高速公路路堤高度的考虑

侯 伟

平原地区、软土地基上高速公路工程建设中存在路堤临界高度的问题,并且随着公路建设的发展其问题日益突出。高填路基能够满足路基工作区要求,有效阻隔毛细水上升,使路基保持中湿或干燥状态。但当路基填土较高时,必然会带来占用土地多、软基处理费用高等问题,加之施工质量控制等因素,路堤及地基工后沉降较大,也影响了运营后的行驶舒适性,且较高的路堤与周边环境难以协调,行车安全性也较差[1]。我国地大物博,但人均耕地则很少,珍惜土地资源、合理利用土地和切实保护耕地是我国的基本国策,低路堤是今后高速公路建设应重点解决的问题之一。

1 公路路基的基本要求

路基是公路工程的重要组成部分,是路面的基础。它是一种线状结构物,具有距离长、与大自然接触面广的特点。路基质量的好坏,将直接影响到路面的使用质量。路面的损坏往往与路基排水不畅,压实度不够,强度低等有直接的关系,而且修复难度大、费用高。因而,对路基的使用要求主要有以下两方面:1)稳定性。在地表上开挖或填筑路基,必然会改变原地层(上层或岩层)的受力状态。原先处于稳定状态的地层,有可能由于开挖或填筑而引起不平衡,导致路基失稳。路基的失稳会导致交通阻断,乃至引起交通事故。由此可见,保证路基稳定对提高道路畅通和行车的安全非常重要。因此,高速公路的路基工程应严格按照交通部颁发的有关公路设计与施工的标准、规范的规定进行精心设计、精心施工,并依据当地的自然条件、水温情况、人为因素等,因地制宜,以保证路基具有足够的强度、稳定性和经济合理性。2)变形。路基和路基下的地基,在自重和车辆荷载作用下会产生变形。地基软弱、填土疏松或过分潮湿时,所产生的沉陷或固结变形和不均匀变形,会导致路面出现过量的变形和应力增大,促使路面过早损坏并影响行驶舒适性。为此,应选择合适填料,进行充分压实,改善水温状况,加固软基等措施,以控制路基和地基的变形量,给路面以坚实的支承,保证其性能和使用寿命。

2 路堤高度的主要影响因素

公路路基高度是指填方路基的填筑高度和挖方路基的开挖深度,即路基设计标高与原地面标高之差。路基的最小填土高度取值取决于路基相对高度的取值。路基相对高度是指路床表面距地表长期积水水位或地下水位的高度。1)路基平纵断面设计标准。公路路基是沿路线位置按照一定的技术要求,在地面上分层填筑或开挖的带状土工构筑物,在公路设计中,公路路基高度是由路线的平纵断面设计决定的。为了能使车辆在高速公路上平稳、安全地行驶,高速公路的技术标准决定了对高速公路的平面线型、纵断面线型、最小圆曲线半径、最小竖曲线半径、最大纵坡、最短设计坡长等都有明确的技术规范值。2)路基湿度和模量要求。由于一般路基土的物理、力学性能与含水量相当敏感,为了保证路基具有足够的强度和稳定性以及合适的上部路面结构,一般要求路基的湿度状况不可太差。土的相对含水量和土的类别、密实度等,都是影响土基强度的重要因素。为了保证路基土在公路建成后具有足够强的力学性能,在公路修建过程中,我国工程技术人员通常以路基土处于硬塑状态以上为设计标准,也即控制路基的湿度状态在中湿状态以上,根据各地区自然区划确定。当然在干燥地区,路基湿度状况优良,路基高度一般不受湿度状况制约,但通常应便于道路排除雨水。3)其他建(构)筑物或特殊需要。路基填土高度对各种等级公路设计都是一个基本问题,只是在低等级公路设计中,影响因素较为简单,只需满足路基稳定的最小填土高度和横向排水要求,纵坡设计的主要目标是在较高的纵向指标和最经济的土石方工程两者之间找出最佳组合。而高等级公路,尤其是一级汽车专用公路、高速公路的路基填土高度控制的主要因素是全封闭高速公路与被交国道、地方干道、铁路线和两侧过往机耕道等下穿式结构物对通行高度的要求。

3 高路堤的优劣

高速公路之所以形成以高路堤为主的现状,有其自身的优点:1)较容易满足公路线形标准,车辆行驶条件较好。2)能有效阻隔路基土毛细水的上升,控制湿度,保证模量和强度。3)便于在必要路段设置下穿结构物,方便公路两侧通行。

但是,高路堤容易带来一系列问题:1)占地多。道路工程的兴建需要挖掘运送大量的原状土方,需要占用耕地或山体爆破。2)浪费钱财。路基高度的增加,必然会导致路基土石方、道路征地等费用的增加。3)容易造成路面沉降或开裂。采用高填路基的办法后,不同程度上都出现路面沉降或开裂现象,在软土地段情况尤为突出。4)施工周期长,质量难以保证。高路基需一层一层夯实修筑,花费时间多,质量也难以保证,特别是雨雪天气。5)危及交通安全。由于路基抬高,两侧边坡比较陡峭,一旦发生车辆撞到翻越右侧护栏的交通事故,则车辆将从比较陡峭的边坡滚落下去,后果极其严重。6)改建和扩建困难。拓宽改建难度相当大,特别是新老路基的不均匀沉降问题。

4 低路堤的优劣

采用低路堤方案存在如下优点:1)低路堤不仅公路主体大大节约了用地,更减少了路基取土用地,保护土地资源。2)低填路段可将边坡放缓,形成缓冲带,提高了行车的安全性。3)由于降低了路基,减少了土方挖掘运输、碾压费用,并可适当节省大量不良地基处理费用。4)对于今后高速公路拓宽改造来说,无疑有着工程费用低、易拼接及工期短等优势。

低路堤设计方案也容易带来一些问题:1)路床不易得到充分压实,特别是软基路段,承载力难以保证,受力条件较差。2)当地下水位相对较高时,容易降低路基的承载力。3)可能不利于中央分隔带排水设计。4)采用低路堤设计,横向通道设置困难,可能给当地生产生活带来诸多不便。

5 结语

路基填土高度的取值随工程当地土质条件、道路等级、路基填料品质的不同而不同,高路堤和低路堤各有其优点和不足之处。较低的路堤则可以较好的保证经济效益、社会效益和环境效益三者的统一,并避免高路堤稳定性问题和过量工后沉降对路面结构、行车安全和舒适产生的不良影响。因此,结合我国实际,应综合考虑道路等级与设计标准、用地条件、交通安全、路基湿度、路基填料等因素的重要程度,此时应将路基高度适当降低,当然同时应采取其他加固措施确保路基的性能不下降。但亦不宜过低,最好控制在一合理高度。由于该技术在国内还不够成熟,仍需加强相关研究和实践验证。

[1] 李立国.平原区高速公路合理降低路堤填筑高度的探讨[J].现代公路,2009(3):150.

[2] 张江洪,王书伏,丁小军.平原区高速公路合理降低路堤填筑高度方案的探讨[J].公路,2005(1):71-73.

[3] 马成勇,彭月明,宫长兴.高速公路软基路堤临界高度研究[J].交通科技,2008(1):59-61.

[4] 郑晓国,刘松玉,经 绯.软土地基路堤临界高度确定方法探讨[J].公路交通科技,2005,22(10):35-39.