張家界市子午西路路基設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

李旦書

（上海浦東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海200000）

1 引言

高等級(jí)道路在對(duì)我國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，并且成了我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要經(jīng)濟(jì)支柱，隨著我國(guó)平原地區(qū)高等級(jí)道路網(wǎng)加密空間逼近飽和，山區(qū)地帶迎來(lái)高等級(jí)道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)高潮。因?yàn)槭艿降匦螚l件的限制，導(dǎo)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?yàn)闀?huì)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(yán)重影響到公路的服役性能和服務(wù)水平。經(jīng)過(guò)大量學(xué)者與工程師多年的研究實(shí)踐，其中，成熟工程經(jīng)驗(yàn)集成編著了JTG D30—2015《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》【1】，對(duì)高路堤、陡坡路堤等路基設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行一定程度總結(jié)，但針對(duì)山區(qū)特殊地形地貌下多種形式路基的綜合性設(shè)計(jì)要點(diǎn)囊括較少。為此，本文旨在對(duì)山區(qū)地形地貌下典型路基的病害機(jī)理及設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行探究，結(jié)合張家界子午西路路基建設(shè)、設(shè)計(jì)階段的工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)山區(qū)道路路基設(shè)計(jì)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(fù)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(guò)對(duì)上去公路路基病害的表現(xiàn)特征進(jìn)行分析，通常會(huì)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(dòng)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(shí)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(fēng)險(xiǎn)，最終造成路基橫向差異沉降，道路出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。由于山區(qū)起伏地貌的特殊環(huán)境影響，路基壓實(shí)度、綜合剛度及下墊面條件沿道路縱或橫向相差過(guò)大,在路面動(dòng)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(jìn)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(shí)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(huì)導(dǎo)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(dǎo)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(zāi)害的顯著影響因素。公路邊坡是崩塌災(zāi)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(qiáng)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(zhǎng)期受水沖刷、侵蝕、軟化等不利作用，導(dǎo)致路基底部土體抗剪強(qiáng)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(yán)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(jì)

針對(duì)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(fēng)險(xiǎn)為目的，對(duì)上述典型形式山區(qū)路基的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行綜合性分析。

3.1 填挖交界處路基設(shè)計(jì)

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(qiáng)度的差異性【4】。

針對(duì)填挖交界路基不均勻沉降、變形裂縫及側(cè)滑風(fēng)險(xiǎn)，在對(duì)填挖交界處進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須要嚴(yán)格依據(jù)土體的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及受力的特性來(lái)進(jìn)行綜合的考慮。而在不良地質(zhì)地區(qū)，應(yīng)進(jìn)行基底處理技術(shù)設(shè)計(jì)；合理控制施工含水率與沖碾次數(shù)，保障壓實(shí)度、回彈模量、彎沉等設(shè)計(jì)指標(biāo)；通過(guò)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(jìn)行防排水設(shè)計(jì)。于填挖交界處進(jìn)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(shí)作用，而且抗變形作用也非常優(yōu)良，同時(shí)，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(xiàng)目中，填方地面（包括縱橫2 個(gè)方向）應(yīng)在基底挖寬度為2m 的臺(tái)階，臺(tái)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(jì)方案見圖1。

圖1 某高速填挖交界路基的土工格柵設(shè)計(jì)方案

3.2 陡坡路堤設(shè)計(jì)

因?yàn)槭艿降匦魏偷孛矖l件的影響，導(dǎo)致很多山區(qū)公路在路基修建時(shí)不得不建立在斜坡上，在陡坡路堤建設(shè)過(guò)程中，地質(zhì)不良會(huì)加劇斜坡地面不平衡的狀態(tài)，公路路基將會(huì)出現(xiàn)一定程度變形。若路基排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，水的作用會(huì)導(dǎo)致公路路基強(qiáng)度進(jìn)一步衰減，造成路基較大沉降等嚴(yán)重病害。

陡坡路堤設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合地形地貌、地質(zhì)條件、邊坡高度等因素進(jìn)行綜合考慮。JTGD 30—2015《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定必須要對(duì)陡坡路基的穩(wěn)定性進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，而且還要對(duì)在暴雨或者連續(xù)降雨條件下的路基情況進(jìn)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(qiáng)調(diào)優(yōu)先考慮設(shè)計(jì)科學(xué)、完善的地上、地下排水系統(tǒng)，由此來(lái)有效地避免因?yàn)槁坊L(zhǎng)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(jìn)行有效的結(jié)合，同時(shí)，在高陡坡階段還要注意對(duì)樁錨固條件的科學(xué)應(yīng)用，依據(jù)實(shí)際情況將其適當(dāng)加深，以有效地保證樁的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)變形問題；對(duì)于山區(qū)易出現(xiàn)落實(shí)、危巖等崩塌危險(xiǎn)災(zāi)害，可以使用半坡錨固或者坡腳支頂、罩網(wǎng)的方式來(lái)對(duì)其進(jìn)行防護(hù)。

張家界子午西路項(xiàng)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(jì)除要求在原地面開挖向內(nèi)傾斜2%～4%的臺(tái)階外，需特別對(duì)陡坡路堤進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)以確保路堤穩(wěn)定性，主要設(shè)計(jì)參數(shù)：左側(cè)順層，視傾角22°～27°，層面指標(biāo)：c=10kPa，φ=15°；錨固樁地基系數(shù)：基巖強(qiáng)風(fēng)化層～中風(fēng)化層，K=60～80MPa/m；路塹擋土墻設(shè)計(jì)參數(shù)：γ=20kN/m3，φ＝30°，f=0.4，σ0=350kPa；預(yù)應(yīng)力錨索：錨孔壁對(duì)砂漿的極限剪應(yīng)力τ=200～300kPa,單孔錨索設(shè)計(jì)錨固力Pt=300～350kN。

3.3 浸水路堤路基設(shè)計(jì)

公路工程建設(shè)中填方邊坡長(zhǎng)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(dòng)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(zāi)風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)峻，浸水路基設(shè)計(jì)應(yīng)重視項(xiàng)目區(qū)域水文分析與計(jì)算工作，由設(shè)計(jì)洪水位合理確定路基高度，以減少洪水淹沒路基占比；對(duì)防護(hù)工程進(jìn)行水力計(jì)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(dá)5m，面積小于路基，可采用強(qiáng)夯換填法進(jìn)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(hù)；在正常水面以下部位，可使用片石進(jìn)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(duì)庫(kù)容量的侵占【8】。在子午西路浸水路基設(shè)計(jì)中，在防護(hù)高度處留2.0m 寬平臺(tái)，以下填料長(zhǎng)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(jī)械加強(qiáng)碾壓，且邊坡坡率較一般路堤放緩一級(jí)。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，因?yàn)樯絽^(qū)的地形和地貌特征都比較復(fù)雜，因此，其出現(xiàn)病害的概率就會(huì)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(dòng)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(jì)階段要綜合考慮各關(guān)鍵因素，進(jìn)行有效技術(shù)方案綜合設(shè)計(jì)。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(duì)其病害產(chǎn)生的原因進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，重點(diǎn)針對(duì)填挖交界、陡坡路基及浸水路基的特點(diǎn)，進(jìn)行以防控病害為目標(biāo)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析，提出需要注意的設(shè)計(jì)原則和工程措施。