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【摘要】在高速公路设计中,路基设计是其最为重要的环节。只有保障路基的高质量才能够提升公路整体的质量。由于我国幅员辽阔,在路基设计环节经常遇到软土质现象。对此本文结合某一条具体的高速公路路基设计实例来分析软土路基的具体设计策略,从而为高速公路路基设计提供一定的参考。
【关键词】软土地质;高速公路;路基设计
一、引言
由于我国幅员辽阔,高速公路的高水平建设有助于我国交通事业的发展,并为我国经济的发展提供重要的基础设施支持。正是我国地域的广阔性,在高速公路建设过程中不可避免会遇到各种软土路基问题,如果不注重软土路基的分析与设计,就很容易造成公路质量下降,在高速公路运营过程中,会出现路面不均匀沉降、开裂的路面病害。所以本文就通过结合某条具体的高速公路上的软土路基路段来分析软土路基的设计策略,从而为同类型的软土路基的设计提供一定的参考。
二、基本工程情况分析
该高速路段位于云贵高原的山地和盆地的连接处,属于低山丘陵地带。整体的地势是西部区域高,东南区域低,地形坡度大多在10°至20°之间,地势相对平缓,并属于侵蚀低山丘陵低谷斜坡,残丘并缓丘地貌。该区域海波大概是366至435米之间,最高和最低的差值达到69米,部分区域露出了部分基岩,同时也是侵蚀型山河谷地貌。在该区域上的覆盖层属于残破积层,其中淤泥以及粉质粘土的厚度在1.5至9.6米之间,粉质粘土的厚度则是在1.7至3.5米之间。该高速公路项目在该区域内存在典型的软土地质现象,区域内部分填方路基中心填高可达4.3m,原多属于水田路段,其中公路的一侧有一条河流。
软基路段所处的位置属于该区域的低洼处,区域内部流水都汇集在此处,尤其是在雨季更为严重。地势低的地表水主要通过地下渗透以及从软基面向一侧的冲沟排出。如果出现底边或者地下排水不够顺畅,必然会造成该路段长期存在的积水,于是下伏土体所包含的水分就相对饱和,长期以往就会形成软塑至流塑状态,转变成软土路基,而且路基强度较低。
三、软土路基的分析与设计
在对软土路基进行设计之前需要充分结合该区域的地质和地形等诸多条件,通过试验检测出路基具体物理参数用于计算分析,按照高速公路路基强度等要求进行设计,结合当地材料情况,提出对路基使用材料的参数要求,根据具体路段实际情况提供参考施工方案,其中防护工程种类、形式应结合公路沿线对环境及景观的要求来选择。
(一)地基极限高度的设计
在本工程区段,构成软土的主要成分是粉质粘土和淤泥,因为其物理性质极差,并不合适作为公路路基,尤其是对于高速公路的路基。该区段的软土厚度大概在12m左右,软土厚度较高的区域,需适当提升路堤高度,具体可以通过下面的公式来进行计算:HE=5.52×(CK/γ),公式中,HE表示路堤高度的极限值,单位是m;CK表示该区域粘土的黏贴力,单位是kPa;γ表示填土重度,单位是kg/m3。如果是均值且薄层的软土路基区域,该区域的路堤极限值应该通过下面这个公式来进行计算:HE=(CK/γ)×NS,公式中,HE表示路堤的极限高度,单位是m,NS表示该区域的稳定因素,其他参数的意义和上一个公式所表达的意义一致。
如果软土层性质均匀性差,那么通过上述公式进行计算就会产生较大的误差,就需要紧密结合现场,然后通过填筑路堤的实验来确定路堤最大的高度。如果在软土层的上方还覆盖一层较为坚硬的土层,此时该区域的软土路基的路堤高度同样需要进行计算,假设这个覆盖层厚度超过1.5m,那么计算这个区域的路堤极限高度还需要将应力扩散问题纳入进来,于是就可以获得下面的公式:HE=0.5×H+(CK/γ)×NS,公式中,H表示的是覆盖层高度,单位是m,其他相关的参量和前文公式基本一致。
(二)软土地基处理方案设计
软土路基设计一般可以采用以下几种方案:
1.换土填石
本工程涉及到部分软土路段的软土厚度较小(H<3.0m),可以使用换土填石的方法进行处理。软土可全部挖除,换填挖方中的石方或者碎石土处理,碎石的最大粒径不超过100mm,含泥量不超过5%,碾压密实度不小于96(重型击实标准)。清淤土方则可用于路基边坡及中央分隔带种植用土或弃土场复耕土层。
2.碎石桩
在本工程部分软土路段,软土厚度高达9.6m,此路段可采用碎石桩来进行处理。选择碎石桩的直径为0.35m,并按照等边三角形进行排布,边距为1m,等距排布。可以应用振动成桩的施工技术。另外选择的填料粒径通常是20至50mm,主要是没有风化的砾石或者是碎石。在施工之前还需要进行一次成桩实验,试验规模大约是7至9个成桩。试验需要明确的内容包括桩管的提升速度与高度、留振时间与挤压数。对于导向架和地面之间须呈现垂直状态,误差不能超过1.5%。成孔中心和设计桩位之间的误差也不能够大于50mm。石桩直径误差也需要控制在±20mm之内。当实验成功之后,按照相应的桩径以及间距和桩长来施工。这种处理技术会带来很多污染物,在实施过程中需要注意环境保护处理。
3.使用砂砾垫层
在碎石桩顶部需要增设一层砂砾垫层,厚度大约是50cm,宽度要比路基边角宽出0.5m至1m之间,侧端还需要使用片石进行护砌,或者使用其他保护措施进行保护。由于该高速公路工程软土层地势较低,地下水排水效果不佳,所以设置砂砾垫层时,还需要使之成为向外倾斜达到2%的横坡,这样才能够有助于横向的排水。垫层使用的材料主要是粗砂和中砂,需保持干净,含泥量不可超过5%,在施工之前需清除杂质,最大粒径不能够超过50mm。
4.土工格栅加固
在构建砂砾垫层之后,需要在其表面上增设一层土工格栅。土工格栅的技术要求是:格栅材料为双向钢塑土工格栅,双向抗拉强度≥50kN/m,破断延伸率≤3%,节点撕裂强度≥300N。土工格栅采用单层铺设法。施工时,土工格栅层的宽度要比砂砾垫层大, 要求不小于50cm。而且横向以及纵向的最大负荷伸长率需要控制在12%之内。
5.反压护道设计
在该软土路段的一侧为一条河流,需要在临河地段设置相应的反压护道。部分路段护坡道设计高度为16.6m,宽度达到29.1m,另外还设置了一个15m平台,另外该护道坡的坡率须控制在1:1.75左右,而边坡的坡率则须控制在1:1.5左右。而且在护脚区域同样也需设置1m的平台。
(三)路基边坡的防护设计
软土路基路段边坡防护设计主要是石笼防护。因为本文研究的软基路段一侧是河流,为了防范河流对护坡道的侵蚀和破坏,需要使用石笼防护技术来进行护岸。石笼主要使用的是镀锌钢丝进行编制,在软土路基路段中总共使用的石笼数量达到了1643个,石块体积也高达5023m3,另外该石笼的顶部高度大于洪水位高度,至少比洪水位高度大1m。此外还有其他类型的防护设计作为辅助,比如设置挂网植草方法来进行防护等。
(四)排水设计
本高速公路软土路段的排水设计主要采用了常规的排水沟、边沟来收集地表水等,即沿着路堤两侧构建排水沟,排水沟纵坡与公路纵坡保持一致,且不小于0.3%,材料可采用浆砌片石。在公路沿线影响范围内地势低洼处及汇水处均设置了满足排水尺寸要求的涵洞,将雨水等尽快排出路基影响范围,保证路基的稳定和安全。
四、结语
总而言之,高速公路軟土路基设计环节极为重要,因为高速公路本身跨度及广,在设计、施工过程中总会遇到各种类型软土,而不同的软土路基需要采用不同的设计方法。因此在进行软土路基设计时,需要对该区域的地质条件和地形环境加以分析,了解软土特征,然后再进行相应的设计,才能够提升软土路基的处理效果,满足高质量高速公路的建设、运营要求。
参考文献:
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