山區(qū)高速公路高填方路堤設(shè)計分析探討

胡兵華

（江西省交通設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，江西 南昌 330052）

0 引言

山區(qū)高速公路施工過程中往往會存在地形起伏大、路線跨越溝谷多等現(xiàn)象，因此會產(chǎn)生較多的挖方路段，進(jìn)而會存在較多的棄方量，為將挖、填、棄有機(jī)結(jié)合，通常將高路堤作為跨溝進(jìn)行施工處理，另外為降低公路棄方堆積率，節(jié)約施工成本，應(yīng)對高路堤進(jìn)行科學(xué)、合理的設(shè)計研究。本文為研究山區(qū)高速公路高填方路堤設(shè)計方案，圍繞高填方路堤工程特性進(jìn)行展開，重點研究了高填方路堤設(shè)計的工程應(yīng)用。

1 高填方路堤特性研究

1.1 高填方路堤工程特性

在山區(qū)高速公路建設(shè)項目中，高路堤的填筑高度往往較大，路堤施工完畢后隨著時間的延長，路堤會在車輛荷載以及自身重力作用下產(chǎn)生嚴(yán)重的自身壓縮沉降和地基沉降，長時間則會引發(fā)路堤整體或局部下沉，當(dāng)路堤下沉的大小突破路面結(jié)構(gòu)層的臨界變形范圍時，會直接影響公路正常運營，嚴(yán)重時降低公路的行車安全。高填方路堤沉降作用主要影響因素有地基性質(zhì)、路堤填筑高度、路堤壓實度、水文地質(zhì)條件、地面橫坡、填料性質(zhì)等，同時高填方路堤還會受到填石材料內(nèi)顆粒的風(fēng)化、擠密、排列、破碎等作用影響而加劇其沉降效果。高填方路堤的斷面形式設(shè)計主要取決于地形特征，其中路堤斷面坡度由地基坡度而決定，高路堤幾個典型斷面形式如圖1所示。

圖1 典型路堤斷面形式

1.2 高填方路堤穩(wěn)定性設(shè)計

路堤的穩(wěn)定性設(shè)計主要包含有基底處理、坡面排水防護(hù)、填料選擇、穩(wěn)定性分析、斷面設(shè)計等，針對高路堤的施工設(shè)計，最主要采用穩(wěn)定性分析，設(shè)計出合適的邊坡比例后對地基進(jìn)行必要的支擋處理，并加強(qiáng)地質(zhì)勘察工作，以便對路堤穩(wěn)定性進(jìn)行進(jìn)一步修訂。

1.3 高填方路堤典型破壞類型

（1）路基滑塌變形

路基的滑塌變形主要指的是在外界荷載和自身重力作用下路堤填土的抗剪強(qiáng)度會降低，進(jìn)而導(dǎo)致路堤會沿著剪切面而產(chǎn)生滑塌變形，隨著路堤填筑高度的變大，路堤填土內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)不斷變化。路基填筑為分層逐層碾壓，滑塌變形主要發(fā)生于公路運營期，受到大氣降雨和地下水位的影響會降低路堤的穩(wěn)定性，路堤滑塌的主要決定因素為坡體結(jié)構(gòu)和路堤填土，當(dāng)路堤填土內(nèi)部均勻性不足時，地表水會滲透至路堤縫隙中，容易產(chǎn)生軟弱巖層，因此填料的選擇、填筑速率、壓實度控制、坡率設(shè)計等因素均會影響高路堤整體穩(wěn)定性。

（2）地基滑動變形

高填方路堤整體地基的滑動變形主要發(fā)生于地基內(nèi)部，當(dāng)上層填筑荷載對軟弱層進(jìn)行作用影響時，軟弱地基容易產(chǎn)生剪切變形，而下部的軟弱地基完整性較好，因此上層會發(fā)生整體滑動變形。高填方路堤產(chǎn)生地基滑動變形破壞的主要原因有路堤浸水、存在一定厚度軟弱層以及地基坡度大等。

（3）基底滑移變形

路堤基底產(chǎn)生滑移的主要因素有斜坡坡度、填筑強(qiáng)度、地下水和地表水作用等。當(dāng)高路堤與原地面間存在力學(xué)強(qiáng)度較低的接觸層時，基底面容易產(chǎn)生滑移變形，并會帶動上層巖體一同滑動。另外當(dāng)基底巖層具有易風(fēng)化特性時，在基底積水作用下會加速基底巖層的軟化，也容易引發(fā)高路堤基底滑移。

2 工程概況

通城至大余高速公路全線長61.51km，設(shè)計行車速度為80km/h，雙向四車道設(shè)計，公路主線的路基寬度為23.5m，全線的橋隧比整體設(shè)計為87.0%，其中包含11座特大橋、3座中長隧道，并設(shè)置有兩條連接線、2座互通立交以及1處服務(wù)區(qū)。該山區(qū)高速公路所處地區(qū)地形地勢復(fù)雜，海拔較高，山體陡峭，氣候整體屬于溫帶季風(fēng)氣候，年平均降水量為910.7mm。公路施工進(jìn)展現(xiàn)在出現(xiàn)較多高填深挖現(xiàn)象，產(chǎn)生的土方量較多，采用抬高縱坡方式時容易造成高填方路堤問題，由于高填方路堤相比于普通路基具有穩(wěn)定性差、沉降周期長、承載要求高等特點，因此應(yīng)對高填方進(jìn)行合理科學(xué)的設(shè)計。

3 高填方路堤設(shè)計方案及評價

3.1 穩(wěn)定性分析

該山區(qū)高速公路的互通區(qū)產(chǎn)生的土石方共計680000m3，為提高填方過程的平衡性，決定將部分匝道、橋梁填筑成路基，來降低棄方堆積量。高路堤中心最大填高和邊坡最大高度分別為54.98m和68.44m，該場區(qū)覆蓋層和出露基巖分別為卵石、碎石及灰?guī)r，地震動反應(yīng)譜特征周期和動峰值加速度分別為0.50s和0.06g。采用簡化Bishop法分析計算高路堤穩(wěn)定性，并采用不平衡推力法來分析計算地基滑動穩(wěn)定性，其計算結(jié)果如表1所示，通過分析得到其整體穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

表1 邊坡穩(wěn)定性計算

3.2 基底處理及沉降控制

通過地質(zhì)勘察得到?jīng)_溝底部存在的溶洞發(fā)育豐富，進(jìn)行填方前在原地面上進(jìn)行強(qiáng)夯處理，結(jié)合實際現(xiàn)場情況來設(shè)定強(qiáng)夯參數(shù)。采用硬質(zhì)灰?guī)r最為路堤底部填料，高填方路堤的壓實度應(yīng)滿足規(guī)范要求，同時每填筑4m后再采用強(qiáng)夯法再次補(bǔ)強(qiáng)處理，并預(yù)留出一定沉降過渡期（1～2個雨季）來進(jìn)行路面鋪筑，以抵消工后沉降變形。

3.3 防護(hù)、排水設(shè)計

采用現(xiàn)澆混凝土拱形骨架進(jìn)行高填方路堤邊坡坡面防護(hù)，并在沖溝底部加設(shè)碎石盲溝，于每級填方平臺標(biāo)高區(qū)域設(shè)置碎石排水層，以便將路堤內(nèi)部積水及時排出。采用溝渠和涵洞來實現(xiàn)排水功能，并設(shè)置必要的截水溝和坡腳排水溝，以構(gòu)成完整有效的排水系統(tǒng)，確保地表水可及時排出路基范圍外。

3.4 設(shè)計方案評價

該山區(qū)高速公路高路堤設(shè)計可將棄方進(jìn)行有效消化，同時造價較低，通過對該設(shè)計方案進(jìn)行分析，將高路堤設(shè)計中強(qiáng)夯、沖擊碾壓、填方、挖方、路面、擋墻等各個項目數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計。根據(jù)分析得到采用高路堤設(shè)計方案可減少棄土場占用面積，提高施工進(jìn)展，且具有一定的經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)語

為研究山區(qū)高速公路高填方路堤設(shè)計方案，本文通過對高填方路堤工程特性進(jìn)行闡述，并介紹了高填方路堤常見設(shè)計施工問題以及典型破壞類型；重點研究了高填方路堤設(shè)計方案，并對方案進(jìn)行評價處理，研究結(jié)果表明，結(jié)合實際情況對山區(qū)高速公路高填方路堤進(jìn)行合理設(shè)計，可有效提升路堤的整體穩(wěn)定性，避免滑塌、變形等病害的產(chǎn)生，并可降低施工成本，在實際應(yīng)用中具有一定的可行性和實用性。