談川藏高寒山區(qū)公路設(shè)計(jì)

孫 代 靳延慶

(1.俄崗公路工程建設(shè)有限責(zé)任公司，四川 成都 610000； 2.長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院，陜西 西安 710000)

談川藏高寒山區(qū)公路設(shè)計(jì)

孫 代1靳延慶2

(1.俄崗公路工程建設(shè)有限責(zé)任公司，四川 成都 610000； 2.長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院，陜西 西安 710000)

結(jié)合國(guó)道317線改擴(kuò)建工程實(shí)例，在分析川藏高寒山區(qū)公路氣候特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)高寒地區(qū)公路路基、路面、路基防護(hù)設(shè)計(jì)的原則及注意事項(xiàng)進(jìn)行了闡述，使公路設(shè)計(jì)滿足高寒地區(qū)的功能要求。

高寒山區(qū)，公路，路基，路面，設(shè)計(jì)

0 引言

隨著國(guó)家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的進(jìn)一步推進(jìn)，西部地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)取得了明顯進(jìn)展。國(guó)道317線(川藏公路北線)是四川省通往西藏的一條重要公路，是國(guó)家實(shí)施西部大開發(fā)戰(zhàn)略的重要舉措之一。國(guó)道317線甘孜段改擴(kuò)建項(xiàng)目路線全長(zhǎng)384.838 km，起點(diǎn)K38+200甘孜州與馬爾康交界處，終點(diǎn)為金沙江崗?fù)写髽?四川、西藏省界)。

該項(xiàng)目地處高海拔地區(qū)，氣候條件惡劣，年均氣溫較低，埡口地段路面溫度低于0 ℃處存在凍土。經(jīng)調(diào)研組現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，凍土深度為0.6 m～1.6 m左右。凍土是具有零溫或負(fù)溫且含厚固態(tài)冰的土，按其存在時(shí)間的長(zhǎng)短分為多年凍土、季節(jié)性凍土和瞬時(shí)凍土。其中多年凍土、季節(jié)性凍土對(duì)路面工程影響較大。凍土在川藏地區(qū)普遍存在，且分布在越嶺地段，伴隨冰雪害及道路翻漿分布，對(duì)原路面影響極大。季節(jié)性凍土每年春節(jié)隨著氣溫的回升，在3月下旬或4月上旬，淺層開始解凍，且隨著溫度的變化時(shí)凍時(shí)融，只在4月下旬土壤才全部解凍，隨著氣溫和低溫的下降，于10月中旬左右開始凍結(jié)。因此在該地區(qū)修建公路與常規(guī)的公路修建有諸多不同的地方，設(shè)計(jì)的側(cè)重點(diǎn)與常規(guī)公路的設(shè)計(jì)有些許差異。

1 川藏高寒山區(qū)公路氣候特點(diǎn)

該路段地處甘孜藏族自治州位于四川省西部。介于東經(jīng)97°22′～102°29′，北緯27°58′～34°20′之間。東鄰阿壩藏族自治州和雅安市；南連涼山藏族自治州和云南迪慶藏族自治州；西沿金沙江與西藏昌都地區(qū)隔水相望；北接青海玉樹和果洛兩個(gè)藏族自治村。幅員面積15.37萬(wàn)km2，占全省總面積的31.5%。工程所處位置平均海拔3 500 m以上，地形西北向東南傾斜。工程區(qū)內(nèi)雀兒山最高點(diǎn)高度6 168 m，路線最低點(diǎn)為路線起點(diǎn)。該路段屬于大陸性季風(fēng)高原型氣候，氣溫低，冬季長(zhǎng)，無(wú)霜期短，降水較少，旱雨季分明；光照強(qiáng)度大，日照豐富，從低海拔到高海拔，立體變化顯著。

項(xiàng)目路段穿越爐霍縣，甘孜縣，德格縣。甘孜縣屬于高原河谷氣候，寒冷干燥，澄徹晴朗，地勢(shì)開闊，日照長(zhǎng)，輻射強(qiáng)，年日照時(shí)數(shù)為2 640 h，年均溫度5.6 ℃，最高溫度31.7 ℃，最低溫度-28.9 ℃，年平均降水量636.5 mm，含氧量相當(dāng)于平原的67%。爐霍縣屬于青藏高原亞濕潤(rùn)氣候區(qū)，冬春寒冷，氣候干燥，風(fēng)沙較大。年均溫度6.4 ℃，最高溫度31.0 ℃，最低溫度-24 ℃，1月均溫-3.7 ℃，7月均溫14.6 ℃，日照數(shù)2 605 h，無(wú)霜期94 d。

高寒地區(qū)氣候惡劣，自然環(huán)境條件差。在該地區(qū)修建公路，與低海拔地區(qū)有許多不可預(yù)見的狀況，因此要控制其質(zhì)量是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，涉及到設(shè)計(jì)、施工、管理等每一個(gè)環(huán)節(jié)和每一個(gè)細(xì)節(jié)，某一方面的疏忽和粗心就有可能導(dǎo)致工程的質(zhì)量功虧一簣。在具體工程的工程設(shè)計(jì)與施工工程中，最應(yīng)當(dāng)克服的是過(guò)于注重某個(gè)局部和細(xì)節(jié)問(wèn)題而忽略整體和全面的質(zhì)量管理作法。瀝青路面質(zhì)量控制是個(gè)系統(tǒng)工程，尤其在高寒地區(qū)更要注意這一點(diǎn)，唯有每一個(gè)過(guò)程都把握好了，工程質(zhì)量方可滿足要求。

2 高寒地區(qū)公路設(shè)計(jì)

2.1 高寒地區(qū)公路路基設(shè)計(jì)

高寒地區(qū)公路建設(shè)的核心技術(shù)問(wèn)題之一即為路基修建與穩(wěn)定技術(shù)。路基設(shè)計(jì)是高寒地區(qū)公路設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵，由于高寒地區(qū)地處多年凍土和季節(jié)性凍土地區(qū)，路基融沉與凍脹翻漿是影響路基穩(wěn)定與使用壽命的主要因素。因此，高寒地區(qū)路基設(shè)計(jì)首先要考慮二者的影響程度以及相應(yīng)的處治措施。按照這一指導(dǎo)思想，結(jié)合具體凍土類型及年平均地溫采用下面的設(shè)計(jì)原則[1]：1)保護(hù)凍土設(shè)計(jì)原則；2)控制凍土融化速率的設(shè)計(jì)原則；3)允許融化的設(shè)計(jì)原則；4)按季節(jié)凍土區(qū)處理原則。

路基作為一種線性結(jié)構(gòu)物，要跨越各類不同的地貌單元、地層巖性、構(gòu)造體系以及各種特殊的不良地質(zhì)現(xiàn)象，影響因素多，情況十分復(fù)雜，要解決好路基設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，要做好前期的勘測(cè)與調(diào)查，然后根據(jù)實(shí)際情況確定路基設(shè)計(jì)方案，不良地質(zhì)條件下還需做好路基地面排水與側(cè)向保護(hù)[2]。根據(jù)大量的工程實(shí)踐，高寒地區(qū)公路路線、路基應(yīng)遵循保護(hù)凍土的原則，盡量避免“零”填、淺挖，并在此前提下，根據(jù)凍土不同特性，確定相應(yīng)的路基合理高度。

根據(jù)317線改擴(kuò)建要求，路基寬度采用8.5 m(10 m)，路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面組成為行車道寬2×3.5 m+硬路肩寬0 m(2×0.75 m)+土路肩寬2×0.75 m，路基設(shè)計(jì)標(biāo)高按上述原則確定。路線上的挖方一般可作為利用填方填筑路堤，對(duì)欠方地段或?qū)μ盍嫌刑厥庖舐范涡璨捎媒璺教钪坊鶋簩?shí)標(biāo)準(zhǔn)按重型壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，路基填筑前應(yīng)視情況清除耕植土，并集中堆放供綠化利用，填方應(yīng)分層鋪筑，均勻壓實(shí)，路基壓實(shí)度、填料最小強(qiáng)度和填料最大粒徑應(yīng)符合表1要求，否則應(yīng)視情況分別采取夯壓密實(shí)，加強(qiáng)排水，換填等措施進(jìn)行處治。

表1 路基壓實(shí)度、填料最小強(qiáng)度及填料最大粒徑要求表

2.2 高寒地區(qū)瀝青路面設(shè)計(jì)

高寒地區(qū)修筑道路一直被視為世界性難題。317國(guó)道甘孜段瀝青路面病害主要有：1)裂縫類，主要有橫向裂縫、縱向裂縫、網(wǎng)狀裂縫和龜裂等，其中橫向裂縫居多，主要有溫縮裂縫與半剛性基層反射裂縫；2)變形類，主要表現(xiàn)為波浪和沉陷，車轍、隆起較少；3)松散類，主要表現(xiàn)為松散、坑槽、脫皮等，其中以松散破壞為主。高原地區(qū)紫外線強(qiáng)烈，瀝青老化，粘結(jié)力下降，是造成這種狀況的主要原因。

因此該地區(qū)瀝青路面設(shè)計(jì)應(yīng)考慮多年凍土地區(qū)氣溫低、降溫速率快、晝夜溫差大、日照強(qiáng)烈、紫外線輻射強(qiáng)、凍土路基不均勻融沉變形等特殊使用條件，以及有效施工期短、施工溫度低等特殊施工條件[2]。應(yīng)收集沿線氣溫、凍結(jié)深度、凍土類型等氣候、地質(zhì)資料，調(diào)查交通量、交通組成、軸載譜等交通資料，掌握沿線路基凍融特點(diǎn)，預(yù)測(cè)凍土路基變形，進(jìn)行路基路面綜合設(shè)計(jì)。

高寒地區(qū)特殊的氣候條件和路面使用環(huán)境，對(duì)瀝青路面的材料設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了新的要求，主要表現(xiàn)在以下方面：

1)路面材料的低溫性能。高寒地區(qū)長(zhǎng)期低溫條件下，半剛性基層強(qiáng)度形成緩慢，形成與低海拔地區(qū)同等強(qiáng)度的板體周期長(zhǎng)；瀝青在長(zhǎng)期低溫條件下，變得脆而且硬，低溫性能降低?；诖?，瀝青路面基層與面層的材料的低溫強(qiáng)度與抗裂性能需要有更高的要求。

2)路面材料的耐久性。川藏高寒地區(qū)，筑路材料來(lái)源單一，沿線材料多種多樣，沿河集料與山體開采石料風(fēng)化嚴(yán)重，強(qiáng)度和耐久性普遍較差；在使用過(guò)程中多次凍融循環(huán)和強(qiáng)紫外線輻射，性能蛻變較快，因此要求集料具有更好的抗凍性能，瀝青材料的抗紫外線老化能力需要重點(diǎn)考慮。

3)路面結(jié)構(gòu)的抗裂縫變形能力。高寒地區(qū)普遍采用半剛性基層，溫縮裂縫、反射裂縫以及由于瀝青過(guò)早老化引起的面層松散問(wèn)題威脅著路面的使用性能。因此，在結(jié)構(gòu)組合上應(yīng)采取有效途徑減緩或避免這些問(wèn)題的發(fā)生。

由于廢舊輪胎中含有合成橡膠、硫磺、炭黑、天然橡膠、抗老化劑等成分，將其摻入瀝青中會(huì)改善瀝青的整體性能，據(jù)現(xiàn)有研究知道，橡膠瀝青能提高瀝青的軟化點(diǎn)，改善瀝青的低溫下流動(dòng)性能，降低針入度，提高瀝青的低溫延度，增強(qiáng)瀝青的彈性變形[4]。結(jié)合高寒地區(qū)瀝青路面溫縮裂縫、放射裂縫以及瀝青過(guò)早老化的特點(diǎn)以及廢胎膠粉對(duì)瀝青性能的改善，將橡膠瀝青應(yīng)用于高寒地區(qū)是一個(gè)明智的選擇。

國(guó)道317線甘孜段采用的是半剛性基層，反射裂縫增加，在橡膠瀝青結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面采用在基層上鋪筑橡膠瀝青應(yīng)力吸收層，可以有效延緩半剛性基層的反射裂縫問(wèn)題。在抗反射裂縫性能方面，橡膠瀝青間斷級(jí)配的結(jié)構(gòu)能力是普通密級(jí)配的兩倍，因此可以有效地減薄該結(jié)構(gòu)層的厚度。根據(jù)瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，推薦采用的路面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該路面結(jié)構(gòu)上面層減緩瀝青的紫外線老化，由于橡膠瀝青的低溫性能良好(5 ℃延度高)，溫縮裂縫減輕；將橡膠瀝青混合料墊在基層與水穩(wěn)層之間，可以有效地減輕半剛性基層的反射裂縫，高劑量瀝青用量的橡膠瀝青混合料具有很好的粘結(jié)力，提高下面層的抗剪切能力。半剛性基層具有足夠的強(qiáng)度承載川藏線上的物資運(yùn)輸車輛的車輛荷載，在基層以下的級(jí)配碎石墊層：在凍土地帶，按防凍層厚度計(jì)算，并且在常年凍土區(qū)，級(jí)配碎石墊層具有較好的隔熱保溫性能，減少瀝青路面溫度的向下傳遞，減輕凍土的融化引起的路面融沉變形。各結(jié)構(gòu)層厚度應(yīng)按照常規(guī)路面結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計(jì)依據(jù)基礎(chǔ)資料而定。

2.3 路基防護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)沿線地質(zhì)構(gòu)造、巖土性質(zhì)、裂隙發(fā)育程度，結(jié)合沿線公路邊坡穩(wěn)定情況，綜合擬定挖方邊坡坡度。本路地質(zhì)情況大致為塊狀碎石土，部分段落基巖裸露，巖層主要為砂巖、泥巖、砂泥巖互層、石灰?guī)r、板巖、花崗巖等。

填方路基邊坡防護(hù)一般考慮作植物防護(hù)，路堤按正常坡比放坡或放緩后回填腐殖土或含植物根系土后種植適宜于高寒地區(qū)生長(zhǎng)的灌木或草籽。受水流侵蝕或沖刷輕微，河道寬淺的沿河路堤，設(shè)置鉛絲石籠護(hù)腳或在設(shè)計(jì)水位+100 cm高度以下的路基邊坡采用漿砌片石防護(hù)，其上部邊坡防護(hù)同正常路段；當(dāng)路基邊坡受河流沖刷較嚴(yán)重，河道狹窄的路段，一般采用浸水路肩擋土墻或路堤擋土墻防護(hù)，以保持路基穩(wěn)定。

挖方路段邊坡防護(hù)需根據(jù)邊坡高度，邊坡土質(zhì)巖性等基礎(chǔ)資料采取相關(guān)措施。高寒地區(qū)物理風(fēng)化作用強(qiáng)烈、巖層破碎、自然邊坡高陡、物源豐富，傍山路基應(yīng)盡量避免深挖方削坡，在結(jié)合自然邊坡坡面情況、水文地質(zhì)條件，考慮環(huán)境保護(hù)因素等基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合治理。應(yīng)視其高度、巖土界面、裂隙發(fā)育程度、穩(wěn)定情況進(jìn)行防護(hù)。

臨河路基應(yīng)根據(jù)原路邊坡、河道、河流沖刷等實(shí)際情況采用浸水擋土墻、實(shí)體護(hù)+護(hù)腳坡腳、格賓擋墻、鉛絲石籠等多種工程措施進(jìn)行防護(hù)。浸水擋土墻一般用于路基寬度不夠、河道狹窄，河流沖刷嚴(yán)重路段。實(shí)體護(hù)+坡腳一般用于寬淺河灘及原臨河路基邊坡較緩路段，采用M10砂漿砌片卵石護(hù)坡及護(hù)腳，護(hù)坡基礎(chǔ)基底應(yīng)置于一般沖刷線0.5 m～1.0 m以下，在離路基主體相對(duì)較遠(yuǎn)的路段，以避免溝谷下切，河流沖刷淘蝕及岸坡穩(wěn)定，一般均加設(shè)鉛絲石籠防護(hù)，鉛絲石籠應(yīng)選擇水穩(wěn)定性好、抗風(fēng)化能力較強(qiáng)的石料，粒徑應(yīng)大于鉛絲網(wǎng)孔徑。

3 結(jié)語(yǔ)

高寒地區(qū)瀝青路面的修建是一個(gè)系統(tǒng)工程，從設(shè)計(jì)，施工，管理，養(yǎng)護(hù)等多方面綜合考慮。設(shè)計(jì)作為公路建設(shè)的指導(dǎo)性文件，對(duì)公路建設(shè)起著統(tǒng)籌全局的作用。因此高寒地區(qū)公路設(shè)計(jì)需要對(duì)該地區(qū)的氣溫低、溫差大、紫外線強(qiáng)烈、凍土分布廣泛等獨(dú)特的環(huán)境條件重點(diǎn)考慮，并結(jié)合實(shí)際情況對(duì)工程質(zhì)量采取主動(dòng)控制措施，堅(jiān)持預(yù)防為主，后期治理為輔的方針，有針對(duì)性的勘察設(shè)計(jì)，力求工程質(zhì)量滿足高寒地區(qū)的功能要求。

[1] 汪雙杰.多年凍土地區(qū)公路修筑技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2008：226-227.

[2] 鄧學(xué)鈞.路基路面工程[M].北京：人民交通出版社，2009：59.

[3] JTG/T D31—04—2012，多年凍土地區(qū)公路設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則[S].

[4] 王旭東,李美江,路凱冀.橡膠瀝青及混凝土應(yīng)用成套技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2008:43-58.

Discussion on the highway design of Sichuan-Tibet alpine mountain

Sun Dai1Jin Yanqing2

(1.EgangHighwayEngineeringConstructionLimitedLiabilityCompany,Chengdu610000,China;2.HighwayInstitute,Chang’anUniversity,Xi’an710000,China)

Combining with the reconstruction and extension project of national road 317 line, based on the analysis on the climate characteristics of Sichuan-Tibet alpine mountain, elaborated the principle and matters needing attention of highway sub-grade, pavement, sub-grade protection design of alpine area, made the highway design to meet the functional requirements of alpine area.

alpine mountain, highway, sub-grade, pavement, design

2014-12-29

孫 代(1977- )，男，碩士，工程師； 靳延慶(1989- )，男，在讀碩士

1009-6825(2015)08-0162-03

U412

A