高速公路路基路面設(shè)計在特殊地質(zhì)條件下的優(yōu)化策略

李彥雄

（四川省交通勘察設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610031）

0 引言

高速公路能夠確保城市之間高效連通并促進經(jīng)濟增長。然而，地質(zhì)條件特殊的區(qū)域，如巖溶、高濕度、寒冷氣候區(qū)和沿海地區(qū)，對高速公路路面路基設(shè)計提出獨特挑戰(zhàn)。其設(shè)計的基本原則包括了解土壤特性、考慮交通負(fù)荷和應(yīng)對環(huán)境條件影響。特殊地質(zhì)條件下的設(shè)計策略包括巖溶地區(qū)的地下水處理、地表排水和堤防填料選擇；高濕度地區(qū)的路基加固、排水系統(tǒng)優(yōu)化和路面材料選擇；寒冷地區(qū)的路基防凍、防止冰雪積聚和冰融化劑使用策略；沿海地區(qū)的抗侵蝕措施、水平標(biāo)高設(shè)計和耐鹽堿設(shè)計。

1 特殊地質(zhì)條件對高速公路設(shè)計的影響

特殊地質(zhì)條件對高速公路路基路面設(shè)計產(chǎn)生重大影響，給前期設(shè)計帶來獨特的挑戰(zhàn)。例如，巖溶地區(qū)、高濕度、寒冷氣候和沿海環(huán)境等特殊地質(zhì)，給高速公路的建設(shè)和維護增加復(fù)雜性。巖溶地區(qū)以石灰?guī)r等可溶性巖層為特征，由于其容易出現(xiàn)天坑和地下空洞；高濕度環(huán)境會帶來水分滲入路面層的風(fēng)險，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)完整性降低；在寒冷氣候中，凍融循環(huán)會導(dǎo)致路面損壞；沿海環(huán)境帶來侵蝕、鹽堿入侵和風(fēng)暴潮風(fēng)險等挑戰(zhàn)。不同地質(zhì)條件都需要切實可行的路基路面設(shè)計方案，成功的公路設(shè)計需要全面了解地質(zhì)因素，確保具有彈性和可持續(xù)性的交通基礎(chǔ)設(shè)施。

2 高速公路路基路面設(shè)計的基本原則

公路路基路面設(shè)計依靠基本原則來確保道路基礎(chǔ)設(shè)施的耐用和安全。

首先，工程師通過評估土壤成分、密度和含水量，確定其承載能力，為創(chuàng)建穩(wěn)定路基所需的材料類型及厚度的決策提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息。

其次，軸載荷、交通量和載荷重復(fù)等因素會影響設(shè)計選擇，需充分分析通過路面車輛的預(yù)期體積和重量，以計算路面層的必要強度和厚度。

最后，環(huán)境條件也是路基路面設(shè)計中必須考慮的關(guān)鍵因素，如溫度變化、降水和凍融循環(huán)可能影響路面的性能。

綜上所述，公路路基路面設(shè)計需綜合土壤特性、交通荷載和環(huán)境條件，以提高道路基礎(chǔ)設(shè)施的使用壽命和功能，為更安全、可靠的運輸系統(tǒng)作出貢獻[1]。

3 特殊地質(zhì)條件下的高速公路路基路面設(shè)計策略

3.1 巖溶地區(qū)設(shè)計策略

3.1.1 地下水處理措施

在特殊地質(zhì)條件下的公路路基路面設(shè)計中，必須采取對應(yīng)方法來解決每個地區(qū)特有的挑戰(zhàn)。如圖1 所示為巖溶地區(qū)，地下水處理直接影響路基的穩(wěn)定性。通過使用先進的排水系統(tǒng)、滲透性增強技術(shù)以及使用土工合成材料來控制巖溶地層內(nèi)的水運動，最大限度地減少水對路基的影響，同時確保可持續(xù)和有彈性的基礎(chǔ)設(shè)施[2]。

圖1 巖溶地區(qū)

通過上述措施，可以降低潛在的地下侵蝕風(fēng)險，提高巖溶地區(qū)路面結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

3.1.2 地表排水系統(tǒng)設(shè)計

在容易出現(xiàn)天坑或地下侵蝕的地區(qū)，地表排水系統(tǒng)在將水從脆弱地區(qū)引出方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，有助于有效管理徑流，防止侵蝕并保持路基的穩(wěn)定性。工程師通過采用明渠、涵洞和戰(zhàn)略性設(shè)計的斜坡等技術(shù)來控制水流量，盡量減少其對路基的影響。

此外，考慮巖溶地區(qū)的獨特地形，地表排水系統(tǒng)設(shè)計需要具有一定針對性，以解決可溶性巖石溶解帶來的特定挑戰(zhàn)[3]。

3.1.3 路堤填料選擇

路堤填料的選擇對公路基礎(chǔ)設(shè)施的整體穩(wěn)定性和性能有重大影響。工程師需優(yōu)先考慮能夠承受場地獨特地質(zhì)特征的材料，包括潛在的地下空隙和天坑，利用不溶性和可壓實的材料，降低與溶解過程相關(guān)的風(fēng)險，從而提高特殊地質(zhì)條件地區(qū)的高速公路整體結(jié)構(gòu)完整性和延長使用壽命[4]。

3.2 高濕地區(qū)設(shè)計策略

3.2.1 路基加固措施

高濕度帶來的獨特挑戰(zhàn)包括土壤飽和及承重能力低，導(dǎo)致路基穩(wěn)定性降低。工程師需要通過各類技術(shù)加固路基，如使用土工合成材料，包括土工格柵或土工布，以提高路基的抗拉強度和整體穩(wěn)定性，有效分配荷載并降低土壤變形的風(fēng)險[5]。

此外，適當(dāng)?shù)耐寥缐簩嵎椒ê头€(wěn)定劑的加入也有助于加固高濕度地區(qū)的路基。通過優(yōu)先考慮路基加固措施，減輕水分對路基的潛在負(fù)面影響，確保公路路面在高濕度地區(qū)的長期耐久性和彈性，提高交通基礎(chǔ)設(shè)施整體性能和安全性[6]。

3.2.2 排水系統(tǒng)優(yōu)化

高濕度環(huán)境通常會面臨頻繁降水和土壤飽和度較高，因此有效的排水對于保持路基的穩(wěn)定性至關(guān)重要。工程師需細(xì)致規(guī)劃地表排水功能，增強排水系統(tǒng)，確保其管理徑流。例如明渠和涵洞，能夠促進道路中排水的速度。

此外，采用法式排水管或土工復(fù)合排水管，可以防止路面層下方積水，保證適當(dāng)坡度和暢通的水流路徑，有助于提高排水系統(tǒng)的整體效率。通過優(yōu)先考慮排水系統(tǒng)優(yōu)化，設(shè)計策略旨在最大限度地減少過多水分對路基的不利影響，保證結(jié)構(gòu)完整性，降低土壤侵蝕或軟化等問題的風(fēng)險，增強高速公路路面在高濕度地區(qū)的可靠性[7]。

3.2.3 路面材料選擇

濕度升高帶來的挑戰(zhàn)需仔細(xì)考慮能夠承受與水分相關(guān)的應(yīng)力的材料，以確保路面結(jié)構(gòu)的使用壽命和彈性。工程師應(yīng)優(yōu)先選擇具有適當(dāng)級配和添加劑（如聚合物或纖維）的瀝青混合料，以增強對潮濕引起問題（如車轍或疲勞開裂）的抵抗力[8]。

此外，地基材料的審查工作也至關(guān)重要，工程師需確保所選材料能夠在潮濕條件下提供穩(wěn)定性，同時降低水滯留的可能性。根據(jù)高濕度區(qū)域的獨特需求定制路面材料選擇，設(shè)計策略旨在將水分對路面結(jié)構(gòu)的影響降至最低，以提高高速公路的耐久性和性能，確保交通基礎(chǔ)設(shè)施能夠承受高濕度地區(qū)特定地質(zhì)和環(huán)境條件帶來的挑戰(zhàn)[9]。

3.3 寒冷地區(qū)設(shè)計策略

3.3.1 路基防凍措施

寒冷氣候給高速公路路基路面設(shè)計帶來凍脹等挑戰(zhàn)，凍脹導(dǎo)致土壤膨脹會使路面堵塞。通過利用絕緣材料，如發(fā)泡聚苯乙烯（EPS）或土工合成織物摻入路基中，能夠減少冰凍溫度的滲透。

此外，排水系統(tǒng)對于防止凍脹的水積聚具有關(guān)鍵作用，使用抗凍骨料和基底層材料也有助于提高路基承受冰凍條件的能力。通過優(yōu)先實施路基防凍措施，將寒冷氣候?qū)β坊牟焕绊懡档阶畹?，確保公路路面的長期耐久性和穩(wěn)定性，提高寒冷地區(qū)交通基礎(chǔ)設(shè)施的整體性能和安全性[10]。

3.3.2 防止冰雪積聚的設(shè)計要點

寒冷的氣候會帶來積雪和結(jié)冰的風(fēng)險，可能影響道路安全和路面完整性。工程師需優(yōu)化設(shè)計，確保高速公路的高效運行。實際設(shè)計過程中，需考慮道路的布局，優(yōu)化路線和橫截面，以促進自然的冰雪脫落[11]。此外，在路面上使用防冰劑和除冰材料有助于防止冰雪的形成和黏附，以提高高速公路在寒冷氣候下的整體安全性和可靠性[12]。

3.3.3 冰融化劑使用策略

工程師通過使用融冰劑，如氯化鈉（巖鹽）、氯化鈣和氯化鎂，以減輕道路上冰的形成和持久性。融冰劑的選擇涉及有效性、環(huán)境影響和成本效益的考慮。

此外，可以采用防冰應(yīng)用來主動防止結(jié)冰，確保路面在冬季條件下保持彈性，最大限度地減少對環(huán)境的影響[13]。

3.4 沿海地區(qū)設(shè)計策略

3.4.1 抗侵蝕措施

沿海環(huán)境中基礎(chǔ)設(shè)施面臨潮汐力和侵蝕等獨特挑戰(zhàn)，需采取針對性方法保護路基的穩(wěn)定性。抗侵蝕措施包括各種技術(shù)以及在路面和底基層中使用抗侵蝕材料。工程師可以通過部署土工布或土工格室來加固路基，防止水土流失。

此外，采用植被或生物工程解決方案，增強海岸的復(fù)原力并最大限度減少侵蝕力的影響，以抵御自然力量。

3.4.2 水平標(biāo)高設(shè)計

沿海環(huán)境容易受到風(fēng)暴潮和海平面上升的影響，需采取細(xì)致的方法來確保高速公路對水位變化的適應(yīng)能力。水平標(biāo)高設(shè)計需確定高速公路的最佳高度和路線，并分析歷史海平面數(shù)據(jù)、預(yù)計海平面上升和風(fēng)暴潮概率等因素，以減輕沿海洪水的影響，建立可靠的水平標(biāo)高計劃。

此外，可以采用高架路堤、海堤或其他海防結(jié)構(gòu)來保護高速公路免受潮汐力的影響，提高沿海公路抵御海平面上升的能力，有助于沿海地區(qū)交通基礎(chǔ)設(shè)施的長期可持續(xù)性和功能性，從而應(yīng)對不斷變化的沿海條件給高速公路路基路面設(shè)計帶來的挑戰(zhàn)[14]。

3.4.3 耐鹽堿設(shè)計

沿海環(huán)境中，高速公路基礎(chǔ)設(shè)施長期暴露在鹽堿條件下，損害路面結(jié)構(gòu)的耐久性和完整性。工程師需采用耐鹽堿設(shè)計來抵消鹽水和富堿土壤的腐蝕作用，包括使用耐腐蝕增強材料（如不銹鋼）以及在結(jié)構(gòu)元件上應(yīng)用保護涂層以提高彈性。此外，選擇具有抗鹽水侵入的路面材料也至關(guān)重要。通過優(yōu)先考慮耐鹽堿設(shè)計，可以有效延長沿海公路的使用壽命和提供其功能，確保高速公路在惡劣的沿海條件下保持性能[15]。

4 結(jié)語

在高速公路設(shè)計中，充分理解并應(yīng)對特殊地質(zhì)條件至關(guān)重要。應(yīng)對不同地區(qū)的挑戰(zhàn)需要靈活、創(chuàng)新的策略，以確保公路基礎(chǔ)設(shè)施的穩(wěn)定性和可靠性。通過綜合考慮地下水處理、路基加固、防凍措施等設(shè)計方案，使高速公路能夠在巖溶、高濕度、寒冷氣候和沿海地區(qū)順利通行。不僅能夠提高高速公路的安全性和使用性能，還為未來的交通可持續(xù)性奠定堅實基礎(chǔ)，為社會提供更加便捷、安全的交通服務(wù)。