都昌至九江高速公路路基設(shè)計特點及難點分析

謝志惠,余少華

(1.上饒市弋陽公路事業(yè)發(fā)展中心,江西 上饒 334400;2.江西省交通設(shè)計研究院有限責任公司,江西 南昌 330000)

都昌至九江高速公路是連接G56杭瑞高速公路與G70福銀高速公路的地方加密高等級定向公路,與G56高速公路互通對接,形成地方性的公路網(wǎng)[1]。全長約83 km,自通車以來,運營效果較好,公路整體的使用環(huán)境也較為穩(wěn)定、安全[2]。對于高速公路而言,在建設(shè)時道路結(jié)構(gòu)以及質(zhì)量的把控對于后續(xù)的應(yīng)用會造成直接影響,尤其是高速公路路基的建設(shè),極容易受到沿路地質(zhì)條件和氣候的限制,產(chǎn)生或多或少的損害[3]。在路基設(shè)計施工中,本體對于地質(zhì)條件的要求是極高的,但由于都昌至九江高速公路路段的地勢較高,坡地多,地面不平坦,一定程度上阻礙了路基的施工處理[4]。因此,有必要對都昌至九江高速公路路基設(shè)計特點及難點進行分析。考慮到最終測試結(jié)果的穩(wěn)定性與可靠性,以都昌至九江高速公路作為測定分析的背景,結(jié)合實際的路基建設(shè)需求、標準,針對于施工中存在的特點與難點,進行定向分析,從多個角度制定解決方案,為后續(xù)的建設(shè)施工奠定更為堅實的基礎(chǔ)[5]。

1 工程簡介

都昌至九江高速公路是江西省公路規(guī)劃中十分關(guān)鍵的一部分,與濟廣高速景婺黃段、景鷹段、杭瑞高速九景段等形成橫貫江西北部東西方向的快速通道網(wǎng),一定程度上加快了長珠閩地區(qū)融入全球化的進程[6]。此次分析的路段總長度為9.180 km,起始樁號為K24+520～K33+700,路段中間布設(shè)一定數(shù)量的公路監(jiān)測節(jié)點,總體呈東西走向。

根據(jù)圖1,可以完成對都昌至九江高速公路段的了解。從中可以觀測到,該路段地勢上表現(xiàn)為由東往西逐漸傾斜的狀態(tài),經(jīng)過測量總地面高程大致在12～90 m之間不等。路段周圍多剝蝕高崗地、侵蝕剝蝕低崗地,地勢之間崗頂?shù)臉烁邔嶋H在50～90 m之間,定向高差在20～50 m范圍之內(nèi),經(jīng)過測定,自然坡度18～36°,整體呈現(xiàn)出饅頭狀散布空間排列[7]。此路段在建設(shè)的過程中,由于地勢不平坦,且常常受到外部因素、環(huán)境的影響,給路基的施工構(gòu)建形成較大的壓力,一定程度上不利于后續(xù)施工進度的推進,因此,針對此路段路基,對其特點以及難點進行分析與比照研究[8]。

圖1 錯幅路基修建橫截面圖示

2 路基設(shè)計特點

2.1 復(fù)合式路基搭接形式

通常情況下,為了確保高速公路路段的穩(wěn)定性與安全性,合理控制成本,在建設(shè)時,會采用整體式路基模式來完成設(shè)計[9]。一般多應(yīng)用在地形較平緩、地勢起伏不大、地質(zhì)條件較好的路段。但都昌至九江路段地勢復(fù)雜,山體蜿蜒,且單面較多,致使路基修建過程中的限制條件增加,整體式路基的應(yīng)用效果并不理想。需要采用復(fù)合式路基修建模式,提升公路自身的整體應(yīng)用能力。針對公路不同的建設(shè)區(qū)域,分別選擇分幅式路基以及錯幅式路基互為搭接。山體覆蓋范圍大的路段,修建分幅式路基,分離式路基斷面的修建形式,能夠更為清晰地劃定幅路的線形斷面,公路中間帶的寬度必須設(shè)定在4.25 m以下。

可以完成對分幅路段修建形式的了解。都昌至九江路段的實際情況,可以選用不同的形式建設(shè)路基。而錯幅式路基則多應(yīng)用在河流較多的路段區(qū)域。實際的錯幅路基修建橫截面如圖1所示。

根據(jù)圖1,可以完成對錯幅路基修建橫截面的了解。由于都昌至九江路段多河流,所以大多采用錯幅式的路基修建形式,穿插在水田與旱地之間,不僅可以節(jié)省修建成本,還能夠分散路基的外部承壓,這種復(fù)合式的路基修建方式進一步提升了高速公路的穩(wěn)定性和安全性,更為靈活、多變,具有較強的應(yīng)用特點。

2.2 路基邊坡擬合設(shè)計

邊坡是路基設(shè)計中十分重要且關(guān)鍵的一部分,起到加固防護的作用。傳統(tǒng)的路基邊坡一般采用單向土石的防護形式,雖然可以完成預(yù)期的路基應(yīng)用目標,但是隨著使用年限的增加,長期受到外力的侵蝕,導(dǎo)致路基的承壓能力逐漸下降,并不穩(wěn)固,嚴重的甚至?xí)霈F(xiàn)坍塌、路基斷裂等問題,埋下安全隱患。

擬合設(shè)計是一種雙向的路基邊坡搭接模式。路基的標高一般保持在5.25 m以上,采用中央分隔帶邊緣承接的方式,構(gòu)建交叉防護截面,促使路基與建設(shè)路段的路面保持水平狀態(tài)。保證邊坡坡率達到92.5%以上,結(jié)合都昌至九江區(qū)域的地形、地質(zhì)條件核定出路基與邊坡的擬合天然坡率。而此時路基的壓實度也隨擬合坡率的提升發(fā)生變化,具體如表1所示。

表1 路基壓實度變動表

根據(jù)表1,可以完成對路基壓實度變動情況的分析。以擬合的方式搭接路基與邊坡,一定程度上減緩了路基的下沉速度,穩(wěn)定石質(zhì)截面,避免出現(xiàn)路基位移的問題,具有更加靈活、平穩(wěn)的路基設(shè)計特點。

2.3 上承下實沉降防護臺設(shè)計

在路基建設(shè)過程中,為了避免后續(xù)使用出現(xiàn)大范圍沉降或者斷裂等現(xiàn)象,會在路基的主承壓截面上方,依據(jù)實際的承壓需求,構(gòu)建一個路基沉降防護臺。傳統(tǒng)的路基防護臺一般與路基的路床相關(guān)聯(lián),雖然可以分散外部的壓力,但是對于路基自身的傷害也是十分大的,而上承下實的沉降防護臺一般是與填石路堤和土石路堤同時關(guān)聯(lián)。從根源上減少了路基沉降問題,可以更好地擴展預(yù)期的路基受力面積,自身具有更加穩(wěn)定、抗壓的特點,而路基、路堤的建設(shè)標準也會更加嚴謹一些,具體的標準如表2所示。

表2 路基、路堤的建設(shè)標準表

根據(jù)表2,可以完成對路基、路堤的建設(shè)標準的設(shè)定。與此同時,上承下實的防護形式能夠擴展路基的外延面積,減少石料之間的空隙比率,使整個路基更加穩(wěn)固、密實,承壓性能得到了大幅提升。

3 難點分析

3.1 新舊路基加寬拼接處理混亂

本項目起終點與九景高速和南九高速公路相接,存在新老路基相銜接的問題,是施工建設(shè)的一大難點之一。主要是因為路面改擴建時,對于加寬或者拼接的標準并未統(tǒng)一,導(dǎo)致實際處理時,常常會出現(xiàn)不同程度的誤差和缺陷,路基最終處理效果也并不理想。

可以完成對新舊路基加寬拼接現(xiàn)狀的呈現(xiàn)。這部分與矮擋路塹的設(shè)計及調(diào)整存在較大的聯(lián)系,都昌至九江高速公路段路具有基坡腳低的特點,這也導(dǎo)致新舊路基的拼接混亂。雖然利用矮擋路塹設(shè)計替代雙層路塹,能夠營造更為穩(wěn)定、堅固的路基基底,但矮擋路塹所構(gòu)建的擋土墻高度通常會設(shè)定在3～4.5 m之間,無法形成較好的阻擋效果,擋土墻與路基坑之間的承壓面積也較小,寬度一般在2.5 m左右,擋土墻頂與上承下實沉降防護臺截面同寬。路基初始承壓鋼筋通常被埋設(shè)在路肩側(cè)后方,鋼筋之間的距離不小于1.5 m。墻背設(shè)定0.2 m的厚砂夾卵石反濾網(wǎng),具體如圖2所示。

圖2 矮擋路塹厚砂夾卵石反濾網(wǎng)圖示

根據(jù)圖2,可以完成對矮擋路塹厚砂夾卵石反濾網(wǎng)的設(shè)計與分析。通過此種方式,對路基建設(shè)中的砂石進行過濾處理,實現(xiàn)承壓截面的加固,一定程度上可以起到縮變排水的效果,降低路基位移、斷裂等問題的發(fā)生概率,緩沖作用明顯,營造更加穩(wěn)定、安全的路基建設(shè)環(huán)境,對于路基建設(shè)質(zhì)量也是一種保證。

3.2 立體交叉鋪裝困難

一些海拔較高的路段,需要采用立體交叉的方式來承接路基,以此來擴展預(yù)設(shè)的路基作用面積。但是實際應(yīng)用時,立體交叉鋪裝的區(qū)域無法明確,導(dǎo)致共享路段的瀝青鋪設(shè)出現(xiàn)誤差,在實際道路路基搭接處,建立的維護土工格柵以及臺階關(guān)聯(lián)并不緊密,使承壓截面在外力的作用之下,出現(xiàn)一定數(shù)量的縫隙與裂痕,不僅無法實現(xiàn)多層級鋪裝搭接,反而會引起更為嚴重的沉降問題。

這部分可以從互通式立交路段的總體布局、交通量大小、自然條件以及運行合理性等方面來分析研究。設(shè)定立體交叉的鋪裝指標,通過主線上跨、主線下穿以及主線平跨等方式,將路基的鋪裝區(qū)域劃分開來,形成更加穩(wěn)定、平坦的雙向交叉鋪裝截面。

實現(xiàn)定向鋪裝之后,針對路基側(cè)后方的防護柵欄,也需要和土工格柵垂直關(guān)聯(lián),縮小路基之間的砂石縫隙,從根源上加固路基,解決立體交叉鋪裝困難的問題。

3.3 過度沉降及路基排水問題

路基沉降是十分常見的工程問題,通常也是極難處理的難點。路基沉降一般有一定的標準,在合理的范圍之內(nèi),不會對路段應(yīng)用產(chǎn)生影響,但是一旦超出范圍,便極有可能出現(xiàn)坍塌、斷裂等問題。所以,在修建路基初期,便需要選取基本一致的沉降標準,在沉降控制過程中,考慮會導(dǎo)致沉降問題的各種因素,設(shè)定路基的沉降標準為工后沉降≤50 mm,不均勻沉降≤20 mm,過渡段沉降≤10 mm,路基涵洞折角≤1/1 000。

完成路基的交叉鋪裝之后,防沉降結(jié)構(gòu)的安裝同樣也是十分困難的,傳統(tǒng)的安裝方式雖然可以完成預(yù)期的防護目標,但是常常會出現(xiàn)誤差,從而造成過度沉降的問題。

在此基礎(chǔ)之上,都昌至九江高速公路路基的建設(shè)還存在一定的排水問題,路段周圍河流分布較為不均勻,導(dǎo)致排水管道的修建存在較大壓力,不僅無形中增加了路基建設(shè)成本,還耗費大量的人力物力,一旦處理失誤,極有可能造成突發(fā)事故,對施工人員的安全產(chǎn)生威脅,需要制定具有針對性的解決方案,作出定向處理。

4 結(jié)束語

綜上所述,通過對都昌至九江高速公路路基設(shè)計特點及難點的分析與研究,得知此路段中路基的設(shè)計存在較多問題和缺陷。主要是由于公路周圍地勢過高,建筑密集,再加上部分區(qū)域地面不平坦,導(dǎo)致路基設(shè)計難度較大。所以,總結(jié)路基的設(shè)計特點,從多個角度提取出施工難點,結(jié)合預(yù)設(shè)的建筑標準以及需求,制定具有針對性的解決方案。