山區公路路基塌方修復方案設計研究

0 引言

山區公路作為連接偏遠地區與城市中心的核心，具有重要作用，但此類地區地形復雜，使得山區公路的建設和維護面臨諸多挑戰。特別是在自然災害頻發的背景下，山區公路的路基塌方問題愈發凸顯，成為影響公路安全暢通的重要因素。

對于山區公路的研究國內已有不少。魏立英[指出水毀是導致公路路基損壞的重要原因之一，特別是在多雨季節和地質條件復雜的地區，水毀問題尤為突出。寧哲思[2指出路基病害的形成與多種因素有關，并通過詳細剖析病害體的類型和特征，提出了針對性的修復措施。祝文林[3介紹了泡沫混凝土的性能特點和優勢，并探討了其在路基邊坡沖刷病害修復中的應用方法和效果。

為解決山區公路施工難度大、修復周期長、成本高等問題，本文將以新疆地區某山區公路項目為例，結合現有成果，對其塌方修復方案展開設計。

1工程概況

1.1工程基本情況

本文以新疆某山區高速公路項目中的一處斷道為研究對象[4]，對其基本情況進行分析。該項目位于新疆某山區高速公路的重要路段，是連接周邊多個縣市及促進區域經濟發展的關鍵交通要道。由于該路段地形復雜，氣候多變，加之長期承受重載交通的壓力，導致部分路段出現路基邊坡損壞、路面斷裂等嚴重問題，嚴重影響了高速公路的暢通與安全。該山區公路基本情況如表1所示。

1.2路基塌方情況

該區域地質條件復雜，基巖埋藏較深，漿砌片石擋墻的基礎難以穩固地置于基巖之上。隨著時間的推移，河流的持續沖刷不斷侵蝕凹岸，導致擋土墻基礎逐漸失去支撐，進而引發多次塌方事件。從初次塌方至今，盡管相關部門多次組織搶修，但塌方問題始終未能得到徹底解決。2008年夏季，新疆地區遭遇了一場罕見的暴雨襲擊，降雨量遠超往常。暴雨引發了山洪暴發，導致包括G217國道在內的多條重要公路多處中斷[5]。其中，該隱患點所在的G217國道某段也未能幸免，原漿砌片石重力式擋墻因河水暴漲而倒塌，使得原本寬敞的雙向兩車道路面變得狹窄，僅能容納單車通行。路基塌方示意圖如圖1所示。

表1新疆某山區公路基本情況

圖1路基塌方示意

1.3 地質情況

1.3.1地貌條件

對試點公路項目所在地的地貌條件進行分析，地貌條件如表2所示。

表2地貌條件

1.3.2底層巖性分析

掌握地區地貌條件后，分析路基底層巖性特征，路 基底層巖性特征如表3所示。

表3路基底層巖性特征

2路基塌方修復方案設計

2.1路基邊坡與防護設計

2.1.1坡形、坡率與坡高確定

在新疆地區，考慮到黃土的力學特性和地質條件，公路邊坡的設計往往采用以下參數：對于邊坡高度，在3m、4m及6m的區間內，通常選取3m作為基本建設高度；平臺高度則多設定為0.5m、1m及 2m ，以適應不同的地形需求[6]。在坡度設計上，新疆地區常采用1：0.6、1：0.8、1：1及1：1.5等比例進行建設，以確保邊坡的穩定性和安全性。路基邊坡坡形、坡率及坡高設置如圖2所示。

針對不同路段的具體條件，需靈活調整設計參數。通過綜合分析，得出在新疆地區較為合理的邊坡設計參數范圍為坡度 1：1.4～1：0.7 之間。值得注意的是，隨著邊坡高度的增加，為確保邊坡的整體穩定性，相應的坡度應適當減小。

邊坡的坡度與其垂直高度和水平距離之間的關系可以表示為：

i=H/D

式中：i代表邊坡坡度， H 代表垂直高度， D 代表水平距離。

邊坡形成是一個動態過程，穩定狀態僅為特定時期的相對狀態，絕對穩定或不穩定在現實中不存在，受地貌、沉積環境、氣候及水文等多種自然因素影響。因此，邊坡穩定性是公路損害研究的關鍵。坡率分單坡與混合坡率，公路建設中若采用平臺方案，混合坡率更為適合，有利于提升設計的穩定與經濟性。新疆地區黃土坡率一般介于1：1.1～1：0.5，此范圍內邊坡基本穩定[7]。

2.1.2路基斷面形式設計

對于新疆地區，低于50m的路段普遍采用邊坡設計，該方案經濟且實用。設計公路邊坡方案時，需考慮邊坡的具體形式。若路段高度低于 12m ，宜采用直線型邊坡，即整體呈現單一坡面，直線形邊坡斷面形式如圖3a所示。一旦高度超過 12m ，則更適宜采用梯形邊坡設計，階梯狀坡面的示例如圖3b所示。

圖3路基合理斷面形式

對于單一坡度的邊坡，若其高度在10m以下，坡率可設定在1：1～1：0.5的范圍內。同時臺階寬度需根據坡面具體情況來設計，通常介于2m至4m之間。若邊坡高度超過 3m ，建議選擇4m寬的臺階進行設計，以增強穩定性。

2.1.3路基支擋設計

重力式擋土墻憑借其自重和特定的橫截面設計，通過埋設基礎于土中來確保墻體的穩固。這類擋土墻包括普通重力式和衡重式2種。普通重力式擋土墻以其材料選擇簡單、施工便捷的特點，在公路工程中廣泛應用。而衡重式擋土墻則通過獨特的衡重臺填土和重心后移設計，有效降低了墻體高度，增強了受力性能，但其施工質量和地基承重能力要求較高。

加筋土擋墻則是利用面板與加筋體之間的摩擦力，形成整體受力結構，以抵消底部土壤壓力。這種擋土墻的面板厚度適中，筋帶材料多樣，如聚丙烯土工帶、鋼筋混凝土帶及扁鋼帶等，適用于不同等級的公路，尤其是適用于高速公路。筋帶的選擇與間距設置需根據具體情況而定，同時為確保排水順暢，還需合理設計排水機構與設施。

2.2路基地基處治措施

2.2.1 換填法

2.2.1.1 技術方案

換填法即將路基范圍內的軟土移除，并用穩定的土石材料回填壓實。該方法通過開挖換填天然礫石，去除影響路基穩定的淤泥軟土，回填材料深度一般不超過2m，并遵循分層填筑、壓實、檢驗的原則，以提升地基承載性能、增強工程穩定性。換填法處治方案示意圖如圖4所示。

2.2.1.2 施工要點

換填時，需綜合考慮原填礫石的粒徑、含量及級配，確保壓實度，防止沉陷。此方法操作簡便，設備要求低，適用范圍廣。針對黃土地基，砂礫墊層和灰土墊層是兩種主要的加固方式。在高等級道路建設中，墊層不僅傳遞承載力，還可處理水分，減輕對黃土地基的影響。為保證良好水穩定性和凝膠強度，灰土墊層中灰與土的比例通常設為2：8，壓實系數需控制在 94%～97% 。

2.2.1.3關鍵參數分析

灰土墊層適用于濕陷性地區及受氣象條件影響大的區域。砂礫墊層則多用于地下水位高的軟弱土層，其高承載力和大變形模量優勢顯著，同時有助于濕陷黃土排水。在工程實踐中，換填層厚度的確定需依據土層深度、地基承載力等因素，通過精確計算得出。

壓實系數與實際測量干密度和最大干密度相關，具體表達式如下：

K=r/r_max

式中： K 代表壓實系數， r 代表實測干密度， r_max 代表最大干密度。

2.2.2土工格柵加筋

土工格柵一種高強度、低延展性的網狀材料，通過聚丙烯板材打孔并雙向或單向拉伸加熱成型，形成有序結構，以增強其強度。

2.2.2.1關鍵參數分析

設計時，加強筋的密度、強度及位置是關鍵參數。多層加筋結構優于單層，但密度對力學性能影響不顯著，分層加筋不足以解決沉降問題。

為了簡化分析，常假設擋墻為剛體，并忽略其內部變形。在這種情況下，擋墻的穩定性主要取決于其受到的摩擦力和側移量之間的關系。摩擦力可以表示為：

f=mN

式中： f 代表摩擦力， m 代表摩擦系數， N 代表擋土墻與土體之間的正壓力。

利用式（4）來估算側移量 Δs 與摩擦力 f 和側向作用力 F 之間的關系：

式中： V_s 代表側移量； F 代表側向作用力； k 代表擋墻的剛度系數，它反映了擋墻對側向作用力的抵抗能力。

2.2.2.2應用效果

土工格柵布置于底端效果最佳，頂置則無法解決填料效應引起的路基變形，需通過增強結合部強度來提升效果。土工格柵抗拉強度增加，能有效減小土體水平變形，抑制沉降，有效提高軟土地基適應性及加固效果。加筋土擋墻穩定性與側移量緊密相關，摩擦力和側向作用力可減小側向變形。在加筋兩頭固定方式下，土體變形或位移會影響加筋強度。

3結束語

本文基于公路路基修復工程，將設計方法應用于實踐，并根據階段性工作，對修復方案的應用效果進行系統分析，主要得出以下結論：

通過采用抗滑樁和錨桿擋土墻等支擋結構，進一步增強了路基的抗滑能力。經統計，該修復方案實施后，路基邊坡的滑坡風險降低了 30% ，有效保障了公路的安全通行，極大減少了因滑坡導致的交通中斷隱患。

針對新疆地區公路路基的實際情況，采取了換填法和土工格柵加筋處治措施。換填法主要用于處理地基較軟或存在空洞的區域，通過挖除不良土壤并回填優質土壤，顯著提高了地基的承載力。在試點項目中，使用換填法處理了約 500m³ 的地基土壤，使地基承載力提高了20% ，為上部路基結構提供了堅實穩定的基礎。

參考文獻

[1]魏立英.公路水毀路基的穩定性及修復技術[J].時代汽車，2024（21）：169-171.

[2]寧哲思.道路路基病害體成因及修復探討[J].上海公路，2024（2 ）：30-34+254

[3]祝文林.泡沫混凝土用于路基邊坡沖刷病害修復的方案設計探討[J].交通世界，2024（18）：71-73.

[4]徐白璐.包西鐵路受損風沙路基防護林帶修復設計研究[J].運輸經理世界，2024（11）：166-168.

[5]鄧逆濤，陳鋒，劉杰，等.持續性強降雨后高速鐵路路基狀態檢測評估與工程修復對策[J].鐵道建筑，2023，63（4）：88-93.

[6]馮秀花，周志勇，姚忠林，等.高寒草原沙質路基邊坡草原修復技術推廣與應用[J].農業開發與裝備，2022（11）：118-119.

[7]李淑敏.基于樹根樁加固的震后公路路基邊坡綜合修復技術[J].江西建材，2022（10）：275-276+283.