西藏公路路基防護(hù)設(shè)計分析

次仁拉姆，尼瑪旺拉，王辛巖

（1.西藏大學(xué)，西藏拉薩 850011；2.西藏自治區(qū)交通勘察設(shè)計研究院，西藏拉薩 850008）

0 引言

我國地域廣闊，地質(zhì)地形復(fù)雜多樣，不同區(qū)域的地理環(huán)境各具特色。在交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和使用過程中，由于沿線區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、氣候、環(huán)境等不同因素，不僅對公路的整體結(jié)構(gòu)、使用壽命產(chǎn)生影響外，甚至對沿線生態(tài)環(huán)境造成不可恢復(fù)的破壞。公路路基作為公路工程的主體組成部分，其穩(wěn)定性和防護(hù)設(shè)計是保證公路安全和環(huán)境保護(hù)的關(guān)鍵。因此，必須重視路基的設(shè)計和防護(hù)，確保行車安全和工程質(zhì)量。

1 工程概況

某高等級公路位于西藏山南地區(qū)境內(nèi)。路線起始于貢嘎機(jī)場，終止于澤當(dāng)鎮(zhèn)雅魯藏布江北岸，主線全長90.1km。根據(jù)地形條件，路基形式采用整體式路基和分離式路基。整體路基寬23m，分離路基寬11。全線挖方邊坡高度大于20m的路段共11處，濕軟地基共計3段，砂土液化地基共計9段，風(fēng)沙段落全長37.5km，為全線主要路基形式。

2 自然地理特征

2.1 地質(zhì)特征

整個地區(qū)地勢西高東低，溝壑縱橫，植被稀疏。受雅魯藏布江大斷裂和念青唐古拉斷陷山控制，地貌主要包括河谷平原、低高山區(qū)、山麓斜波堆積及風(fēng)積沙地等四大類型。

2.2 水文特征

地表水主要為雅魯藏布江的一級支流水，水資源豐富，均為常年流水，地表湖泊不發(fā)育。該區(qū)地下水可分為第四系松散巖孔隙水、基巖裂隙水和碳酸鹽巖溶水三種類型。

2.3 氣候特征

設(shè)計路段屬高原溫帶季風(fēng)性半濕潤氣候區(qū)，冬寒夏涼、無霜期短、空氣相對濕度小、晝夜溫差大、日照充足豐富、冬春兩季干燥風(fēng)沙大、多伴有雷擊和閃電的局地對流性天氣。年平均氣溫為7～8℃，平均最低氣溫為-4℃；平均最高氣溫17～19℃。歷年極端最高氣溫為31℃、最低氣溫為17.6℃，年無霜期140d 左右，年日照時數(shù)為3 171h；干濕季節(jié)明顯，年均降雨量390mm，7、8 月為降雨高峰期，雨季常有大雨、暴雨或雨、雪、冰雹交加，造成山洪、泥石流爆發(fā)。每年12月至翌年3月為冰凍期，冬季常有暴風(fēng)雪天氣，最大凍土深度30cm。風(fēng)季為12 月至翌年5 月，最大風(fēng)速可達(dá)30m/s，加之氣候干燥，地表裸露，歷年冬末至春季，多風(fēng)沙天氣。

3 路基設(shè)計方法選用

3.1 路基設(shè)計原則

路基防護(hù)以安全、環(huán)保、美觀、節(jié)約的原則進(jìn)行設(shè)計。路基主要為填方形式，開挖坡面應(yīng)最大限度地減少對現(xiàn)有植被的破壞，采用動態(tài)設(shè)計方法。路基排水采用“攔截、截流、排水”等多級排水措施，按照“遠(yuǎn)接、遠(yuǎn)送”的排水方式進(jìn)行設(shè)計，減少侵蝕。路基邊坡防護(hù)采用植物防護(hù)為主、工程防護(hù)為輔的綜合防護(hù)方式，植被防護(hù)選擇適應(yīng)當(dāng)?shù)厣L的本土植被，借鑒當(dāng)?shù)剡吰戮G化的成功經(jīng)驗(yàn)采用植草防護(hù)、草方格植草護(hù)坡、植生帶防護(hù)。路基填料主要利用就近江河漫灘、支流沖溝溝道內(nèi)的礫石土及路基挖余石方進(jìn)行填筑。路基挖余土方運(yùn)至棄土場進(jìn)行造地，并設(shè)置完善的排水系統(tǒng)，減少因棄土引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害和水土流失。

3.2 路基防護(hù)設(shè)計方案

3.2.1 深挖路基處理

全線挖方邊坡高度大于20m 的路段共有11 處，高邊坡路段全部為巖質(zhì)高邊坡，局部路段表層覆蓋薄層碎石土、粉砂，考慮邊坡的整體景觀綠化效果和安全性，邊坡設(shè)計時按照臺階型邊坡進(jìn)行設(shè)計，穩(wěn)定性評價采用赤平投影法。對單級邊坡分級高度為6～10m，平臺寬度3m。同時結(jié)合不同的巖層產(chǎn)狀、節(jié)理發(fā)育特點(diǎn)，采取不同的邊坡坡率和坡面防護(hù)形式。本項(xiàng)目深挖路基主要采用主動柔性防護(hù)網(wǎng)、實(shí)體護(hù)面墻、錨桿框架梁、窗孔護(hù)面墻、拱形骨架護(hù)坡、被動柔性網(wǎng)防護(hù)。路基邊坡坡率為1∶0.5，對節(jié)理裂隙發(fā)育整體穩(wěn)定性較好的中風(fēng)化巖石邊坡，采用主動柔性防護(hù)網(wǎng)保護(hù)；對整體穩(wěn)定較好的中微風(fēng)化巖質(zhì)邊坡采用實(shí)體護(hù)面墻防護(hù)；對巖層傾向與坡向相同的中風(fēng)化巖質(zhì)坡面采用錨桿框架梁防護(hù)，節(jié)理不發(fā)育整體穩(wěn)定性較好的坡面不采用防護(hù)措施；對挖方路基邊坡坡率1∶0.75 的強(qiáng)風(fēng)化巖質(zhì)坡面采用穿孔護(hù)面墻防護(hù)。路基邊坡坡率為1∶1，表層坡積碎石土、粉砂的坡面采用拱形骨架護(hù)坡。

3.2.2 濕軟路基處理

濕軟路基主要分布在雅魯藏布江河漫灘低洼地段和支流溝道內(nèi)，地表土體潮濕，稍密，地基承載力低，多呈軟塑狀態(tài)。該段路基多以填方形式通過，地基土上部為粉砂、粉土，下部為園礫土。K23+900—K24+150、K24+650—K24+732 路段地下水位以下采用碾壓片石處理；超過地下水位時，對砂礫墊層進(jìn)行置換處理。K88+541—K90+070路段，采用強(qiáng)夯處理。

3.2.3 砂土液化地基處理

砂土液化是強(qiáng)震區(qū)最重要的地震破壞形式之一。地震液化常常引起大面積的地面沉降變形、位移、地裂縫和水積砂，導(dǎo)致各種工程和道路的地基破壞，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。項(xiàng)目位于雅江河漫灘地段，底層巖性主要為第四系全新統(tǒng)沖擊的砂土和卵礫石土等，地下水埋藏較淺，位于強(qiáng)震區(qū)，一旦發(fā)生強(qiáng)烈地震，有可能發(fā)生飽和砂土液化現(xiàn)象。因此，液化土層的底部深度小于7.5m 斷面進(jìn)行強(qiáng)夯處理，液化土層深度大于7.5m 的路段采用碎石樁進(jìn)行處治防止發(fā)生砂土液化現(xiàn)象。

3.2.4 風(fēng)沙路基處理

全線風(fēng)沙路段路基主要以填方形式通過，挖方較少。路基填料采用碎石土和路基開挖的殘石填筑。填方路基坡面防護(hù)采用植草防護(hù)（坡率1∶3）、拱形骨架護(hù)坡（坡率1∶1.5）、實(shí)體護(hù)坡（防止路基受洪水沖刷）。挖方路基采用草方格植草護(hù)坡（坡率1∶4）、拱形骨架護(hù)坡（坡率1∶2）、平臺鋪砌（防止風(fēng)沙路段路基平臺遭到風(fēng)蝕）。沿線綠化應(yīng)與高原自然環(huán)境相協(xié)調(diào)，設(shè)計時以喬灌木和草種相結(jié)合的方式，采用具有耐干冷氣候，耐干旱、嚴(yán)寒、高溫，耐貧瘠的鄉(xiāng)土植物。主要采用植物有沙棘、混播草（披堿草、沙打旺、紫穗槐為1∶1∶1）圓柏、刺槐。同時防止公路發(fā)生風(fēng)蝕、沙埋等破壞，對路基兩側(cè)采用植被防護(hù)林帶防護(hù)，造林樹種應(yīng)選用鄉(xiāng)土樹種為主，主要采用北京楊、旱柳、榆樹等。

3.2.5 半填半挖路基處理

陡坡上半填半挖路基穩(wěn)定性較差，為降低填挖交界處的不均勻沉陷，對路基縱橫向填挖交界處的地基需進(jìn)行處理。對填挖之間整體穩(wěn)定性不足的路基，需根據(jù)地形地質(zhì)條件，設(shè)置漿砌片石護(hù)腳、擋土墻等支護(hù)工程改善基底地基條件，以提高半填半挖路基的穩(wěn)定性。本項(xiàng)目對挖方路床部分進(jìn)行開挖，采用砂礫回填碾壓，同時在路床底部的填挖交界處鋪設(shè)土工格柵，土工格柵以填挖界面為中心向兩側(cè)延伸5m進(jìn)行鋪設(shè)。

提高半填半挖路基穩(wěn)定性，設(shè)置完善的地下排水系統(tǒng)非常關(guān)鍵。當(dāng)路基地下排水系統(tǒng)不完善或排泄能力不足時，填挖交界部分路基產(chǎn)生積水，軟化路基，引起路基路面的變形破壞。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)置了完善的排水系統(tǒng)的路基幾乎未發(fā)現(xiàn)病害。因此，半填半挖路基設(shè)置完善的地下排水系統(tǒng)是十分重要的。

4 路基邊坡加固及防護(hù)措施

4.1 坡面防護(hù)

坡面防護(hù)是保證邊坡穩(wěn)定、改善路域環(huán)境、保護(hù)環(huán)境和防止水土流失的一種工程措施。本項(xiàng)目坡面防護(hù)充分調(diào)查和借鑒拉貢公路、地方公路及山南地區(qū)雅江一帶風(fēng)沙治理的經(jīng)驗(yàn)，采用“草方格防護(hù)”新治沙方法和工程防護(hù)與植被防護(hù)相結(jié)合的生態(tài)防護(hù)。對于土質(zhì)填挖坡面，邊坡高度低于3m 路段采用植草防護(hù)；高于3m路段采用拱形骨架植草防護(hù)；超過8m的路段坡面修筑成臺階型，再對邊坡進(jìn)行生態(tài)防護(hù)。對于強(qiáng)風(fēng)化巖石路塹邊坡和順層傾斜巖石路塹邊坡，采用穿孔保護(hù)墻、錨架梁保護(hù)、穿孔、植被袋填充等措施。對于弱風(fēng)化和中風(fēng)化巖石路塹邊坡，第一坡腳采用低擋墻保護(hù)，坡面采用主動柔性防護(hù)網(wǎng)保護(hù)。

4.2 支擋防護(hù)

對地面橫坡陡峭或受結(jié)構(gòu)限制的部分，采用擋土墻進(jìn)行路肩收坡。擋土墻墻體材料采用M10 砂漿片石或C15 片石混凝土，為方便設(shè)施安裝，墻頂設(shè)置企口。對于臨河側(cè)容易受洪水侵蝕路基，為防止路基邊坡被河水沖刷坡面防護(hù)采用實(shí)體護(hù)坡，護(hù)坡墻后設(shè)置砂礫墊層。為減少靠近河道的路基被掏空和破壞，應(yīng)在路基外側(cè)設(shè)置護(hù)岸墻，護(hù)岸墻采用鉛絲石籠碼砌。

4.3 路基路面排水

水是影響路基穩(wěn)定性的主要因素。全線兩岸坡面地形陡，有高邊坡路基和風(fēng)沙路基等多處特殊路基，地表植被覆蓋稀疏，抗沖能力差。若不采取合理的排水措施，降雨期會造成山洪、泥石流、滑坡、坡面徑流等病害。因此，路基排水設(shè)計是保證路基穩(wěn)定性的重要因素。

全線路基地面排水主要采用邊溝、排水溝、截流溝、急流槽、縱向涵洞。由于山南地區(qū)風(fēng)沙災(zāi)害，水土流失比較嚴(yán)重，防止邊溝風(fēng)沙掩埋全線邊溝采用開口式梯形邊溝。排水溝主要從側(cè)溝、截流溝和射流槽收集水流入天然溝。為更好地排除坡面裂隙水，路基地下排水采用仰斜排水管，一般設(shè)于一級邊坡坡腳。截水溝攔截挖方邊坡上側(cè)的坡面水，對多級邊坡設(shè)置于每級邊坡平臺上，單級邊坡設(shè)置于坡頂5m 以外的坡面上；對土質(zhì)及全風(fēng)化挖方邊坡平臺設(shè)置矩形截水溝，強(qiáng)風(fēng)化和微風(fēng)化巖質(zhì)挖方平臺設(shè)置“L”形截水溝，材料采用M10 漿砌石。急流槽將平臺截水溝的水匯集至下一級邊坡平臺截水溝，最終引入自然溝。

整條線路的路面排水呈分散、漫流的形式。挖方路段的路面排水由路面水引入側(cè)溝，并對填方進(jìn)行硬化加固，以防止路面發(fā)生側(cè)溝沖刷。由于項(xiàng)目區(qū)風(fēng)沙災(zāi)害嚴(yán)重，超高排水采用縱向集水槽形式，既不利于排水，還會造成沙埋，為運(yùn)營帶來諸多不便，甚至影響行車安全，因此路面超高排水采用過水路面排水。

5 施工注意事項(xiàng)及設(shè)計啟示

5.1 施工注意事項(xiàng)

施工前必須查實(shí)施工影響范圍內(nèi)建筑物結(jié)構(gòu)類型、地下管線的位置、居民住所情況等，并采取有效的保護(hù)措施。避免在路基工程邊坡開挖、爆破、強(qiáng)夯等施工過程中產(chǎn)生不利的影響和安全事故。

對巖質(zhì)深挖路基邊坡開挖宜采用光面爆破，自上而下逐級開挖分段整修，同時清除危石及松動石塊。為防止風(fēng)沙地區(qū)的沙害，應(yīng)采用邊施工邊防護(hù)，盡量在風(fēng)小、雨季分段施工一次建成的方法。在施工過程中加強(qiáng)臨時防護(hù)，以免受到風(fēng)蝕和沙埋。風(fēng)沙路基施工時還應(yīng)注意保護(hù)路側(cè)原有沙地植被，不得隨意破壞。當(dāng)無法避免破壞時，應(yīng)及時防護(hù)，以免沙化蔓延。對路基邊坡防護(hù)施工，應(yīng)嚴(yán)格按照邊開挖邊防護(hù)的要求執(zhí)行，并設(shè)置臨時排水措施，防止裸露邊坡被暴雨沖蝕。在支擋工程基礎(chǔ)施工時，應(yīng)核查地基地質(zhì)情況，與設(shè)計情況不符時，應(yīng)采取動態(tài)設(shè)計酌情修改。對取棄土場應(yīng)設(shè)置完善的排水系統(tǒng)，坡面防護(hù)，加強(qiáng)取棄土場的綠化，減少水土流失。

5.2 尊重自然，保護(hù)環(huán)境

項(xiàng)目路線經(jīng)過雅江河谷周圍，在施工過程中應(yīng)加強(qiáng)保護(hù)水資源，避免因施工造成水質(zhì)污染，為當(dāng)?shù)匕傩諑聿槐愫推茐难沤鷳B(tài)。西藏路基設(shè)計還應(yīng)避免大填大挖，如需進(jìn)行大量填挖工作則可由橋梁隧道代替。橋隧工程費(fèi)用雖高，但能在一定程度上減少對自然環(huán)境的破壞和美化沿線景觀。

5.3 新技術(shù)、新工藝、新材料的應(yīng)用

西藏不同地市公路沿線自然環(huán)境景觀差別較大。藏東南地區(qū)高山峻嶺、錯落起伏、江河浩蕩、樹木茂盛。藏西北地區(qū)地形寬闊、山體渾圓、水天相接。路基邊坡防護(hù)在保證路基邊坡穩(wěn)定的前提下，優(yōu)先采用植被防護(hù)為主，工程防護(hù)為輔，對特殊路段邊坡采用客土噴播、三維植被網(wǎng)、土工合成材料等先進(jìn)措施進(jìn)行防護(hù)，使路基設(shè)計與自然地貌相協(xié)調(diào)。

5.4 設(shè)計專項(xiàng)課題研究

西藏地區(qū)海拔高，夏季炎熱，冬季寒冷，太陽輻射強(qiáng)、早晚溫差變化大，相比國內(nèi)其他地區(qū)高等級公路建設(shè)較少，針對西藏地區(qū)路基路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計，特殊路基坡面防護(hù)和施工技術(shù)還不夠成熟，尤其是夏季降雨期河水上漲、地下水位抬高、土中孔隙水壓力加大，導(dǎo)致路基失穩(wěn)現(xiàn)象；秋冬季風(fēng)沙路基風(fēng)蝕現(xiàn)象；冬季路面結(jié)冰、積雪現(xiàn)象嚴(yán)重影響行車安全和車輛通行。為此，建議加強(qiáng)針對相關(guān)地質(zhì)環(huán)境的路基路面防護(hù)治理設(shè)計課題研究。

6 結(jié)語

綜上所述，西藏地區(qū)自然環(huán)境特殊，環(huán)境極其脆弱，在公路建設(shè)的同時對路基邊坡進(jìn)行保護(hù)非常重要。如果防護(hù)設(shè)計不當(dāng)會導(dǎo)致路基失穩(wěn)、滑坡、沉降、沖刷、風(fēng)蝕等病害。因此，公路路基設(shè)計應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的設(shè)計方案。以“安全、環(huán)保、美觀、實(shí)用、流暢”的原則，靈活設(shè)計、精心施工，達(dá)到以人為本、環(huán)境優(yōu)美、施工安全有序進(jìn)行的目的。