坡面產(chǎn)狀和巖層結(jié)構(gòu)面情況，通常使用的邊坡防護(hù)措施有：錨桿、錨索框架梁、主動防護(hù)網(wǎng)。

2.3 不良地質(zhì)路段特殊路基處置

2.3.1 巖溶路基

建設(shè)項(xiàng)目沿線巖溶的發(fā)育主要分布在碳酸鹽巖區(qū)，巖溶規(guī)模一般較大，溶洞發(fā)育的空間狀態(tài)、地下暗河的走向等錯綜復(fù)雜，對線位影響較大。沿線地面塌陷一般都在巖溶區(qū)，由于地下巖溶區(qū)的溶洞、土洞、落水洞等引起地面塌陷，往往呈串珠狀發(fā)育，地貌上表現(xiàn)為一連串的巖溶洼地，呈漏斗狀。該項(xiàng)目在路線設(shè)計過程中著重地質(zhì)的選線，影響路線方案的首要因素是項(xiàng)目地質(zhì)條件，盡可能地避開大型巖溶區(qū)域，實(shí)在無法避讓時依據(jù)巖溶自身特征采取專項(xiàng)設(shè)計。

巖溶地區(qū)路基設(shè)計的首要工作是對影響路基穩(wěn)定的巖溶、巖溶地下水進(jìn)行預(yù)防與處置，在設(shè)計中主要采用以下處理措施：

（1）疏導(dǎo)。對路段上方巖的巖溶泉或巖溶冒水洞，需要設(shè)排水溝將水進(jìn)行截流至路基范圍之外;對位于路基基底的巖溶泉和巖溶冒水洞須通過設(shè)置的涵洞將水排出路基范圍。項(xiàng)目線路通過季節(jié)性或者常年積水但不深的溶蝕形成的低洼地段時，需要進(jìn)行填石透水路堤施工。

（2）跨越。在路基基底或者附近存在流量較大的暗河、巖溶落水洞、巖溶消水坑、巖溶泉時，宜使用橋梁跨過措施;相對小規(guī)模的可設(shè)置涵洞跨過、布設(shè)擋土墻或護(hù)腳等措施，將水隔絕在路基范圍外，防止封閉。（如圖2所示）

（3）加固。對于洞深大且跨徑小的巖溶溶洞，宜設(shè)置混凝土蓋板的形式進(jìn)行加固。對于巖溶洞徑比較小、巖層較為破碎的無水溶洞，宜使用爆破頂板后使用片石回填方式加固。對于路基范圍內(nèi)地表坍塌陷落，采取壓實(shí)后直接填筑路基或先用大塊石填塞壓實(shí)，而后進(jìn)行路基填筑。對巖溶洞埋深較大，巖洞上頂板較厚的路段，使用鉆孔注漿方式加固，在進(jìn)行無水式工藝施工時不得采用水鉆。

（4）堵塞。在路塹邊坡上的無水溶洞，洞內(nèi)用片石填筑，而洞口采取無水砌片石鋪筑、砂漿勾縫或漿砌片石進(jìn)行封堵。

2.3.2 軟弱地基

該合同段軟質(zhì)土壤，大部分位于山間洼地或者沖溝處，排水通道阻塞致使表面粘土長時間浸泡在地表或地下水下，淤泥質(zhì)粘土的形成由于部分路段黑色炭質(zhì)頁巖遇水發(fā)生軟化而形成。通常分布相對局限，厚度不大，全線調(diào)查，厚度均小于3 m，采用挖除換填進(jìn)行處治。

2.3.3 紅粘土

通常公路線性在經(jīng)過山體堆積體、巖溶洼地段落時有紅粘土、洪積次生紅粘土，分布范圍比較廣泛，影響路基的穩(wěn)定性，須對紅粘土段落的路床范圍（即路面以下0～80 cm）進(jìn)行超挖換填處理，特別注意紅粘土不適合作為路基填筑材料。

2.3.4 填石路基

根據(jù)初步設(shè)計審查專家意見，對于挖方較深以及鄰近隧道進(jìn)出口棄方較多的路段，按填石路堤進(jìn)行設(shè)計。隧道內(nèi)棄渣與硬質(zhì)巖路基開挖產(chǎn)生的石方主要用于填石路基填筑。不容易風(fēng)化的中硬質(zhì)巖可用來填筑填石路堤，嚴(yán)禁使用風(fēng)化嚴(yán)重的頁巖、碳質(zhì)巖類、煤層等材料。在路段施工前，須進(jìn)行試驗(yàn)段鋪筑，依此選擇適宜的填筑層厚、壓實(shí)工藝并進(jìn)行質(zhì)量控制。

3 其他特殊路基處理分析

3.1 低填淺挖路基處理設(shè)計

低填路基填方高度<1.56 m，當(dāng)含水量適度且土層CBR（min）滿足規(guī)范要求時，采用翻挖后再壓實(shí)的方式處理;在土層含水量較大的情況下，通過換填路基填料進(jìn)行處置（CBR須滿足規(guī)范要求）[3]，壓實(shí)度應(yīng)≥96%。

在路床因含水量過大或者BR不滿足要求而導(dǎo)致壓實(shí)度達(dá)不到規(guī)定時，須對路面結(jié)構(gòu)層以下的土基進(jìn)行處置，處治方式和壓實(shí)度要求要與低填路基一致。

3.2 陡坡路堤處理設(shè)計

陡坡路堤是指地面橫坡大于等于1∶2.5，根據(jù)路段土石方平衡、工程量、施工難度等綜合確定采用填石路堤、抗滑支擋或刷坡+超填反壓措施。填筑前須在原有地面開挖臺階，寬度≥2 m，橫坡為4%內(nèi)側(cè)傾向。所有陡坡路堤都進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算，確保路堤安全。

3.3 路基填挖交界及過渡段路基設(shè)計

該項(xiàng)目路基填挖交界處原則上考慮填石路堤，若缺乏石料路段，則考慮過渡段設(shè)計，過渡段采用粗顆粒填料。填筑時先挖臺階，寬度≥2 m。在路床范圍內(nèi)須鋪設(shè)土工格柵以此減少填挖分界處產(chǎn)生不均勻沉降，如圖3所示。

3.4 路橋（涵）過渡段處理

一般橋臺臺背、涵洞處理選用滲水性良好的填料進(jìn)行回填，自構(gòu)造物基礎(chǔ)頂面到下路床頂面之間的壓實(shí)度≥96%;在結(jié)構(gòu)物頂部設(shè)置兩層雙向土工格柵以減少產(chǎn)生不均勻沉降[4]。

橋梁涵洞臺后的過渡段范圍：

（1）橋梁，底部長度每側(cè)不小于3 m，上部長度每側(cè)大于（3+H）。

（2）涵洞、通道，底部長度每側(cè)不小于2 m，上部長度每側(cè)大于（2+H）。H=路基填土高度-路面和路床厚度。

4 結(jié)束語

在山嶺重丘區(qū)高速公路路基設(shè)計中，尤

其是西部地區(qū)特殊路基處理是公路建設(shè)過程中常見問題，在設(shè)計過程中，根據(jù)詳實(shí)的地勘資料分析，結(jié)合項(xiàng)目路段特殊路基的成因及分布特征，在滿足工程經(jīng)濟(jì)技術(shù)、施工便捷性等因素下，設(shè)計出具有針對性的處理方案。在特殊路基處理的施工過程中，要考慮周邊條件與環(huán)境，綜合運(yùn)用處理措施并進(jìn)行實(shí)時動態(tài)監(jiān)控及動態(tài)調(diào)整。

參考文獻(xiàn)

[1]劉人瑜， 李興慶， 徐超. 楚南一級公路軟基處置方案有限元分析[J]. 公路， 2016（3）： 37-42.

[2]劉松玉， 周建， 章定文， 等. 地基處理技術(shù)進(jìn)展[J]. 土木工程學(xué)報， 2020（4）： 93-110.

[3]張正一， 王朝輝. 中國綠色公路建設(shè)與評估技術(shù)[J]. 長安大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2018（5）： 76-86.

[4]公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范： JTG3363—2019[S]. 北京：人民交通出版股份有限公司， 2019.

收稿日期：2022-01-20

作者簡介：付培楠（1986—），男，碩士研究生，工程師，從事路橋設(shè)計工作。