某高速公路路基設計及軟土地基的問題分析及討論

王子龍

【摘 要】本文結(jié)合一某高速公路的軟土地基實例的設計，針對當中的質(zhì)量問題和設計理論進行了詳細分析，并重點分析軟土基礎設計及處理措施，根據(jù)路面設計的實際情況，保證著設計質(zhì)量。

【關鍵詞】高速公路；路基；軟土地基分析

前言

路基設計是公路最基本的組成部分之一。保證公路沿線都具有堅實而穩(wěn)定的路基，是路基設計的中心任務。路基又是支撐路面的一種土工建筑物，在挖方地段，路基通常是路面下的天然地層；在填方地段，則是填筑起來的壓實土層。路基和路面構成了公路建筑的主體。

概況

該高速公路全長56.6km，設計標準為雙向四車道，設計速度為80km/h， 路幅寬度為26.0m.

1、一般路基設計

1.1 路基設計組成

路基設計組成如下：

① 整體式路基整體式路基寬度為26.0m， 其中， 行車道2×2×3.75m、硬路肩2×3.0m（含右側(cè)路緣帶2×0.5m）、中間帶3.50m（中央分隔帶2.0m、左側(cè)路緣帶2×0.75m）、土路肩2×0.75m；

② 分離式路基適用于隧道出入口的路基，單幅路基寬度為13.0m，其中：行車道2×3.75m、硬路肩3.0m（含右側(cè)路緣帶0.5m）、左側(cè)路緣帶1.0m、土路肩2×0.75m。

1.2 超高方式、設計標高及路拱橫坡

超高方式、設計標高及路拱橫坡的具體設置如下：

① 路線平曲線半徑小于5500m時， 在曲線上設超高， 對于整體式路基， 超高采用繞中央分隔帶外邊緣旋轉(zhuǎn)的方式， 超高過渡在緩和曲線內(nèi)完成； 對于分離式路基， 超高采用繞各自的行車道中心線旋轉(zhuǎn)的方式， 超高過渡在緩和曲線內(nèi)完成；

② 對于整體式路基， 路基設計標高為距路線中心線1m處的路面標高（中央分隔帶邊緣路面標高），對于分離式路基， 路基設計標高為各自行車道中心線處的路面標高；

③ 正常路段的行車道和硬路肩采用2%的路拱橫坡， 土路肩橫坡為4%。

1.3 路基邊坡坡率

路基邊坡坡率具體設置如下：

一般填方路段的邊坡坡率見表1， 護坡道寬2m， 護坡道和邊坡平臺分別設置外傾3%和2%的橫坡；

② 一般挖方路段邊坡， 按巖石風化情況、土質(zhì)條件采用不同的坡率， 全風化、土質(zhì)邊坡的坡率為1∶1～1∶1.5， 強風化邊坡坡率為1∶0.75～1∶1.25， 弱風化邊坡坡率為1∶0.5～1∶0.75， 微風化邊坡坡率為1∶0.3～1∶0.5， 邊坡高度均按10m控制， 平臺寬2.0m，平臺內(nèi)側(cè)修筑40cm×40cm的攔水溝， 第一級邊坡坡腳設置2m寬的碎落臺；

③ 深挖路塹（高邊坡）是指土質(zhì)邊坡高度≥20m或巖質(zhì)邊坡高度≥30m的邊坡， 路塹高邊坡坡率采用特殊設計。

1.4 縱橫向填挖交界處處治設計

本工程斜坡路基主要分布在沿山腰布設的地段， 在路線縱向填挖交界處及一般斜坡路基橫向填挖交界處， 很容易出現(xiàn)路基開裂甚至滑移。為減少因不均勻沉降而引起的開裂和滑移， 本項目采取了如下措施：

① 對所有自然邊坡坡度大于1∶5的路段， 均按要求挖臺階填筑， 挖臺階后回填應嚴格按給定的壓實度標準實施；

② 在路線縱向填挖交界處及橫向半填半挖處設置了三層TGDG50土工格柵和一層玻璃纖維土工格柵（設在瀝青面層內(nèi)）， 單向土工格柵應先進行預拉， 并用U型錨釘錨固；

③ 為防止水對斜坡路基的影響， 斜坡路基內(nèi)設置縱橫向排水設施。

1.5 路基邊坡防護設計

1.5.1 填方路段

填方路段防護設計如下：

① 填土高度小于4m時， 邊坡采用植草或鋪草皮防護； 填土高度為4m～6m時， 邊坡采用三維網(wǎng)植草防護； 填土高度為6m～8m時， 邊坡采用拱形骨架植草防護； 填土高度為8m～12m時， 分兩級邊坡，兩級邊坡分別采用拱形骨架植草和植草防護； 填土高度大于12m時， 分三級邊坡， 上兩級邊坡采用拱形骨架植草防護， 最下一級邊坡視該級邊坡高度采用植草或拱形骨架植草防護；

② 護坡道、土路肩、排水溝外側(cè)至界樁范圍均采用植草防護；

③ 過魚塘、水田、菜地路段采用M7.5漿砌片石鋪砌護坡或護腳。

1.5.2 路塹挖方邊坡

路塹挖方邊坡防護設計如下：

① 一般土質(zhì)邊坡和全風化、強風化邊坡采用植草或鋪草皮（邊坡坡度緩于1∶1）、掛網(wǎng)植草、拱架植草防護；

② 弱風化、微風化巖質(zhì)邊坡除高邊坡采用護面墻外， 其余地段均采用噴混植生防護；

③ 當采用護面墻時， 邊坡平臺或碎落臺種植爬山虎等攀爬植物；

④ 碎落臺處填筑30cm粘性土， 其上植草或鋪草皮進行綠化；

⑤ 碎落臺和邊坡平臺設置30cm厚的M7.5漿砌片石或噴射10cm厚的C20混凝土防護（巖石地段），并在邊坡平臺設置平臺截水溝。

1.5.3 擋土墻防護設計

擋土墻防護設計如下：

① 在邊防公路、中天大道地段， 由于直接放坡將侵占邊防公路、中天大道， 因此在路基右側(cè)設置衡重式、重力式路肩或路堤擋土墻， 墻身采用M7.5漿砌片石砌筑， 墻底墊層采用C15片石混凝土， 片石抗壓強度不小于30MPa， 墻面用M7.5砂漿勾凸縫；

② 擋土墻與排水溝之間的護坡道鋪砌40cm厚的M7.5漿砌片石， 片石上填筑30cm的耕植土， 并間隔0.5m種植爬山虎。

2、軟土路基處治設計

2.1 地基極限高度分析

一般軟土地區(qū)路堤的極限高度為3m～5m。本工程軟基主要分布在互通立交及山間洼地等地段?；ネ⒔环秶鷥?nèi)軟土一般為淤泥、淤泥質(zhì)亞粘土， 厚度一般在15m左右， 物理力學性質(zhì)極差； 山間洼地地段軟基主要分布在K22+650 ～K23+250、K38+210～K40+012、K43+360～K43+450段落， 軟基埋深從4.2m～12.9m不等， 軟基厚度為1.0m～9.5m； 其余段落， 如K45+550～K45+670、K46+440～K46+500、K47+280、K47+360、K47+550～K47+800， 均存在

埋深小于5m的軟基， 軟土一般為淤泥質(zhì)粗砂、淤泥質(zhì)礫砂、淤泥質(zhì)亞粘土。

極限高度計算方法如下。

均質(zhì)薄層軟土地基路堤極限高度為：

式中符號意義同前。

對于非均質(zhì)軟土地基的路基極限高度， 由于非均質(zhì)軟土地基土層比較復雜， 各層性質(zhì)不同， 其路堤極限高度需要用圓弧法計算確定。條件允許時可由筑堤試驗確定。

對于有硬殼層的軟土地基的路堤極限高度， 當覆蓋在軟土層上強度稍高的表層上厚度>1.5m時，應考慮其應力擴散， 減少地基沉降的效應， 此時極

限高度He為：

式中： H-硬殼層厚度（m）。

2.2 地基處理對策

根據(jù)分析結(jié)果和工期要求， 軟基處理方案如下：

① 軟基深度超過12m或填土高度超過6.5m的橋頭軟基路段采用管樁托板+鋼塑土工格柵處理， 并進行超載預壓， 預應力混凝土管樁采用PHC樁， 直徑為30cm， 壁厚8cm， 管樁離心混凝土強度為C70，樁頂托板采用C25鋼筋混凝土； 管樁參數(shù)分別為：管樁單樁設計承載力要求達到400kN， 復合地基承載力設計值為150kPa， 鋼塑土工格柵為CATT60-60鋼塑土工格柵， 鋼塑土工格柵每延米抗拉強度不小于60kN， 屈服伸長率不超過3%， 寬度為4m～5m；

② 軟基深度不超過12m或填土高度不超過6.5m的橋頭、涵洞軟基路段采用水泥攪拌樁+土工格室復合地基處理， 并進行超載預壓， 水泥攪拌樁采用42.5#水泥， 單樁設計承載力為120kN， 復合地基承載力設計值為130kPa， 土工格室采用100-400型， 格室高10cm、寬40cm， 要求格室片厚不小于1mm， 格室焊接處結(jié)合力不小于1 000N；

③ 最終沉降量小于1.2m 或填土高度不超過6.5m、沉降量較小時， 采用塑料排水板超載預壓處理， 并設置1～3層土工格柵， 當填土高度小于4m時， 不設置土工格柵；

④ 軟基埋深不超過5m時， 采用換填處理。

結(jié)束語

目前，本工程已建成通車，路基的運行狀態(tài)和效果均較好。通過本工程的設計經(jīng)驗， 建議在軟土地基上修筑路基時應盡量控制路基的填土高度，減少荷載對路基的壓力，以接近或小于軟基的極限填土高為宜。