張家界市子午西路路基設(shè)計要點分析

李旦書

（上海浦東建筑設(shè)計研究院有限公司，上海200000）

1 引言

高等級道路在對我國區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，并且成了我國經(jīng)濟發(fā)展的重要經(jīng)濟支柱，隨著我國平原地區(qū)高等級道路網(wǎng)加密空間逼近飽和，山區(qū)地帶迎來高等級道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)高潮。因為受到地形條件的限制，導致很多公路工程在路基填筑方面有很大困難，而且斜坡，陡坡路段非常多。由于還因為會受到地下水和地表水發(fā)育情況的影響，多表現(xiàn)為填挖交界、陡坡、浸水等典型的特殊路基形式；在環(huán)境與車輛荷載的耦合作用下，路基易發(fā)沉降、滑坡等一系列的病害，嚴重影響到公路的服役性能和服務(wù)水平。經(jīng)過大量學者與工程師多年的研究實踐，其中，成熟工程經(jīng)驗集成編著了JTG D30—2015《公路路基設(shè)計規(guī)范》【1】，對高路堤、陡坡路堤等路基設(shè)計要點進行一定程度總結(jié)，但針對山區(qū)特殊地形地貌下多種形式路基的綜合性設(shè)計要點囊括較少。為此，本文旨在對山區(qū)地形地貌下典型路基的病害機理及設(shè)計要點進行探究，結(jié)合張家界子午西路路基建設(shè)、設(shè)計階段的工程經(jīng)驗，對山區(qū)道路路基設(shè)計提出一些綜合性建議，為張家界市路基建設(shè)提供參考，以滿足公路技術(shù)質(zhì)量要求。

2 山區(qū)典型路基病害分析

公路路基屬線性工程，且山區(qū)公路建設(shè)路段常面臨著復雜、不利的工程條件與水文地質(zhì)條件，在重交通荷載（尤其是超載車輛）的常年作用下，非常容易發(fā)生系列性的路基病害。通過對上去公路路基病害的表現(xiàn)特征進行分析，通常會將其分為整體性的和局部性的沉降、縱或橫向開裂及整體垮塌或滑動3 種病害類型【2】。

2.1 路基沉降

公路路基沉降主要表現(xiàn)為路基自重作用下的地基與路基本身的固結(jié)壓縮變形。受施工條件所限，山區(qū)路基兩側(cè)壓實度往往低于道路中心處，路堤邊坡在雨水沖刷等環(huán)境作用下結(jié)構(gòu)性能發(fā)生衰減，加劇道路兩側(cè)路基出現(xiàn)沉降的風險，最終造成路基橫向差異沉降，道路出現(xiàn)錯臺現(xiàn)象。由于山區(qū)起伏地貌的特殊環(huán)境影響，路基壓實度、綜合剛度及下墊面條件沿道路縱或橫向相差過大,在路面動載及氣候環(huán)境作用下,極易造成山區(qū)路基明顯的差異沉降,填挖交界處及填方厚度明顯變化處（陡坡路基）等屬典型路段。

2.2 路基開裂

路基開裂狀況常發(fā)生于山路地表坡度較大的陡坡路段以及需進行填坑施工的交界處。填挖交界及陡坡路基在橫斷面上存有壓實度和剛度等方面的顯著差異，工后固結(jié)引起的不均勻變形持續(xù)發(fā)展，會導致原路面與填方路基出現(xiàn)滑裂面。在地震、雨水連續(xù)沖刷和泥石流等不利情況下，滑裂面發(fā)生開裂的可能性大幅增加，從而導致路基出現(xiàn)裂縫，并隨著裂縫發(fā)展而發(fā)生位移現(xiàn)象。

2.3 路基垮塌

地形條件形成巖土體崩塌的基礎(chǔ)條件，其中坡角和坡高是引發(fā)崩塌災害的顯著影響因素。公路邊坡是崩塌災害多發(fā)的敏感部位，引發(fā)崩塌的有利地形要素有：凹形陡坡或孤立山嘴，其坡度大于45°的高陡邊坡【3】。在山腰路段及沿河路段，依山而建的公路一側(cè)由于缺少支撐而處于臨空狀態(tài)，常見發(fā)生路基垮塌或沉陷狀況，河流漲水、強降雨及車輛超載等不利因素加劇路基穩(wěn)定性的衰減速率。水環(huán)境是山區(qū)路基損壞的主要原因，由于長期受水沖刷、侵蝕、軟化等不利作用，導致路基底部土體抗剪強度與抗變形能力下降，造成路基沉陷、邊坡開裂、地表坍塌等嚴重影響交通安全的結(jié)構(gòu)性病害。

3 子午西路典型路基設(shè)計

針對山區(qū)環(huán)境下填挖交界、陡坡路基及浸水路基的特殊形式，以防控路基病害風險為目的，對上述典型形式山區(qū)路基的設(shè)計要點進行綜合性分析。

3.1 填挖交界處路基設(shè)計

舊路基拓寬或半填半挖結(jié)合處的路堤形式皆為填挖交界路基，相比于普通路堤，填挖交界路基的特殊性在于：填方與挖方工程性質(zhì)的差異化、路基幾何構(gòu)造的特殊性和填、挖方抗拉強度的差異性【4】。

針對填挖交界路基不均勻沉降、變形裂縫及側(cè)滑風險，在對填挖交界處進行設(shè)計時，必須要嚴格依據(jù)土體的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及受力的特性來進行綜合的考慮。而在不良地質(zhì)地區(qū)，應(yīng)進行基底處理技術(shù)設(shè)計；合理控制施工含水率與沖碾次數(shù)，保障壓實度、回彈模量、彎沉等設(shè)計指標；通過透水性較好的路基填料、增設(shè)路基內(nèi)橫向排水通道等，進行防排水設(shè)計。于填挖交界處進行土工格柵布設(shè)十分必要，土工格柵不僅有良好的加筋、密實作用，而且抗變形作用也非常優(yōu)良，同時，該結(jié)構(gòu)有利于消散孔隙水壓力，保障結(jié)構(gòu)層材料的整體性與抗剪能力【5】。張家界子午西路項目中，填方地面（包括縱橫2 個方向）應(yīng)在基底挖寬度為2m 的臺階，臺階應(yīng)向內(nèi)傾斜2%。縱向填、挖交界線兩側(cè)各3.0m 范圍在路床上、下設(shè)土工格柵1 層加固。路基的土工格柵設(shè)計方案見圖1。

圖1 某高速填挖交界路基的土工格柵設(shè)計方案

3.2 陡坡路堤設(shè)計

因為受到地形和地貌條件的影響，導致很多山區(qū)公路在路基修建時不得不建立在斜坡上，在陡坡路堤建設(shè)過程中，地質(zhì)不良會加劇斜坡地面不平衡的狀態(tài)，公路路基將會出現(xiàn)一定程度變形。若路基排水系統(tǒng)設(shè)計不合理，水的作用會導致公路路基強度進一步衰減，造成路基較大沉降等嚴重病害。

陡坡路堤設(shè)計應(yīng)結(jié)合地形地貌、地質(zhì)條件、邊坡高度等因素進行綜合考慮。JTGD 30—2015《公路路基設(shè)計規(guī)范》規(guī)定必須要對陡坡路基的穩(wěn)定性進行科學計算，而且還要對在暴雨或者連續(xù)降雨條件下的路基情況進行充分考慮；還規(guī)定應(yīng)根據(jù)巖土性質(zhì)與地下水出露狀況，強調(diào)優(yōu)先考慮設(shè)計科學、完善的地上、地下排水系統(tǒng)，由此來有效地避免因為路基長期受到雨水的浸泡而降低其結(jié)構(gòu)。此外，還要將減重情況與支擋工程和放緩坡率進行有效的結(jié)合，同時，在高陡坡階段還要注意對樁錨固條件的科學應(yīng)用，依據(jù)實際情況將其適當加深，以有效地保證樁的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)變形問題；對于山區(qū)易出現(xiàn)落實、危巖等崩塌危險災害，可以使用半坡錨固或者坡腳支頂、罩網(wǎng)的方式來對其進行防護。

張家界子午西路項目中存在240m 順層深路塹，地面橫坡陡于1∶2.5 且填方高度大于8m，設(shè)計除要求在原地面開挖向內(nèi)傾斜2%～4%的臺階外，需特別對陡坡路堤進行防護設(shè)計以確保路堤穩(wěn)定性，主要設(shè)計參數(shù)：左側(cè)順層，視傾角22°～27°，層面指標：c=10kPa，φ=15°；錨固樁地基系數(shù)：基巖強風化層～中風化層，K=60～80MPa/m；路塹擋土墻設(shè)計參數(shù)：γ=20kN/m3，φ＝30°，f=0.4，σ0=350kPa；預應(yīng)力錨索：錨孔壁對砂漿的極限剪應(yīng)力τ=200～300kPa,單孔錨索設(shè)計錨固力Pt=300～350kN。

3.3 浸水路堤路基設(shè)計

公路工程建設(shè)中填方邊坡長期或短期（季節(jié)性）一側(cè)或兩側(cè)浸水的路基稱為浸水路基。除交通荷載及降雨氣候等因素作用外，浸水路基主要承受水位變化引起的土體滲流軟化，以及水流波動造成的坡腳沖刷、淘蝕，局部可能存有軟弱地基及管涌問題【6】。

山區(qū)洪災風險嚴峻，浸水路基設(shè)計應(yīng)重視項目區(qū)域水文分析與計算工作，由設(shè)計洪水位合理確定路基高度，以減少洪水淹沒路基占比；對防護工程進行水力計算，為避免洪水沖刷淘空應(yīng)確定基礎(chǔ)合理埋深，保障基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)造物穩(wěn)定性【7】。浸水影響深度可達5m，面積小于路基，可采用強夯換填法進行處治，最佳填筑材料為砂性土。若路堤浸水區(qū)水面較為平穩(wěn)，邊坡坡度保持在1∶1 之內(nèi)的，可在邊坡上植草防護；在正常水面以下部位，可使用片石進行鋪筑。在浸水路段可布設(shè)擋土墻以壓縮河床，最大限度地減少對庫容量的侵占【8】。在子午西路浸水路基設(shè)計中，在防護高度處留2.0m 寬平臺，以下填料長期浸水部分填碎石土，季節(jié)性浸水部分，采用水穩(wěn)性較好的填料，重型碾壓機械加強碾壓，且邊坡坡率較一般路堤放緩一級。

4 結(jié)語

總之，因為山區(qū)的地形和地貌特征都比較復雜，因此，其出現(xiàn)病害的概率就會比普通公路要高很多，主要體現(xiàn)為整體或局部沉降、縱橫向開裂及整體垮塌或滑動3 種主要結(jié)構(gòu)損傷。一旦山區(qū)公路路基出現(xiàn)病害，將面臨非常大的處治難度，因此，在設(shè)計階段要綜合考慮各關(guān)鍵因素，進行有效技術(shù)方案綜合設(shè)計。本文主要結(jié)合山區(qū)地形地貌下公路典型路基的常見病害類型，對其病害產(chǎn)生的原因進行了簡單分析，重點針對填挖交界、陡坡路基及浸水路基的特點，進行以防控病害為目標的設(shè)計要點分析，提出需要注意的設(shè)計原則和工程措施。