平原區高速公路加筋土-混凝土擋墻組合結構優化設計

王森

（中咨華科交通建設技術有限公司，北京 100195）

0 引言

隨著我國基礎設施建設的不斷推進，高速公路已成為國家交通網絡的重要組成部分。然而，在平原區基本農田連片區，由于土地資源稀缺，加之國家對基本農田提出保護要求，高速公路的設計與建設面臨著巨大的挑戰。因此，如何在保證高速公路安全、暢通和舒適的前提下，兼顧基本農田的保護和土地資源的合理利用，成為一個亟待解決的問題。

1 平原區基本農田的特點及其對高速公路設計的影響

1.1 平原區基本農田的特點

平原區基本農田具有較高的生產效益，對國家糧食安全和農村經濟發展有重要意義。在國家糧食安全和農業可持續發展的背景下，保護平原區基本農田的重要性日益凸顯[1]。

高速公路選線階段應在滿足交通運輸需求的前提下，盡量避開平原區基本農田分布區，減少對平原區基本農田的占用，但實際上往往無法完全避開基本農田連片區。因此，在高速公路設計中，需要充分考慮對平原區基本農田的保護，減少土地占用，降低對農田生產的影響。

1.2 高速公路設計的影響因素

在平原區基本農田連片區，地形地貌、土地利用現狀、基本農田分布、農田灌溉設施、農田交通等因素會對高速公路的走向、縱橫坡、路基寬度、防護工程等方面產生影響，因此需要在設計中加以綜合考慮[2]。

1.3 國家政策對基本農田的保護要求

在平原區基本農田連片區，高速公路設計除了要考慮上述因素，還需充分考慮國家政策對基本農田保護的要求。國家和地區通常會制訂相應的法律法規來保護基本農田，以確保糧食安全和農業可持續發展。設計高速公路時，需遵循這些法律法規，最大限度地減少對基本農田的占用和破壞。

2 加筋土-混凝土擋土墻組合結構原理及優勢

2.1 加筋土的原理及優勢

加筋土是一種通過將土工格柵等加筋材料與土體混合，提高土體強度和穩定性的工程技術。加筋土技術的發展源于20 世紀70 年代，至今已在許多國家的交通、水利、建筑等領域得到廣泛應用[3]。加筋土的原理是利用加筋材料與土體之間的摩擦和附著力，形成復合土體，提高土體的抗剪強度和變形性能。在土體中加入加筋材料，可以有效地分散土體荷載，減輕土體局部應力，使土體的受力更均勻，進而提高整體的穩定性，減少路基沉降，延長道路使用壽命，對高速公路、鐵路等對穩定性要求較高的工程項目有重要意義。此外，由于加筋土有較強的自穩定性能，因此可以減少施工中的支護措施，簡化施工過程，減少土方開挖量，提高施工效率，降低工程成本，有助于提高項目的綜合效益。

2.2 混凝土擋土墻的原理及優勢

混凝土擋土墻是一種常見的高速公路防護工程，主要用于路基邊坡防護和路堤邊坡防護。混凝土擋土墻的原理是通過墻體的質量和內摩擦力抵抗土體的側向壓力，從而維持土體穩定。

混凝土擋土墻的優勢如下：

第一，有效防止邊坡滑動、侵蝕和坍塌。混凝土擋土墻可以抵抗土體的側向壓力，防止邊坡滑動，減小水土流失，保持土體穩定。

第二，降低對農田的影響。混凝土擋土墻可以有效降低對農田的影響，保護耕地和農田，維護農業生產和生態環境。

第三，減少土地占用。混凝土擋土墻可以邊坡變得更陡峭，能有效減少土地占用面積，提高土地利用效率，節省土地資源，為其他基礎設施建設提供更多的空間。

第四，降低工程成本。混凝土擋土墻具有較好的經濟性，相較于其他加固方法，可以有效地降低工程成本，提高投資回報。

2.3 加筋土-混凝土擋土墻組合結構的優勢

結合加筋土和混凝土擋土墻的優勢，加筋土-混凝土擋土墻組合結構在高速公路防護工程中具有以下優勢：

2.3.1 整體穩定性更強

加筋土-混凝土擋土墻組合結構，能夠提高土體的抗剪強度和變形性能，提高路基的整體穩定性。加筋土可以有效提高土體的承載力，降低土體變形和滑動；混凝土擋土墻則能通過擋土墻接觸面的摩擦力和自重，提供較高的抗滑穩定性。二者相互配合，能使整個組合結構具有更高的穩定性，有效防止路基滑動、塌陷和變形。

2.3.2 節約土地資源

傳統的路基建設可能需要占用大量的土地，而采用加筋土-混凝土擋土墻組合結構可以顯著降低土地占用面積，對農田、生態環境等方面的影響也能得到有效控制。此外，該組合結構可以在復雜地形和地質條件下施工，適用范圍更大。

2.3.3 環境友好

加筋土-混凝土擋土墻采用生態環保材料建造，有利于生態環境保護和景觀美化。在擋土墻的設計和施工過程中，可以采用生態材料和植物覆蓋，提高墻體綠化效果，營造更美觀的環境。此外，加筋土-混凝土擋土墻組合結構在施工過程中產生的噪聲和粉塵污染較低，有利于降低對周邊環境的影響。

2.3.4 工程經濟性高

在施工過程中，加筋土-混凝土擋土墻組合結構可以減少土方開挖和填筑工程量，降低土石方的運輸成本。同時，該結構的施工周期較短，可以有效縮短工程時間，降低勞動力和管理成本。總體而言，該結構方案具有較高的經濟性。

3 加筋土-混凝土擋土墻組合結構優化設計方案比選

3.1 工程概況

貴港至岑溪高速公路項目位于廣西壯族自治區，全長約120km，設計速度120km/h，雙向六車道，路基寬度26.5m。該項目起于貴港市城區，經過桂平市、平南縣、藤縣，終于接岑溪市。項目沿線地形復雜，地質條件多變，穿越多條河流和地質敏感區，屬于平原—丘陵地形。

其中，K0+000—K49+920 位于貴港市，地形以沖積平原、溶蝕平原為主，處于平原基本農田連片區。貴港市土地資源緊張，基本農田資源保護政策嚴格。因此，在該路段設計中，尤為關注對土地資源的合理利用和保護。沿線的農田主要種植水稻、蔬菜、瓜果等作物，對農田的保護和減少土地占用有重要意義。

一般路堤邊坡坡率（第一級1∶1.5，第二級1∶1.75，三級以上1∶2）占地面積過大，無法解決占用過多基本農田的問題。因此，針對K0+000—K49+920 路段，對不同防護方案進行了綜合比選，主要包括正常放坡、加筋土（坡率1∶1）、加筋土-混凝土擋土墻（墻高H=2m、H=4m、H=6m、H=8m）、橋梁方案。在比選過程中，充分考慮了工程造價、施工難度、維護成本，以及對農田、地質條件和周邊環境的影響，以期選出最佳的設計方案。

3.2 方案對比

加筋土（坡率1∶1）、加筋土-混凝土擋土墻（墻高H=2m、H=4m、H=6m、H=8m）、橋梁方案與正常放坡方案對比如圖1、表1 所示：

圖1 方案對比圖

3.3 對比結果分析

為了尋求一種既能滿足工程需求又具有經濟效益和環保特性的方案，對三種不同防護方案進行細致的對比分析。各方案的主要優缺點如下。

3.3.1 橋梁方案

橋梁方案所占用地面積最小，可節省603 畝土地資源，相較于其他方案在土地利用效率上具有較大優勢。然而，橋梁方案的工程造價較高，相對于正常放坡方案增加了約12.9 億元。此外，橋梁結構較為復雜，施工難度大，維護成本相對較高。同時，橋梁方案對地質條件要求較高，項目區存在多種不良地質，如巖溶、軟土等，可能會對橋梁結構的穩定性產生影響，增加施工難度和安全隱患。

3.3.2 加筋土（坡率1∶1）方案

該方案可節省用地188 畝，造價較橋梁方案大幅度降低，相較于正常放坡方案僅增加約0.25 億元。加筋土方案對地質條件要求相對較低，適用于多種地質條件，具有較好的適應性。然而，加筋土施工工藝不夠成熟，據多個公路項目反饋，加筋土施工工期較長。盡管如此，該方案維護成本較低，對農田和周邊環境的影響相對較小，具有一定的環保特性。

3.3.3 加筋土-混凝土擋土墻組合結構方案

平均墻高4m，可節省用地188 畝，與加筋土方案相當。工程造價較加筋土方案略有增加，約增加1.8億元。該項目K0+000—K49+920 主要處于灰巖區，覆蓋層較薄。該方案充分考慮了地質條件，特別是在紅黏土和軟土地段，采用加筋土-混凝土擋土墻組合結構，可有效提高路基穩定性，減少地基脹縮變形問題。此外，該方案維護成本適中，對農田和周邊環境的影響相對較小，具有較高的環境友好性。

綜合對比結果分析，加筋土（1∶1）＋混凝土擋土墻（H=4m）組合結構防護為基本農田路段最佳防護方案。這一方案綜合考慮了造價、土地利用、施工難度、維護成本及環境影響等多方面因素，能夠在滿足工程需求的同時，實現經濟效益與環保特性的平衡。

盡管加筋土施工工藝目前尚不夠成熟，但由于加筋土-混凝土擋土墻組合結構方案限定了路堤邊坡高度≤10m，即平均坡高10m-平均墻高4m-路面厚度0.9m-路床厚度0.8m=平均加筋土厚度4.3m，因此只需要施工4.3m 厚的加筋土，對施工工期影響較小。

為進一步提高方案的實施效果，建議在工程設計和施工過程中充分考慮地質條件，采取必要的地基處理措施，如預壓、排水等，以確保路基的穩定性。同時，關注加筋土和混凝土擋土墻之間的連接方式和力學性能，確保整個組合結構的穩定性和可靠性。在工程施工過程中，要加強對加筋土和混凝土擋土墻的定期檢查與維護，及時發現并處理潛在問題，保證工程長期安全、穩定運行。

4 結語

針對平原區高速公路基本農田連片區加筋土-混凝土擋土墻組合結構優化設計進行了深入研究，對不同防護方案進行全面對比和綜合評價。通過多種方案的綜合比選，確定采用加筋土（1∶1）+混凝土擋土墻（H=4m）防護設計方案。該方案兼顧節省用地、控制工程造價、提高施工效率與維護性能等多方面內容，有顯著優勢，特別是在保護農田資源、減輕對環境的影響以及滿足地質條件要求等方面，表現出了良好的實用性與可行性。研究僅針對特定區域進行了方案優化設計，在實際工程中應根據具體情況，進行詳細的設計和優化，以確保方案的可行性和效果。在未來的研究中，可以進一步完善和優化此類設計方案，以適應不同地域和工程條件的需求，為高速公路建設和管理工作提供更強有力的支持。