陡坡高路堤的設計方法探討

龍 森 胡興堯 劉宏力

0 引言

JTG D30-2004公路路基設計規(guī)范規(guī)定:填方邊坡高度超過20 m的路堤稱為高路堤;地面斜坡坡率陡于1∶1.25的路堤稱為陡坡路堤。當邊坡高度超過20 m的路堤或斜坡坡率陡于1∶1.25的路堤還應進行個別設計,對重要的路堤應進行穩(wěn)定性監(jiān)控。我國地勢西高東低,且西部地區(qū)多為山嶺重丘地區(qū),地勢起伏大,地面橫坡陡,而且這些地區(qū)構(gòu)造、侵蝕作用強烈,地質(zhì)條件復雜。隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施,越來越多的高速公路將在西部地區(qū)修建。在這些地區(qū)進行高等級公路建設,常常出現(xiàn)既是高路堤又是陡坡路堤的路段,在這種情況下,提高公路的橋隧比例能夠有效的減少陡坡高路堤路段。但是在同等條件下,相同里程的橋隧路基造價一般是普通路基的5倍以上,而且工程建設的難度也將成倍的增大,這給經(jīng)濟本就欠發(fā)達的西部地區(qū)高速公路建設帶來了更大的壓力。因此,根據(jù)現(xiàn)場實際情況,適情采用陡坡高路堤填方通過不但能節(jié)省很多的工程投資,而且能消化部分廢方,節(jié)省公路占地,利于環(huán)保。然而,陡坡高路堤填方高度大,地面橫坡較陡,單純從施工工藝和填料選擇上很難保證路堤的穩(wěn)定性,如何對陡坡高路堤進行安全、合理、經(jīng)濟的設計成為擺在公路設計人員面前的難題。因此,研究陡坡高路堤的設計方法有著很重要的現(xiàn)實意義和應用價值。

1 陡坡高路堤的失穩(wěn)機理分析

當路堤修筑在地面橫坡較大的陡坡上時,容易出現(xiàn)路堤失穩(wěn)破壞。陡坡路堤發(fā)生失穩(wěn)破壞的主要原因是地面橫坡較陡、基底存在軟弱下臥層或強度不均勻、路堤填筑質(zhì)量問題。由于原因不同,陡坡路堤的失穩(wěn)破壞主要有以下幾種不同的形式:

1)當基底穩(wěn)定或為基巖面時,路堤因地面橫坡大而沿著基底接觸面或基巖面發(fā)生滑動。2)當基底存在軟弱下臥層時,路堤連同軟弱下臥層沿某一圓弧滑動面滑動。3)當基底強度不均勻時,路堤連同其下的巖土層沿某一最弱的層面滑動。4)當存在路堤填筑質(zhì)量問題時,如壓實度不夠、填料質(zhì)量不合格等,路堤亦會出現(xiàn)局部的破壞或整體的失穩(wěn)。

2 陡坡高路堤的設計方法分析

2.1 結(jié)構(gòu)物支擋設計方法

結(jié)構(gòu)物支擋設計方法主要通過設置路肩墻、路堤墻等支擋結(jié)構(gòu)支撐路堤填方邊坡,以保持土體的穩(wěn)定性。但是對于陡坡高路堤而言,由于地面橫坡很陡,填方高度大,普通的石砌路肩墻和路堤墻一般難以實施或是風險過大,違背了“安全、經(jīng)濟、合理”的設計原則。在這種情況下,一般需采用樁板墻、樁基承臺擋土墻等以樁為基礎支擋結(jié)構(gòu)形式,見圖1。

從結(jié)構(gòu)物支擋的設計思路來看,主要著眼于被動的支擋,為被動防護的設計思路,這也是目前對陡坡高路堤常用的設計方法。但是,山區(qū)公路的陡坡高路堤情形非常普遍,且隨著樁基礎的應用,工程造價也成倍增長,與設計初衷相悖。所以,對陡坡高路堤采用結(jié)構(gòu)物支擋方法設計需要綜合工程地質(zhì)條件、工期、資金情況等因素進行技術經(jīng)濟比較后擇優(yōu)決定。

2.2 加筋土設計方法

隨著土工合成材料應用技術的發(fā)展,使得應用土工合成材料修筑陡坡高路堤成為可能。加筋土是一種在土中加入土工合成材料而形成的復合土。加筋土路堤一般由土工合成材料和土體填料層層碾壓而形成,土工合成材料加入后提高土體的強度,增強土體的穩(wěn)定性,使整個路堤的力學性能得到改善和提高,通過土工合成材料使穩(wěn)定基底與填土形成一個整體,見圖2。從加筋土路堤的設計思路來看,主要是以提高路堤填料強度和路堤的穩(wěn)定性為主要防護的設計思路。

2.3 加筋土與支擋結(jié)構(gòu)組合設計方法

由上述分析可知,前述兩種方法均具有一定局限性,因此可對前面兩方法進行有機結(jié)合,綜合進行應用,形成全新的土工結(jié)構(gòu),即加筋土結(jié)構(gòu)。適用于陡坡高路堤的加筋土結(jié)構(gòu)主要有加筋土擋土墻,當路堤填方受地形條件或其他因素制約時,可在路堤坡面設置面板,面板材料可采用鋼筋混凝土板、漿砌片石、片石混凝土、格賓網(wǎng)等;也可在邊坡上設置支擋結(jié)構(gòu),根據(jù)支擋結(jié)構(gòu)所處位置分為路肩式、路堤式、階梯式以及復合式等,根據(jù)工程實際可將支擋結(jié)構(gòu)修筑成直立式、階梯式和斜坡式,見圖3。

通過設置坡面面板和支擋結(jié)構(gòu)后可以增強坡面約束,將填方邊坡抽陡,減少填方高度和占地范圍,提高路堤的穩(wěn)定性。目前已經(jīng)有使用格賓網(wǎng)面板和高強土工格柵修筑40多米高擋墻的成功實例。

3 結(jié)語

本文通過對研究陡坡高路堤的現(xiàn)實意義、破壞機理以及設計方法的分析得出以下結(jié)論:研究陡坡高路堤設計方法對于山區(qū)公路建設具有重要的實際意義和應用價值。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)支擋設計方法已經(jīng)難以滿足社會的發(fā)展需要,加筋土設計方法和加筋土與支擋結(jié)構(gòu)組合設計方法具有良好的發(fā)展前景。但是目前土工筋材普遍存在強度較低、受力形變大和耐久性差等問題,因此,提高土工合成材料的力學性能、耐久性和經(jīng)濟性成為加筋土結(jié)構(gòu)能否廣泛應用的關鍵。

[1] JTG D30-2004,公路路基設計規(guī)范[S].

[2] JTJ 015-91,公路加筋土工程設計規(guī)范[S].

[3] 盧 劍,劉佳希.多雨潮濕地區(qū)路堤施工方法探討[J].山西建筑,2008,34(33):287-288.

[4] 趙明階,何光春.邊坡工程處治技術[M].北京:人民交通出版社,2003:10.

[5] 陶麗娜,楊建國,賈學明.對加筋土陡坡路堤型式的設計改進[J].路基工程,2007(8):6.