平原区高速公路加筋土-混凝土挡墙组合结构优化设计

王森

（中咨华科交通建设技术有限公司，北京 100195）

0 引言

随着我国基础设施建设的不断推进，高速公路已成为国家交通网络的重要组成部分。然而，在平原区基本农田连片区，由于土地资源稀缺，加之国家对基本农田提出保护要求，高速公路的设计与建设面临着巨大的挑战。因此，如何在保证高速公路安全、畅通和舒适的前提下，兼顾基本农田的保护和土地资源的合理利用，成为一个亟待解决的问题。

1 平原区基本农田的特点及其对高速公路设计的影响

1.1 平原区基本农田的特点

平原区基本农田具有较高的生产效益，对国家粮食安全和农村经济发展有重要意义。在国家粮食安全和农业可持续发展的背景下，保护平原区基本农田的重要性日益凸显[1]。

高速公路选线阶段应在满足交通运输需求的前提下，尽量避开平原区基本农田分布区，减少对平原区基本农田的占用，但实际上往往无法完全避开基本农田连片区。因此，在高速公路设计中，需要充分考虑对平原区基本农田的保护，减少土地占用，降低对农田生产的影响。

1.2 高速公路设计的影响因素

在平原区基本农田连片区，地形地貌、土地利用现状、基本农田分布、农田灌溉设施、农田交通等因素会对高速公路的走向、纵横坡、路基宽度、防护工程等方面产生影响，因此需要在设计中加以综合考虑[2]。

1.3 国家政策对基本农田的保护要求

在平原区基本农田连片区，高速公路设计除了要考虑上述因素，还需充分考虑国家政策对基本农田保护的要求。国家和地区通常会制订相应的法律法规来保护基本农田，以确保粮食安全和农业可持续发展。设计高速公路时，需遵循这些法律法规，最大限度地减少对基本农田的占用和破坏。

2 加筋土-混凝土挡土墙组合结构原理及优势

2.1 加筋土的原理及优势

加筋土是一种通过将土工格栅等加筋材料与土体混合，提高土体强度和稳定性的工程技术。加筋土技术的发展源于20 世纪70 年代，至今已在许多国家的交通、水利、建筑等领域得到广泛应用[3]。加筋土的原理是利用加筋材料与土体之间的摩擦和附着力，形成复合土体，提高土体的抗剪强度和变形性能。在土体中加入加筋材料，可以有效地分散土体荷载，减轻土体局部应力，使土体的受力更均匀，进而提高整体的稳定性，减少路基沉降，延长道路使用寿命，对高速公路、铁路等对稳定性要求较高的工程项目有重要意义。此外，由于加筋土有较强的自稳定性能，因此可以减少施工中的支护措施，简化施工过程，减少土方开挖量，提高施工效率，降低工程成本，有助于提高项目的综合效益。

2.2 混凝土挡土墙的原理及优势

混凝土挡土墙是一种常见的高速公路防护工程，主要用于路基边坡防护和路堤边坡防护。混凝土挡土墙的原理是通过墙体的质量和内摩擦力抵抗土体的侧向压力，从而维持土体稳定。

混凝土挡土墙的优势如下：

第一，有效防止边坡滑动、侵蚀和坍塌。混凝土挡土墙可以抵抗土体的侧向压力，防止边坡滑动，减小水土流失，保持土体稳定。

第二，降低对农田的影响。混凝土挡土墙可以有效降低对农田的影响，保护耕地和农田，维护农业生产和生态环境。

第三，减少土地占用。混凝土挡土墙可以边坡变得更陡峭，能有效减少土地占用面积，提高土地利用效率，节省土地资源，为其他基础设施建设提供更多的空间。

第四，降低工程成本。混凝土挡土墙具有较好的经济性，相较于其他加固方法，可以有效地降低工程成本，提高投资回报。

2.3 加筋土-混凝土挡土墙组合结构的优势

结合加筋土和混凝土挡土墙的优势，加筋土-混凝土挡土墙组合结构在高速公路防护工程中具有以下优势：

2.3.1 整体稳定性更强

加筋土-混凝土挡土墙组合结构，能够提高土体的抗剪强度和变形性能，提高路基的整体稳定性。加筋土可以有效提高土体的承载力，降低土体变形和滑动；混凝土挡土墙则能通过挡土墙接触面的摩擦力和自重，提供较高的抗滑稳定性。二者相互配合，能使整个组合结构具有更高的稳定性，有效防止路基滑动、塌陷和变形。

2.3.2 节约土地资源

传统的路基建设可能需要占用大量的土地，而采用加筋土-混凝土挡土墙组合结构可以显著降低土地占用面积，对农田、生态环境等方面的影响也能得到有效控制。此外，该组合结构可以在复杂地形和地质条件下施工，适用范围更大。

2.3.3 环境友好

加筋土-混凝土挡土墙采用生态环保材料建造，有利于生态环境保护和景观美化。在挡土墙的设计和施工过程中，可以采用生态材料和植物覆盖，提高墙体绿化效果，营造更美观的环境。此外，加筋土-混凝土挡土墙组合结构在施工过程中产生的噪声和粉尘污染较低，有利于降低对周边环境的影响。

2.3.4 工程经济性高

在施工过程中，加筋土-混凝土挡土墙组合结构可以减少土方开挖和填筑工程量，降低土石方的运输成本。同时，该结构的施工周期较短，可以有效缩短工程时间，降低劳动力和管理成本。总体而言，该结构方案具有较高的经济性。

3 加筋土-混凝土挡土墙组合结构优化设计方案比选

3.1 工程概况

贵港至岑溪高速公路项目位于广西壮族自治区，全长约120km，设计速度120km/h，双向六车道，路基宽度26.5m。该项目起于贵港市城区，经过桂平市、平南县、藤县，终于接岑溪市。项目沿线地形复杂，地质条件多变，穿越多条河流和地质敏感区，属于平原—丘陵地形。

其中，K0+000—K49+920 位于贵港市，地形以冲积平原、溶蚀平原为主，处于平原基本农田连片区。贵港市土地资源紧张，基本农田资源保护政策严格。因此，在该路段设计中，尤为关注对土地资源的合理利用和保护。沿线的农田主要种植水稻、蔬菜、瓜果等作物，对农田的保护和减少土地占用有重要意义。

一般路堤边坡坡率（第一级1∶1.5，第二级1∶1.75，三级以上1∶2）占地面积过大，无法解决占用过多基本农田的问题。因此，针对K0+000—K49+920 路段，对不同防护方案进行了综合比选，主要包括正常放坡、加筋土（坡率1∶1）、加筋土-混凝土挡土墙（墙高H=2m、H=4m、H=6m、H=8m）、桥梁方案。在比选过程中，充分考虑了工程造价、施工难度、维护成本，以及对农田、地质条件和周边环境的影响，以期选出最佳的设计方案。

3.2 方案对比

加筋土（坡率1∶1）、加筋土-混凝土挡土墙（墙高H=2m、H=4m、H=6m、H=8m）、桥梁方案与正常放坡方案对比如图1、表1 所示：

图1 方案对比图

3.3 对比结果分析

为了寻求一种既能满足工程需求又具有经济效益和环保特性的方案，对三种不同防护方案进行细致的对比分析。各方案的主要优缺点如下。

3.3.1 桥梁方案

桥梁方案所占用地面积最小，可节省603 亩土地资源，相较于其他方案在土地利用效率上具有较大优势。然而，桥梁方案的工程造价较高，相对于正常放坡方案增加了约12.9 亿元。此外，桥梁结构较为复杂，施工难度大，维护成本相对较高。同时，桥梁方案对地质条件要求较高，项目区存在多种不良地质，如岩溶、软土等，可能会对桥梁结构的稳定性产生影响，增加施工难度和安全隐患。

3.3.2 加筋土（坡率1∶1）方案

该方案可节省用地188 亩，造价较桥梁方案大幅度降低，相较于正常放坡方案仅增加约0.25 亿元。加筋土方案对地质条件要求相对较低，适用于多种地质条件，具有较好的适应性。然而，加筋土施工工艺不够成熟，据多个公路项目反馈，加筋土施工工期较长。尽管如此，该方案维护成本较低，对农田和周边环境的影响相对较小，具有一定的环保特性。

3.3.3 加筋土-混凝土挡土墙组合结构方案

平均墙高4m，可节省用地188 亩，与加筋土方案相当。工程造价较加筋土方案略有增加，约增加1.8亿元。该项目K0+000—K49+920 主要处于灰岩区，覆盖层较薄。该方案充分考虑了地质条件，特别是在红黏土和软土地段，采用加筋土-混凝土挡土墙组合结构，可有效提高路基稳定性，减少地基胀缩变形问题。此外，该方案维护成本适中，对农田和周边环境的影响相对较小，具有较高的环境友好性。

综合对比结果分析，加筋土（1∶1）＋混凝土挡土墙（H=4m）组合结构防护为基本农田路段最佳防护方案。这一方案综合考虑了造价、土地利用、施工难度、维护成本及环境影响等多方面因素，能够在满足工程需求的同时，实现经济效益与环保特性的平衡。

尽管加筋土施工工艺目前尚不够成熟，但由于加筋土-混凝土挡土墙组合结构方案限定了路堤边坡高度≤10m，即平均坡高10m-平均墙高4m-路面厚度0.9m-路床厚度0.8m=平均加筋土厚度4.3m，因此只需要施工4.3m 厚的加筋土，对施工工期影响较小。

为进一步提高方案的实施效果，建议在工程设计和施工过程中充分考虑地质条件，采取必要的地基处理措施，如预压、排水等，以确保路基的稳定性。同时，关注加筋土和混凝土挡土墙之间的连接方式和力学性能，确保整个组合结构的稳定性和可靠性。在工程施工过程中，要加强对加筋土和混凝土挡土墙的定期检查与维护，及时发现并处理潜在问题，保证工程长期安全、稳定运行。

4 结语

针对平原区高速公路基本农田连片区加筋土-混凝土挡土墙组合结构优化设计进行了深入研究，对不同防护方案进行全面对比和综合评价。通过多种方案的综合比选，确定采用加筋土（1∶1）+混凝土挡土墙（H=4m）防护设计方案。该方案兼顾节省用地、控制工程造价、提高施工效率与维护性能等多方面内容，有显著优势，特别是在保护农田资源、减轻对环境的影响以及满足地质条件要求等方面，表现出了良好的实用性与可行性。研究仅针对特定区域进行了方案优化设计，在实际工程中应根据具体情况，进行详细的设计和优化，以确保方案的可行性和效果。在未来的研究中，可以进一步完善和优化此类设计方案，以适应不同地域和工程条件的需求，为高速公路建设和管理工作提供更强有力的支持。