平原區(qū)高速公路路基填料解決方案技術(shù)研究

張哲，江龍進

（1.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.公路交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088）

1 概述

高速公路（簡稱高速路）是指專供汽車高速行駛的公路，其因通行能力強、運輸成本低、交通事故少、資源節(jié)約成效高等顯著優(yōu)點，近年來得到了大規(guī)模發(fā)展，為我國社會經(jīng)濟的穩(wěn)步提升做出了巨大貢獻。統(tǒng)計資料表明，截至2020 年年底，全國公路總里程519.81 萬km，其中高速公路里程16.1 萬km。根據(jù)《中華人民共和國2021 年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》顯示，2021 年新改建高速公路里程9028km[1]。

平原區(qū)高速公路地勢平坦，公路建設(shè)主要為填方，每公里土方需求約13～17 萬方，借方工程量浩大。傳統(tǒng)高速公路修建中，基于土源穩(wěn)定性和質(zhì)量可靠性考慮，一般采用就近設(shè)置集中取土場方式進行取土，后期結(jié)合地方規(guī)劃和需求進行還塘處理或利用水塘敷設(shè)太陽能發(fā)電板。

但隨著土地資源管控力度的加強和環(huán)境保護意識的重視，大規(guī)模占用耕地設(shè)置取土場進行集中取土的方式越來越難以實現(xiàn)，當(dāng)前高速公路修建面臨路基填料來源的問題越發(fā)突出，逐漸成為影響項目是否能按期順利完成的重要關(guān)鍵點，也是當(dāng)前公路建設(shè)中面臨必須要解決的主要難題。為確保公路建設(shè)順利開展，結(jié)合近年來高速公路建設(shè)經(jīng)驗，平原區(qū)高速公路設(shè)計過程中如何貫徹節(jié)流措施并開展綜合取土方案，成為項目設(shè)計的重要關(guān)鍵點。

2 路基填料方案技術(shù)研究

平原區(qū)高速公路土方需求量非常大，為有效解決路基填料來源，需綜合采取“開源節(jié)流”措施，多管齊下。前期通過合理布設(shè)結(jié)構(gòu)物以有效控制道路縱坡，從源頭上控制項目借方需求。同時，廣開財路，在確保工程質(zhì)量和造價基礎(chǔ)上，積極尋找可替代結(jié)構(gòu)方案減少路基設(shè)置長度，并結(jié)合建設(shè)區(qū)域地材分布情況，積極引入一切可以利用的其他材料進行替代，最終通過多種渠道合理有效解決平原區(qū)高速公路修建中面臨的土源難題。

2.1 節(jié)流措施

2.1.1 低路堤技術(shù)[2]

結(jié)合項目建設(shè)區(qū)域地形特點和居民點分布，在滿足地方交通車輛出行的條件下，優(yōu)先采用支線上跨高速公路方式以有效壓低主線道路縱坡，從源頭上節(jié)約土方工程量。考慮到非機動車逐漸普及，為便于日常交通出行，支線上跨可參照四級公路標準執(zhí)行，道路縱坡原則上不大于3.0%，條件具備時道路縱坡可選用2.5%。

同時，對于地下水埋深較大而周邊地面水可順利排放路段，在確保路床處于干燥和中濕狀態(tài)時[3]，局部路段可考慮采用主線下穿方式。主線下穿開挖的土方可臨近用于主線填方路段，通過就近利用來節(jié)約工程造價。當(dāng)建設(shè)區(qū)域用地受限時，主線外側(cè)還可設(shè)置擋墻進行收縮坡腳，在節(jié)約開挖工程量的同時節(jié)省項目建設(shè)用地范圍。

圖1 支線上跨

2.1.2 以橋帶路

平原區(qū)高速公路常采用橋梁跨越地方路網(wǎng)或水系，基于工程造價考慮，橋頭填土高度一般為7.0～7.5m，填土高度較高，土方需求量較大。為有效節(jié)約土方需求量，可在橋頭兩側(cè)積極采用樁板式結(jié)構(gòu)替代路基[4]，從源頭上減少土源需求并節(jié)省土地占用指標。

圖2 樁板式結(jié)構(gòu)

樁板式結(jié)構(gòu)是根據(jù)當(dāng)前建設(shè)項目存在的無地可占、無土可用，占地、取土代價大，土地復(fù)墾成本提升等問題而應(yīng)運而生的新型結(jié)構(gòu)。經(jīng)測算，考慮土方填筑和取土場復(fù)墾費用后，其造價介于常規(guī)橋梁和路基之間，在平原區(qū)取土難以落實地區(qū)，是應(yīng)對現(xiàn)實挑戰(zhàn)、響應(yīng)綠色發(fā)展的必然選擇，當(dāng)前在安徽省已經(jīng)得到大規(guī)模應(yīng)用，其應(yīng)用特點如下：

①路基無需填土，用地減少，其用地范圍為道路寬度正投影，與同路基放坡相比，占用土地面積大大減少；

②預(yù)制管樁按設(shè)計打至相應(yīng)持力層，路基工后沉降問題得到根本性改善；

③預(yù)制管樁施工便于現(xiàn)場管理，污染及棄物少，面板預(yù)制、安裝工藝簡單；

④對比傳統(tǒng)常規(guī)路基，造價略高；對比傳統(tǒng)橋梁，經(jīng)濟優(yōu)勢更為明顯。

與一般填土路堤相比，樁板式結(jié)構(gòu)下部構(gòu)造橫向通透，不影響原有地方水系、路系的正常使用，無需新增設(shè)涵洞、通道等小型結(jié)構(gòu)物。綜合考慮工程造價和用地等因素，在平原區(qū)公路建設(shè)中已經(jīng)逐漸得到認可并在一定范圍內(nèi)得到大面積應(yīng)用。

2.2 開源方案

開源方案主要是采取多種措施，盡可能利用一切可以利用的資源，減少設(shè)置集中取土場規(guī)模，從而實現(xiàn)節(jié)約土地資源并為工程建設(shè)進度保駕護航。根據(jù)其應(yīng)用成熟條件，可行方案主要如下文所述。

2.2.1 互通范圍內(nèi)集中取土

互通范圍內(nèi)用地納入項目永久用地，結(jié)合平原區(qū)高速公路缺土的特點，可考慮在互通樞紐范圍內(nèi)實施集中取土用于互通匝道修筑?；ネǚ秶鷥?nèi)取土深度可控制在5.5～6.0m，其平面范圍以不影響匝道路基或結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定性為控制，一般取土邊緣距離坡腳按照5.0m 進行控制。

考慮到平原區(qū)清淤和清表工程量較大，而后期中分帶和邊坡綠化難以完全利用。對此，可結(jié)合互通范圍內(nèi)集中取土，利用取土后的有限空間實現(xiàn)表土和淤泥質(zhì)土消化，并進行造景處理，實現(xiàn)高速公路區(qū)域美化和表土零棄的建設(shè)目標。同時，考慮到互通范圍內(nèi)匝道間排水較為復(fù)雜且出水口較少的特點，互通樞紐范圍內(nèi)定點取土后還可以作為道路雨水排放的出口，避免重復(fù)增設(shè)排水邊溝，有效降低工程造價。

2.2.2 工程渣土綜合利用

工程渣土泛指建筑垃圾和城市基坑開挖所產(chǎn)生的一切可利用材料，其結(jié)構(gòu)強度高、水穩(wěn)性良好，經(jīng)初步篩選后可替代部分路基填料。

高速公路一般呈帶狀分布，不可避免會壓占一定量的房屋或廠房，產(chǎn)生一定的拆遷工程量[5]。而臨近城區(qū)會存在不同規(guī)模的建筑垃圾回收場，其回收的材料以道路開挖回收材料為主，強度高、穩(wěn)定性好，是替代路基填料的良好材料[6]。

圖3 互通范圍內(nèi)取土

圖4 城市基坑開挖

圖5 建筑垃圾回收

在臨近城區(qū)房產(chǎn)建設(shè)過程中，因基礎(chǔ)或地下結(jié)構(gòu)物建設(shè)需要，會出現(xiàn)一定量的土方工程，其同后期進場道路或臨時設(shè)施開挖材料通稱工程渣土，一般做棄方處理。工程建設(shè)前期，可對道路建設(shè)區(qū)域附近房產(chǎn)開發(fā)進行詳細調(diào)研，對于其廢棄的材料可提前進行收集，堆放在臨時堆土場，后期用于高速公路建設(shè)。

工程渣土可選用GZT系列振動給料機、反擊式破碎機、懸掛自卸式除鐵器和簡易風(fēng)機對材料進行處理，具體實施中，可結(jié)合工序安排和環(huán)保要求完善配套設(shè)施，靈活選用適宜且滿足要求的工藝和設(shè)備，處理后的填料要求如表1所示。

表1 工程渣土篩選用于路堤填料的技術(shù)要求

2.2.3 輕質(zhì)泡沫土

輕質(zhì)泡沫土是以水泥、摻合料等為膠凝材料，加入纖維、外加劑和水制成料漿，然后再與發(fā)泡設(shè)備制作的細小穩(wěn)定氣泡群混合攪拌形成的泡沫輕質(zhì)混凝土漿體，是在施工現(xiàn)場或工廠澆筑成型、養(yǎng)護而成，含有微小的、獨立的、大量的、均勻分布氣泡的輕質(zhì)材料。在建設(shè)工程中其又被稱為現(xiàn)澆輕質(zhì)土、泡沫輕質(zhì)混凝土、氣泡混合輕質(zhì)土、泡沫輕質(zhì)土等[7-8]。

經(jīng)過多年的發(fā)展，輕質(zhì)泡沫土已經(jīng)大面積應(yīng)用于特殊地區(qū)路段填筑、道路拓寬、陡峭路基、工程搶險、橋梁縮跨和地下暗埋工程回填等工程建設(shè)領(lǐng)域，積累了大量的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用經(jīng)驗。

當(dāng)前，考慮到平原區(qū)高速公路土源較為缺乏而全部采用橋梁形式造價又較高的現(xiàn)象，對于取土較為緊缺的路段或用地受限路段，可采用輕質(zhì)泡沫土替代一部分路基填料進行道路修筑。輕質(zhì)泡沫土主要以水泥為主，其材料來源廣泛，在土源緊缺而工程進度有要求的項目上能確保路基填筑的順利進行。

3 結(jié)論

當(dāng)前平原區(qū)高速公路修建過程中填方工程量較大，采用傳統(tǒng)設(shè)置集中取土場取土的方式已難以落地。為確保工程建設(shè)中路基填料來源滿足要求，應(yīng)及時聯(lián)合開展“節(jié)流措施”和“開源方案”，以解決路基填料來源。

圖6 輕質(zhì)泡沫土生產(chǎn)流程

“節(jié)流措施”和“開源方案”主要涉及新材料、新設(shè)備和新工藝應(yīng)用，同傳統(tǒng)公路建設(shè)相比造價略高，建設(shè)單位應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃，提前介入，做好工程建設(shè)前期的謀劃工作。

考慮到工程建設(shè)是一項系統(tǒng)性工程，其能否順利建設(shè)主要受制于土地和資金兩個方面，因此在工程建設(shè)前期應(yīng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，做好土地指標和建設(shè)資金預(yù)留工作。