浅谈山岭重丘区高速公路路基路面设计

白桦 方东 孙楠

浅谈山岭重丘区高速公路路基路面设计

白桦 方东 孙楠

通过某高速公路路基路面设计实例,根据工程地理位置及地形地貌,归纳了路基设计原则及标准,探讨了高填路基及深路堑路基的设计内容及边坡加固措施,从而保证路基设计的安全合理。

路基路面,高填深挖,软土路基

1 项目概况

1.1 地理位置

长安高速公路长治—平顺段第二合同段是山西省高速公路网“3纵 11横 11环”主骨架及连接线的重要组成部分,同时也是长治市公路网规划中“三通”(通省高速路、通县一级路、通村水泥路)和“一环”(绕城高速路)的重要组成部分,是山西省东南部地区的一条重要出省通道。

项目的建设可进一步完善山西省内高速公路网络,使高速公路对国土资源、区域经济的整合和联系作用进一步加强,促进山西省经济社会一体化的发展。还可与长晋高速公路、长邯高速公路、长安高速公路(河南省段),G 207,G 309,S325,S324,S226等国道、省道及许多县乡道路沟通,形成长治市层次分明、功能明确、运输高效的公路运输网络,发挥高速公路建成后的波及、开发和潜在效应,带动周边地区经济的快速增长。同时也对调整公路沿线产业结构,增强煤炭产业区之间、旅游产业区之间的便捷连接,促进沿线经济带的形成,带动山西经济的发展发挥重要作用。

路线起点位于河坪辿南侧600m的关家岭隧道内,高程海拔700m左右,与长安高速公路河南省段衔接(K 0+000)。终点位于长治市壶关县集店镇逢善村附近,与第一合同段长治东枢纽互通相接,路线长度为39.910 km。

1.2 地形地貌

该工程路线穿越太行山路段,山高谷深,地形起伏巨大,属于中高山地貌。该路段起点高程约为700m,海拔 1 600余米的化圪道岭及海拔 1 495m杜公岭等横贯于道路的中途,路线终点海拔1 000m左右。特别本项目虹霓峡大峡谷等路段,重岩绝壁,沟深谷险,短短的十几千米里程上,地面高程由600m上升至 1600m,地势雄伟,工程极为艰巨。

2 路基设计原则

2.1 基本原则

本项目的路基设计根据沿线工程地质条件、地形条件,并结合路基设计和施工经验,本着因地制宜和经济合理的原则,选择合理的路基断面形式和边坡坡率,并采用经济合理的防护工程及病害防治措施,确保路基具有足够的强度和稳定性。

本项目大部分路段处于山区,地势陡峭,人口稀疏,路基填土高度主要受地形、桥梁、通道、水文、地质等条件控制,大部分为填方、挖方路基交错路段。路基最低填土高度根据通道和泄洪要求确定。

本合同段路基设计根据沿线的地形、地貌、地质、水文及气象等自然条件,并依据相关规范、标准及指导性意见等进行。

2.2 技术标准

JTG B01-2003公路工程技术标准;JTG D 30-2004公路路基设计规范;JTG F10-2006公路路基施工技术规范;JTJ 017-96公路软土地基路堤设计与施工技术规范。

3 高填深挖路基、特殊路基设计、施工工艺、参数、材料要求等

3.1 高填路堤

对边坡高度大于 20m的路段,为减少工后剩余沉降和破坏,适当提高路堤填土的压实度。对于一般填土高度为 20m～30m时,上路堤(路床顶面以下 80 m～150 m)的压实度应不小于95%,下路堤(路床顶面以下 150 m以下)的压实度应不小于94%;对于一般填土高度大于 30m时,上、下路堤的压实度均应不小于 95%;对于填土高度大于 10m的新黄土地基,进行重锤夯实,确保路基稳定。高填路堤断面形式采用台阶式,坡率根据路基填料的物理力学性质、边坡高度以及地质条件经稳定计算,并结合工程经验确定。高路堤填筑时,必须严格按重型标准击实试验取得的最佳含水量进行填筑,并改进检测方法,加大检测频率,严格控制填土干密度。高路堤施工前,必须提出合理的施工组织计划,确保高填土路堤有较长时间的预压沉降期,以使路堤在施工期间及早完成剩余压缩沉降,应避免因赶进度、赶工期导致自然沉降工期过短,路堤工后剩余沉降过大的问题。高路堤填筑完工后,应及时进行沉降观测,并定时测量,做好记录。当高路堤工后沉降速率趋于稳定并小于 10mm/月时,方可进行路面及其他附属工程的施工。

3.2 深路堑路基

3.2.1 总体设计原则

1)安全、经济、合理的原则。由于路堑开挖山体时,必然改变山体的自然稳定状态,改变其应力场,易引起路堑边坡稳定问题。因此边坡设计与支挡应安全可靠,而且要经济合理。2)顺应性与协调性原则。边坡设计应“顺应”自然,充分利用自然山体自身的稳定条件,处理不稳定的部分,使边坡长期处于稳定状态,边坡防护与支挡方案应与自然环境协调,避免不合理的边坡设计造成边坡变形、失稳。3)注重环境保护。本项目处于太行山区,生态环境脆弱,公路路堑边坡开挖对环境的影响是直接性的,应树立边坡环保的设计理念,减少对环境的破坏。4)边坡动态设计。由于公路边坡所处的地形、地质、水文环境是非常复杂的,边坡地质勘查未必能充分掌握实际的地层结构,施工时应根据实际开挖的地层结构,及时调整边坡设计加固方案,确保边坡设计合理、安全、经济、可靠。

3.2.2 深路堑的设计内容

深路堑设计,主要是确定边坡的形状和坡度。

1)根据本设计的地形地貌,地质情况,本设计采用台阶形边坡。边坡平台可增加边坡稳定性,减少坡面冲刷,拦挡上边坡剥落下坠的小石(土)块。

2)深路堑边坡的坡度,主要按工程地质法确定,即根据岩石(土)性质、工程地质和水文地质条件,拟用施工方法、边坡的高度等因素,对照当地自然极限山坡或已成人工开挖边坡的坡度确定。

3.2.3 防护加固工程设计原则

高边坡防护加固工程是依据路堑边坡稳定程度与等级标准设计,并经多方案比选优化确定,本路段路堑高边坡是按照“一级边坡工程”进行动态设计,总体防护加固工程设计原则如下：

1)对于稳定的边坡,即边坡在正常工况稳定系数大于 1.2且其他两种非正常工况下稳定系数满足规范要求时,一般无需增设额外支挡加固工程,即可维持坡体的总体稳定,必要时局部调整坡率设计或防护工程措施。2)对于不稳定的边坡,即边坡稳定系数小于 1.0,必须增加支挡加固工程,或放缓边坡坡率,以及采用刷坡放缓与支挡加固相结合处理,从而维持坡体稳定,确保边坡稳定系数满足规范规定三种工况下的要求。3)对于欠稳定的边坡,即边坡稳定系数介于 1.0～1.2之间,若不增设支挡加固工程,可以保持暂时稳定,但在考虑各种不利因素的作用下,将有边坡失稳的可能,建议增补一定的支挡加固工程,或经刷坡放缓处理,使边坡稳定系数提高到 1.2以上,并满足其他两种非正常工况下规范规定的稳定系数。4)对于稳定性差的边坡,由于地质因素的不确定性和坡体结构的复杂性,加强其动态设计工作,根据其施工实际揭露地层情况和坡体结构,及时分析判断,必要时调整防护或增补支挡加固工程措施,确保坡体稳定和结构安全。

3.2.4 边坡加固措施

1)坡面变形防护。中～微风化硬质岩体：格宾网防护或不防护,坡率 1∶0.25～1∶0.5;强～中风化硬质岩体：格宾网加三维网防护,坡率 1∶0.5～1∶0.75,或岩面植草防护;全 ～强风化硬质岩体：拱形骨架防护或三维网植草防护,坡率 1∶0.75～1∶1.0;坡残积层：拱形骨架防护或三维网植草防护,坡率 1∶0.75～1∶1.0;软质岩体：浆砌片石护面墙防护,坡率 1∶0.75～1∶1.0。2)深部变形防护。以预应力锚索框架防护为主。3)坡脚应力集中防护。以坡脚设挡土墙等支挡结构防护为主,或加厚护面墙工程措施。4)地表地下水引排处理。对于坡体地下水引排,以仰斜平孔排水引排为主,结合墙背盲沟及结构泄水孔处理,有时还用边坡渗沟、支撑盲沟及重点部位引排等坡体地下水引排工程措施。

对地表水引排,一般在路堑边坡堑顶均设有截排水天沟,坡面结合检查梯设急流槽,以及平台侧沟、路堑边沟等组成综合地表排水系统。

4 湿陷性黄土处理

本区湿陷性黄土分布于黄土台地与冲沟组合区,主要为第四系上更新统马兰组(Qm3)黄土和全新统(Q4)坡洪积相黄土,岩性为灰黄色亚砂土、粉砂土,质地均匀,疏松,具大孔隙,垂直节理发育,一般为Ⅰ级～Ⅱ级非自重湿陷,厚度 3m～15m,亚粘土和亚砂土中的垂直节理发育,孔隙较大,在地表水冲蚀切割和潜蚀的作用下,常见黄土陡崖,跌水槽、黄土柱。

对于Ⅰ,Ⅱ级非自重湿陷性黄土,采用冲击碾压和重锤夯实,夯击能不小于 600 kN·m,处理范围：填方段为路基坡脚以外 3m内,挖方段为碎落台外边缘线以内,同时搞好防渗和加强排水防护设计;对于Ⅱ,Ⅲ级自重湿陷性黄土采用强夯处理,夯击能不小于1 200 kN·m;挖方段先对路床80 cm进行超挖,路床底50 cm采用素土回填,路床表面 30 cm换填 6%灰土,压实度不小于96%。

5 结语

由于公路边坡所处的地形、地质、水文环境是非常复杂的,虽然在边坡勘察过程中做了详细的调查、测绘和勘探,也未必能充分掌握实际的地层结构,开挖施工中仍可能变更原设计坡度、支挡方案。因此,施工阶段的深路堑边坡设计变更是边坡设计的完善与继续。根据实际开挖地层结构,应及时调整深路堑边坡设计加固方案,尽量做到深路堑边坡设计合理、安全、经济、可靠。

[1] 陈子金,邓胜江.分离式路基设计方法探讨[J].山西建筑, 2009,35(12)：259-260.

On roadbed design for expressways in areas ofmountains and hills

BA IHua FANG Dong SUN Nan

According to the factual examples of roadbed design on some exp ressway,the paper,according to theengineering geographic location and the topological features,sums up the design p rinciples for roadbed and its standards,and exp lores the high-filled roadbed,the design contents for the deep cutting foundation and the intensification measures for side slopes,so as to ensure the reasonability and the safety of the roadbed design.

roadbed,high-filled and deep excavation,soft-soil foundation

U 416

A

1009-6825(2011)09-0164-02

2010-11-27

白 桦(1983-),男,助理工程师,中交路桥技术有限公司,北京 100029

方 东(1985-),男,助理工程师,中交路桥技术有限公司,北京 100029

孙 楠(1982-),男,助理工程师,中交路桥技术有限公司,北京 100029

·桥梁·隧道·