新疆沙漠地区斜坡路段设计及施工建议

温启明

摘 要：结合工程实例，对新疆沙漠地区斜坡路堤的设计及施工提出优化建议，以期为类似工程提供一定的参考。

关键词：斜坡路堤;风积沙;设计及施工

0 引言

新疆维吾尔自治区位于中国西北边陲，总面积166万平方公里，是中国陆地面积最大的省级行政区，占我国国土总面积的1/6，也是我国沙漠的主要分布区域。

随着新疆基础设施的建设，尤其是以公路为代表的陆路交通的新建，原来沙漠 “无人区”的称呼已经不复存在。但随着沙漠地区公路的不断修建，其特殊的公路设计和施工问题开始体逐步体现。

斜坡路堤（当地面坡度陡于1：2.5时称之为陡坡路堤，山区路段较为普遍）作为公路工程建设常见的一种路堤形式在新疆沙漠地区也出现了新的特点。

本文将在总结以往斜坡路堤处理方案的基础上，结合工程实例，对新疆沙漠地区斜坡路堤的设计及施工提出优化建议，以期为类似工程提供一定的参考。

1 常规设计方案

斜坡坡面对公路路基的稳定性有着较为不利的影响。设计中一般结合地形、地质、边坡高度等进行综合考虑，并进行路堤稳定性分析，根据路堤沿斜坡地基稳定性安全系数以确定处理方式，常采用的处理方式为：

当安全系数大于1.3时，一般仅对斜坡坡面进行处理（挖台阶处理，并于台阶处增设土工格栅），并在坡顶设置截排水措施;

当安全系数小于1.3时，除采用前述斜坡坡面处理方案及坡顶截排水措施以外，还需在路堤边坡坡底增设浆砌片石护肩、护脚和挡土墙等支挡工程，以保证路基稳定。

2 工程项目实例介绍

2.1 项目概况及主要问题介绍

项目实例位于北疆地区，是一条贯穿南北的重要道路（总里程约250 km），其中沿线约有25 km穿越古尔班通古特沙漠。

在实际施工过程中发现，对于一般路段，采用传统的斜坡路段处理方案，效果较好，但是处理沙漠路段斜坡路段（沙垄、沙丘路段），尤其是挖方段落长、原斜坡高度大的情况时，则会出现如下问题：

（1）施工过程中，斜坡易出现小规模滑塌现象，稳定性低，施工不便。

（2）斜坡面开挖方便，但开挖的台阶不易成形或成形后很快便出现坍塌情况。

（3）路基填筑尤其是填筑高度较大时，易出现路基超出设计红线的情况。

为分析问题出现的原因，下面首先介绍一下项目沙漠区的主要情况。

2.2 项目沙漠区情况介绍

2.2.1 地形地貌

沙漠区沿线地形起伏较大，整体上属于南高北低类型，地面海拔约在339 m～360 m，表面少量分布小型植物，如梭梭、红柳、麻黄草等。

沿线多为半固定移动沙丘、沙垄（沙垄高度变化较大，低矮处大约2 m，最高处约30 m）并零星分布有少量孤立沙丘，走向近南北向和东西向。

2.2.2 气象水文条件

项目区域气候为大陆性气候，昼夜温差大。氣温于早春季节开始回升，但回升速度较慢，在秋末季节则会快速下降。根据调查结果，区域内极端最低气温为-42.8℃，最高气温为50℃。

项目区域历年平均日照时数2 495.3 h，多年无霜期166 d，年降水量72.4 mm～204.2 mm。风向西北，最大风力可达8级，最大风速达7.2 m/s，年均风速1.5 m/s。季节性冻土标准冻深140 cm～160 cm。

2.2.3 沿线土体物理力学性质

根据地勘报告，在勘探深度范围内，古尔班通古特沙漠段落主要为风积粉细砂。其主要性质如下：

风积粉细砂多位于砂垄、沙丘上，土黄色，湿润状态：稍湿～湿，松散状态：松散～稍密，粒径普遍较小，根据筛分试验，0.075 mm～2 mm颗粒含量为90.5%～98.3%，<0.075 mm颗粒含量为1.7%～9.5%，不均匀系数1.6～2.1，曲率系数0.9～1.1。天然密度1.53 g/cm3～1.71 g/cm3，天然含水量浮动较大，变化范围在1.0%～21.0%。

2.3 原因分析

根据沿线的情况介绍可以看出，区域内主要填料为风积沙，含水量变化范围大（表层含水量低，下层含水量较高）。而对于砂性土，在一定范围内，含水量的增加，有助于其粘聚力增加（主要为毛细粘聚力），但一旦失水（蒸发），则粘聚力迅速消失。项目施工中出现的具体问题分析如下：

问题1：施工过程中，斜坡易出现小规模滑塌现象，稳定性低。

原因分析：沙漠表层风积沙含水量低，粘聚性较差，在天然状态属于基本稳定状态，但在受到机械施工扰动后（尤其是坡体开挖时）易出现小规模滑塌现象。

问题2：斜坡面开挖台阶不易，或开挖好后很快便出现坍塌情况。

原因分析：台阶一般根据天然斜坡坡度来开挖（保证台阶宽度一定，一般按2 m控制），清表后下层风积沙初始含水量高而粘聚性较强，及时可开挖形成完整的台阶。但由于项目区温度高，蒸发快，风积沙含水量迅速降低，导致粘聚性迅速降低直至消失，从而台阶失稳，坍塌。

问题3：路基填筑尤其是填筑高度较大时，易出现路基超出设计红线的情况。

原因分析：路基的压实过程是一个土颗粒重新排列和互相靠拢，土体孔隙减小，土体强度和稳定性增加的过程。

但对于风积沙填料，其级配较差，土颗粒表面易形成滑移，导致压实过程中填料向两侧滑移，一旦一次性填筑高度较大，滑移现象更加明显。

为解决上述工程问题，本次将从设计及施工两方面提出优化措施。

2.4 设计优化措施

设计优化措施主要针对斜坡稳定性低的问题。

根据项目现场典型斜坡断面形式，拟采用优化设计方案如下：

（1）断面形式为填方，原地面斜坡高度不大：

优化方案：斜坡高度不大，建议将本斜坡直接推平，形成工作平台，再进行正常道路填筑。

（2）断面形式半填半挖，原地面斜坡高度较高：

斜坡高度较大，斜坡长度长，如若直接推平不仅对环境影响较大且造价高，不宜采用;为保证斜坡的稳定性，建议从坡顶卸载和坡底加载两方面进行方案优化，具体为：

挖方侧：增大边坡开挖范围，除路基范围内进行开挖以外，继续向挖方侧继续开挖2 m（一方面增加施工空间，一方面形成积沙平台，减少风沙对道路的影响）。

填方侧：将挖方侧开挖出的填料堆积于坡底，一方面减少本段落弃方，同时起到坡底加载作用，有助于斜坡稳定。

同时在路基范围内，对原斜坡进行开挖台阶处治，必要时设置土工格栅。具体设置如下图所示：

2.5 施工优化措施

施工优化措施主要针对斜坡面开挖好后很快便出现坍塌以及路基填筑易出现路基超出设计红线的情况，具体为：

（1）压实方法应因地制宜：

当风积沙填料含水量较低（<2%）时，应主要采用振动干压法，施工工艺如下图：

当风积沙含水量较大或有条件的情况下，可采用洒水压实法，流程如下：

（2）采用合理的路基填筑、挖除工艺：

路基填筑采用水平分层填筑方式，填筑时按照横断面全宽推筑，根据压路机的吨位确定填筑及压实厚度，每层平均厚度一般为30 cm～50 cm，同时填筑宽度每侧应超出设计宽度（沙漠路段一般按照50 cm考虑）。

路基开挖时，应合理采用横挖法（由挖方路段中线向垂直路线方向两侧推土）、纵挖法（由挖方路段沿路线纵向向两侧填土处推土）或混合式开挖法（同时采用横挖法和纵挖法）。当挖方段落较长时，采用横挖法，反之采用纵挖法。

路基填筑完毕后，应将路基边坡部分按设计坡度用机械或人工整平，并应立即开始防沙工程的施工，及时防护路基边坡。

（3）做好施工規划：

在对斜坡路段（尤其是高大复合型砂垄）进行施工之前，应事先规划，提高施工效率。施工中集中力量，做到完成一段，防护一段，日事日毕。

3 结语

因风积沙粘聚性较差，传统的陡坡路堤处理方案并不能有效应用于沙漠地区斜坡路段的处理。

本文以某北疆项目为例，从设计、施工两个方面提出了沙漠地区斜坡路段的处置方案，以期为类似工程提供参考。

参考文献：

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[2]JTG D30-2015，公路路基设计规范[S].

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[4]JTG/TD 31-2008，沙漠地区公路设计与施工指南[S].