淺談山嶺重丘區(qū)高速公路路基路面設(shè)計(jì)

白樺 方東 孫楠

淺談山嶺重丘區(qū)高速公路路基路面設(shè)計(jì)

白樺 方東 孫楠

通過某高速公路路基路面設(shè)計(jì)實(shí)例,根據(jù)工程地理位置及地形地貌,歸納了路基設(shè)計(jì)原則及標(biāo)準(zhǔn),探討了高填路基及深路塹路基的設(shè)計(jì)內(nèi)容及邊坡加固措施,從而保證路基設(shè)計(jì)的安全合理。

路基路面,高填深挖,軟土路基

1 項(xiàng)目概況

1.1 地理位置

長安高速公路長治—平順段第二合同段是山西省高速公路網(wǎng)“3縱 11橫 11環(huán)”主骨架及連接線的重要組成部分,同時(shí)也是長治市公路網(wǎng)規(guī)劃中“三通”(通省高速路、通縣一級(jí)路、通村水泥路)和“一環(huán)”(繞城高速路)的重要組成部分,是山西省東南部地區(qū)的一條重要出省通道。

項(xiàng)目的建設(shè)可進(jìn)一步完善山西省內(nèi)高速公路網(wǎng)絡(luò),使高速公路對(duì)國土資源、區(qū)域經(jīng)濟(jì)的整合和聯(lián)系作用進(jìn)一步加強(qiáng),促進(jìn)山西省經(jīng)濟(jì)社會(huì)一體化的發(fā)展。還可與長晉高速公路、長邯高速公路、長安高速公路(河南省段),G 207,G 309,S325,S324,S226等國道、省道及許多縣鄉(xiāng)道路溝通,形成長治市層次分明、功能明確、運(yùn)輸高效的公路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò),發(fā)揮高速公路建成后的波及、開發(fā)和潛在效應(yīng),帶動(dòng)周邊地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速增長。同時(shí)也對(duì)調(diào)整公路沿線產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),增強(qiáng)煤炭產(chǎn)業(yè)區(qū)之間、旅游產(chǎn)業(yè)區(qū)之間的便捷連接,促進(jìn)沿線經(jīng)濟(jì)帶的形成,帶動(dòng)山西經(jīng)濟(jì)的發(fā)展發(fā)揮重要作用。

路線起點(diǎn)位于河坪辿南側(cè)600m的關(guān)家?guī)X隧道內(nèi),高程海拔700m左右,與長安高速公路河南省段銜接(K 0+000)。終點(diǎn)位于長治市壺關(guān)縣集店鎮(zhèn)逢善村附近,與第一合同段長治東樞紐互通相接,路線長度為39.910 km。

1.2 地形地貌

該工程路線穿越太行山路段,山高谷深,地形起伏巨大,屬于中高山地貌。該路段起點(diǎn)高程約為700m,海拔 1 600余米的化圪道嶺及海拔 1 495m杜公嶺等橫貫于道路的中途,路線終點(diǎn)海拔1 000m左右。特別本項(xiàng)目虹霓峽大峽谷等路段,重巖絕壁,溝深谷險(xiǎn),短短的十幾千米里程上,地面高程由600m上升至 1600m,地勢(shì)雄偉,工程極為艱巨。

2 路基設(shè)計(jì)原則

2.1 基本原則

本項(xiàng)目的路基設(shè)計(jì)根據(jù)沿線工程地質(zhì)條件、地形條件,并結(jié)合路基設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn),本著因地制宜和經(jīng)濟(jì)合理的原則,選擇合理的路基斷面形式和邊坡坡率,并采用經(jīng)濟(jì)合理的防護(hù)工程及病害防治措施,確保路基具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

本項(xiàng)目大部分路段處于山區(qū),地勢(shì)陡峭,人口稀疏,路基填土高度主要受地形、橋梁、通道、水文、地質(zhì)等條件控制,大部分為填方、挖方路基交錯(cuò)路段。路基最低填土高度根據(jù)通道和泄洪要求確定。

本合同段路基設(shè)計(jì)根據(jù)沿線的地形、地貌、地質(zhì)、水文及氣象等自然條件,并依據(jù)相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及指導(dǎo)性意見等進(jìn)行。

2.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

JTG B01-2003公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);JTG D 30-2004公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范;JTG F10-2006公路路基施工技術(shù)規(guī)范;JTJ 017-96公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范。

3 高填深挖路基、特殊路基設(shè)計(jì)、施工工藝、參數(shù)、材料要求等

3.1 高填路堤

對(duì)邊坡高度大于 20m的路段,為減少工后剩余沉降和破壞,適當(dāng)提高路堤填土的壓實(shí)度。對(duì)于一般填土高度為 20m～30m時(shí),上路堤(路床頂面以下 80 m～150 m)的壓實(shí)度應(yīng)不小于95%,下路堤(路床頂面以下 150 m以下)的壓實(shí)度應(yīng)不小于94%;對(duì)于一般填土高度大于 30m時(shí),上、下路堤的壓實(shí)度均應(yīng)不小于 95%;對(duì)于填土高度大于 10m的新黃土地基,進(jìn)行重錘夯實(shí),確保路基穩(wěn)定。高填路堤斷面形式采用臺(tái)階式,坡率根據(jù)路基填料的物理力學(xué)性質(zhì)、邊坡高度以及地質(zhì)條件經(jīng)穩(wěn)定計(jì)算,并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)確定。高路堤填筑時(shí),必須嚴(yán)格按重型標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)取得的最佳含水量進(jìn)行填筑,并改進(jìn)檢測(cè)方法,加大檢測(cè)頻率,嚴(yán)格控制填土干密度。高路堤施工前,必須提出合理的施工組織計(jì)劃,確保高填土路堤有較長時(shí)間的預(yù)壓沉降期,以使路堤在施工期間及早完成剩余壓縮沉降,應(yīng)避免因趕進(jìn)度、趕工期導(dǎo)致自然沉降工期過短,路堤工后剩余沉降過大的問題。高路堤填筑完工后,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行沉降觀測(cè),并定時(shí)測(cè)量,做好記錄。當(dāng)高路堤工后沉降速率趨于穩(wěn)定并小于 10mm/月時(shí),方可進(jìn)行路面及其他附屬工程的施工。

3.2 深路塹路基

3.2.1 總體設(shè)計(jì)原則

1)安全、經(jīng)濟(jì)、合理的原則。由于路塹開挖山體時(shí),必然改變山體的自然穩(wěn)定狀態(tài),改變其應(yīng)力場(chǎng),易引起路塹邊坡穩(wěn)定問題。因此邊坡設(shè)計(jì)與支擋應(yīng)安全可靠,而且要經(jīng)濟(jì)合理。2)順應(yīng)性與協(xié)調(diào)性原則。邊坡設(shè)計(jì)應(yīng)“順應(yīng)”自然,充分利用自然山體自身的穩(wěn)定條件,處理不穩(wěn)定的部分,使邊坡長期處于穩(wěn)定狀態(tài),邊坡防護(hù)與支擋方案應(yīng)與自然環(huán)境協(xié)調(diào),避免不合理的邊坡設(shè)計(jì)造成邊坡變形、失穩(wěn)。3)注重環(huán)境保護(hù)。本項(xiàng)目處于太行山區(qū),生態(tài)環(huán)境脆弱,公路路塹邊坡開挖對(duì)環(huán)境的影響是直接性的,應(yīng)樹立邊坡環(huán)保的設(shè)計(jì)理念,減少對(duì)環(huán)境的破壞。4)邊坡動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。由于公路邊坡所處的地形、地質(zhì)、水文環(huán)境是非常復(fù)雜的,邊坡地質(zhì)勘查未必能充分掌握實(shí)際的地層結(jié)構(gòu),施工時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際開挖的地層結(jié)構(gòu),及時(shí)調(diào)整邊坡設(shè)計(jì)加固方案,確保邊坡設(shè)計(jì)合理、安全、經(jīng)濟(jì)、可靠。

3.2.2 深路塹的設(shè)計(jì)內(nèi)容

深路塹設(shè)計(jì),主要是確定邊坡的形狀和坡度。

1)根據(jù)本設(shè)計(jì)的地形地貌,地質(zhì)情況,本設(shè)計(jì)采用臺(tái)階形邊坡。邊坡平臺(tái)可增加邊坡穩(wěn)定性,減少坡面沖刷,攔擋上邊坡剝落下墜的小石(土)塊。

2)深路塹邊坡的坡度,主要按工程地質(zhì)法確定,即根據(jù)巖石(土)性質(zhì)、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件,擬用施工方法、邊坡的高度等因素,對(duì)照當(dāng)?shù)刈匀粯O限山坡或已成人工開挖邊坡的坡度確定。

3.2.3 防護(hù)加固工程設(shè)計(jì)原則

高邊坡防護(hù)加固工程是依據(jù)路塹邊坡穩(wěn)定程度與等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),并經(jīng)多方案比選優(yōu)化確定,本路段路塹高邊坡是按照“一級(jí)邊坡工程”進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì),總體防護(hù)加固工程設(shè)計(jì)原則如下：

1)對(duì)于穩(wěn)定的邊坡,即邊坡在正常工況穩(wěn)定系數(shù)大于 1.2且其他兩種非正常工況下穩(wěn)定系數(shù)滿足規(guī)范要求時(shí),一般無需增設(shè)額外支擋加固工程,即可維持坡體的總體穩(wěn)定,必要時(shí)局部調(diào)整坡率設(shè)計(jì)或防護(hù)工程措施。2)對(duì)于不穩(wěn)定的邊坡,即邊坡穩(wěn)定系數(shù)小于 1.0,必須增加支擋加固工程,或放緩邊坡坡率,以及采用刷坡放緩與支擋加固相結(jié)合處理,從而維持坡體穩(wěn)定,確保邊坡穩(wěn)定系數(shù)滿足規(guī)范規(guī)定三種工況下的要求。3)對(duì)于欠穩(wěn)定的邊坡,即邊坡穩(wěn)定系數(shù)介于 1.0～1.2之間,若不增設(shè)支擋加固工程,可以保持暫時(shí)穩(wěn)定,但在考慮各種不利因素的作用下,將有邊坡失穩(wěn)的可能,建議增補(bǔ)一定的支擋加固工程,或經(jīng)刷坡放緩處理,使邊坡穩(wěn)定系數(shù)提高到 1.2以上,并滿足其他兩種非正常工況下規(guī)范規(guī)定的穩(wěn)定系數(shù)。4)對(duì)于穩(wěn)定性差的邊坡,由于地質(zhì)因素的不確定性和坡體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,加強(qiáng)其動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)工作,根據(jù)其施工實(shí)際揭露地層情況和坡體結(jié)構(gòu),及時(shí)分析判斷,必要時(shí)調(diào)整防護(hù)或增補(bǔ)支擋加固工程措施,確保坡體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全。

3.2.4 邊坡加固措施

1)坡面變形防護(hù)。中～微風(fēng)化硬質(zhì)巖體：格賓網(wǎng)防護(hù)或不防護(hù),坡率 1∶0.25～1∶0.5;強(qiáng)～中風(fēng)化硬質(zhì)巖體：格賓網(wǎng)加三維網(wǎng)防護(hù),坡率 1∶0.5～1∶0.75,或巖面植草防護(hù);全 ～強(qiáng)風(fēng)化硬質(zhì)巖體：拱形骨架防護(hù)或三維網(wǎng)植草防護(hù),坡率 1∶0.75～1∶1.0;坡殘積層：拱形骨架防護(hù)或三維網(wǎng)植草防護(hù),坡率 1∶0.75～1∶1.0;軟質(zhì)巖體：漿砌片石護(hù)面墻防護(hù),坡率 1∶0.75～1∶1.0。2)深部變形防護(hù)。以預(yù)應(yīng)力錨索框架防護(hù)為主。3)坡腳應(yīng)力集中防護(hù)。以坡腳設(shè)擋土墻等支擋結(jié)構(gòu)防護(hù)為主,或加厚護(hù)面墻工程措施。4)地表地下水引排處理。對(duì)于坡體地下水引排,以仰斜平孔排水引排為主,結(jié)合墻背盲溝及結(jié)構(gòu)泄水孔處理,有時(shí)還用邊坡滲溝、支撐盲溝及重點(diǎn)部位引排等坡體地下水引排工程措施。

對(duì)地表水引排,一般在路塹邊坡塹頂均設(shè)有截排水天溝,坡面結(jié)合檢查梯設(shè)急流槽,以及平臺(tái)側(cè)溝、路塹邊溝等組成綜合地表排水系統(tǒng)。

4 濕陷性黃土處理

本區(qū)濕陷性黃土分布于黃土臺(tái)地與沖溝組合區(qū),主要為第四系上更新統(tǒng)馬蘭組(Qm3)黃土和全新統(tǒng)(Q4)坡洪積相黃土,巖性為灰黃色亞砂土、粉砂土,質(zhì)地均勻,疏松,具大孔隙,垂直節(jié)理發(fā)育,一般為Ⅰ級(jí)～Ⅱ級(jí)非自重濕陷,厚度 3m～15m,亞粘土和亞砂土中的垂直節(jié)理發(fā)育,孔隙較大,在地表水沖蝕切割和潛蝕的作用下,常見黃土陡崖,跌水槽、黃土柱。

對(duì)于Ⅰ,Ⅱ級(jí)非自重濕陷性黃土,采用沖擊碾壓和重錘夯實(shí),夯擊能不小于 600 kN·m,處理范圍：填方段為路基坡腳以外 3m內(nèi),挖方段為碎落臺(tái)外邊緣線以內(nèi),同時(shí)搞好防滲和加強(qiáng)排水防護(hù)設(shè)計(jì);對(duì)于Ⅱ,Ⅲ級(jí)自重濕陷性黃土采用強(qiáng)夯處理,夯擊能不小于1 200 kN·m;挖方段先對(duì)路床80 cm進(jìn)行超挖,路床底50 cm采用素土回填,路床表面 30 cm換填 6%灰土,壓實(shí)度不小于96%。

5 結(jié)語

由于公路邊坡所處的地形、地質(zhì)、水文環(huán)境是非常復(fù)雜的,雖然在邊坡勘察過程中做了詳細(xì)的調(diào)查、測(cè)繪和勘探,也未必能充分掌握實(shí)際的地層結(jié)構(gòu),開挖施工中仍可能變更原設(shè)計(jì)坡度、支擋方案。因此,施工階段的深路塹邊坡設(shè)計(jì)變更是邊坡設(shè)計(jì)的完善與繼續(xù)。根據(jù)實(shí)際開挖地層結(jié)構(gòu),應(yīng)及時(shí)調(diào)整深路塹邊坡設(shè)計(jì)加固方案,盡量做到深路塹邊坡設(shè)計(jì)合理、安全、經(jīng)濟(jì)、可靠。

[1] 陳子金,鄧勝江.分離式路基設(shè)計(jì)方法探討[J].山西建筑, 2009,35(12)：259-260.

On roadbed design for expressways in areas ofmountains and hills

BA IHua FANG Dong SUN Nan

According to the factual examples of roadbed design on some exp ressway,the paper,according to theengineering geographic location and the topological features,sums up the design p rinciples for roadbed and its standards,and exp lores the high-filled roadbed,the design contents for the deep cutting foundation and the intensification measures for side slopes,so as to ensure the reasonability and the safety of the roadbed design.

roadbed,high-filled and deep excavation,soft-soil foundation

U 416

A

1009-6825(2011)09-0164-02

2010-11-27

白 樺(1983-),男,助理工程師,中交路橋技術(shù)有限公司,北京 100029

方 東(1985-),男,助理工程師,中交路橋技術(shù)有限公司,北京 100029

孫 楠(1982-),男,助理工程師,中交路橋技術(shù)有限公司,北京 100029

·橋梁·隧道·