徐艷海,韓 健,劉 軒

(1.黑龍江省路友工程招標(biāo)代理有限公司;2.黑龍江公路勘察設(shè)計(jì)院;3.東北林業(yè)大學(xué))

0 前 言

黑龍江省是一個(gè)暴雨成災(zāi)的地區(qū),每年的公路、鐵路水毀事件令各級(jí)管理、養(yǎng)護(hù)部門疲于應(yīng)付,嚴(yán)重地影響了當(dāng)?shù)厝嗣裾５纳a(chǎn)和生活,給當(dāng)?shù)氐膰?guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)造成了巨大的損失。在山區(qū)公路建設(shè)過程中,如何確保山區(qū)公路路基的穩(wěn)定性,防止路基失穩(wěn),加強(qiáng)排水,并充分利用荒山荒地棄土,節(jié)約寶貴的農(nóng)業(yè)資源是每一位道路設(shè)計(jì)人員要面對(duì)的首要問題。

鶴大高速七臺(tái)河至雞西輔道為鶴大國(guó)家高速公路輔道的一部分,途經(jīng)七臺(tái)河市勃利縣、雞西市雞東縣、雞西市滴道區(qū)、雞西市城子河區(qū)。全長(zhǎng)約 75.5 km,設(shè)計(jì)計(jì)算行車速度為 40 km/h,路基寬 8.5m,路面行車道寬 7m。

鶴大高速七臺(tái)河至雞西輔道所經(jīng)路線所處區(qū)域公路自然區(qū)劃為Ⅱ1區(qū),即東北東部山地潤(rùn)濕凍區(qū),路線位于太平嶺山脈北麓,沿線地形以重丘低山為主,山地面積占 36%,丘陵占 23%,低丘崗地占 41%。地形復(fù)雜,山嶺陡峭。本項(xiàng)目所處區(qū)域?qū)俅箨懶员睖貛Ъ撅L(fēng)氣候,年平均氣溫為3.9℃,極端最高氣溫為 37.4℃,極端最低氣溫為 -41℃;全年日照時(shí)數(shù)為 2 621h,年平均降雨量為 509.6mm,降雨期集中在 6～8月份,占年總降水量的 69%,年蒸發(fā)量平均1 269mm;最大積雪厚度為 40 cm,最大凍深為 1.95m,地面穩(wěn)定凍結(jié)日期為 11月中旬,穩(wěn)定解凍日期為翌年 4月中旬;冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng),最大風(fēng)速為 22m/s。較高的設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的采用,使得道路路線往往沒有太多的選擇余地。當(dāng)?shù)缆方?jīng)過陡峭的山坡坡體,大填大挖和大量的取、棄土都是不可避免的。

從而使得工程技術(shù)人員在進(jìn)行路基穩(wěn)定性、排水、防護(hù)和環(huán)保設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行綜合分析考慮,跳出傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路,敢于充分利用不良地形條件,化不利為有利。同時(shí)又確?；蜻M(jìn)一步提高路基的穩(wěn)定性,減少道路運(yùn)營(yíng)期間的隱患,得到一個(gè)完美的、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的設(shè)計(jì)方案。

1 實(shí) 例

1.1 路段概況

鶴大高速七臺(tái)河至雞西輔道雞西市內(nèi) K 41+150～K 41+550段的 400m范圍內(nèi),路線縱斷面經(jīng)過了填、挖九次變換,可見該段地形變化之頻繁。在完成道路平縱橫綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)后,區(qū)段內(nèi)土石方不能填挖平衡,為綜合棄土區(qū)。經(jīng)調(diào)查,道路坡腳左側(cè)為林地和旱田,單獨(dú)從棄土的角度考慮,向路基左側(cè)棄土確實(shí)簡(jiǎn)便易行。但路基左側(cè)征用為棄土場(chǎng)將嚴(yán)重破壞生態(tài)平衡和影響當(dāng)?shù)厝嗣竦恼Ｉa(chǎn)生活。而且農(nóng)田(尤其是高產(chǎn)良田)的大幅度減少,已經(jīng)成為全省乃至全國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的首要問題。征用農(nóng)田棄土對(duì)于當(dāng)前全國(guó)農(nóng)田面積大幅減少更是雪上加霜。本著一切從實(shí)際出發(fā)的原則,應(yīng)該盡量利用荒山荒地作為零散棄土場(chǎng),降低集中棄土的程度。

1.2 設(shè)計(jì)方案

(1)設(shè)置涵洞方案

按照通常的設(shè)計(jì)思路,只需在每段溝谷處設(shè)置一道涵洞加強(qiáng)排水即可。在此處就意味著需要連續(xù)設(shè)置 4道長(zhǎng)約20m的1×3m的蓋板涵或圓管涵來排除匯水面積僅為0.16 km2的積水。這將會(huì)增加 20余萬元的工程造價(jià),目的僅僅是為了路基的穩(wěn)定,沒有任何便民或其他方面的必要性。

(2)不設(shè)置涵洞方案

考慮工程的經(jīng)濟(jì)性,不設(shè)置涵洞對(duì)于工程造價(jià)將是一個(gè)很大的節(jié)省。但單獨(dú)設(shè)置路基邊排水溝是不可能完全及時(shí)排除路線右側(cè)溝谷中的積水的。路基右側(cè)的積水若不能迅速排除,將滲透到路基基底,并將對(duì)路基的穩(wěn)定性產(chǎn)生非常不利的影響。

(3)采用的綜合處理方案

依照道路排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮,可將該地形路基橫斷面設(shè)計(jì)成路右側(cè)完全填起,并設(shè)計(jì)成表面保持 5%左右的坡度傾向于道路一側(cè),使得道路右側(cè)的匯水能及時(shí)排向路基邊緣的排水溝。同時(shí)填方路段的排水溝可以和挖方路段邊溝順暢連接。從而確保路線右側(cè)排水的順暢,使得路基的穩(wěn)定性不再受到不利季節(jié)積水的影響。同時(shí),可以大大減少設(shè)置涵洞的數(shù)量,節(jié)約工程造價(jià)。

依照道路路面穩(wěn)定性對(duì)排水的要求,將填方段的排水溝平均向外移動(dòng) 3～5m,盡可能減少排水溝可能的滲水或?yàn)R水對(duì)公路路面干濕狀況的影響。設(shè)計(jì)時(shí)將整個(gè)填方路段排水溝的四周包覆土工布。

為盡可能減少棄土堆表層滲水對(duì)路基基底的影響,采用以下幾項(xiàng)防護(hù)處理措施:①設(shè)計(jì)時(shí)在整個(gè)棄土堆的上層鋪設(shè)一層土工布,然后上覆 20 cm粘土,種植綠化草皮和樹木,減少水土流失;②在棄土堆與山體相接處的邊緣,開挖山坡坡體,將土工布埋置在山坡坡體內(nèi)以減少接合部的滲水現(xiàn)象。同時(shí)在開挖坡體上方 5m處設(shè)置截水溝。③整個(gè)棄土堆的填筑和壓實(shí)按照路基土石方的填筑和壓實(shí)要求進(jìn)行處理。

1.3 棄土堆的穩(wěn)定

按照路基的穩(wěn)定性要求,在路基右側(cè)設(shè)置棄土堆后將會(huì)對(duì)該段整個(gè)路基的穩(wěn)定性產(chǎn)生極大的影響,而且成為該設(shè)計(jì)思路能否順利貫徹實(shí)施的制約性因素。

1.4 穩(wěn)定性驗(yàn)算

在地面橫坡陡于 1∶2.5時(shí),路堤可能沿地面下滑,造成路堤變形過量而破壞,這是一類穩(wěn)定問題。因此對(duì)陡坡路堤應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。以鶴大高速七臺(tái)河至雞西輔道 K51+500斷面為例,進(jìn)行綜合處理后的路基穩(wěn)定性驗(yàn)算。

依據(jù)鉆探資料,填料容量 γ=1.87 t/m3,φ=27°30′28″(f=tanφ=0.381)。取路基下滑的穩(wěn)定系數(shù)為 K=1.25,且輔道的設(shè)計(jì)車輛荷載為公路Ⅱ級(jí),車輛荷載的縱向分布長(zhǎng)度為 13m,橫向分布寬度為 5.5m,換算土柱高度為 h0=nG/γBl=2×55/(1.87×5.5×13)=0.82m。

具體驗(yàn)算過程詳見表 1。

表 1 陡坡路堤穩(wěn)定性驗(yàn)算

剩余下滑力 E=-175.4 t,路堤穩(wěn)定,不須加以處理。

在鶴大高速七臺(tái)河至雞西輔道K 51+500樁號(hào)處路基橫斷面與棄土場(chǎng)聯(lián)合設(shè)計(jì)后,能順利通過路基穩(wěn)定性驗(yàn)算,表明該設(shè)計(jì)完全可以順利、安全地實(shí)施。在該區(qū)域內(nèi)實(shí)施該方案后可棄土約 3萬m3,節(jié)約棄土面積約 5畝(1畝=666.6m2)。

2 推廣運(yùn)用的體會(huì)

2.1 增強(qiáng)穩(wěn)定

在采用上述思路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),如果陡坡路堤驗(yàn)算后不能滿足路基穩(wěn)定性的要求,考慮到下滑的主要原因,除地面橫坡過陡或基底接觸面情況不良、摩擦阻力過小之外,與地表水和地下水密切相關(guān)。因此,可以有針對(duì)性地采取增強(qiáng)其穩(wěn)定系數(shù)的措施。

(1)改善基底狀況

增加基底滑動(dòng)面抵抗路堤下滑力的摩擦阻力,如清除表層松軟的覆蓋土或基底夯實(shí),使路堤置于堅(jiān)實(shí)的土層上;開挖臺(tái)階改善基底受力情況;放緩邊坡,以減少路堤下滑力等,并在路堤上方一側(cè)開挖截、排水溝以阻止地表水浸濕基底從而降低接觸面的阻力;若受地下水的影響,則應(yīng)設(shè)滲溝,以疏干基底土層,提高抵抗下滑的能力。

(2)改變填料及斷面形式

如采用粗顆粒填料填筑或放緩邊坡坡度增大抗滑面積及摩擦阻力。

(3)設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)物

在邊坡直腳處設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)物,如石砌護(hù)腳、石砌擋墻等。

采用上述措施綜合處理直至通過驗(yàn)算。

2.2 高填方的穩(wěn)定

對(duì)于山嶺重丘陡坡路段,在推廣運(yùn)用時(shí)應(yīng)特別注意填方總高度土、石質(zhì)超過 20m或砂、礫質(zhì)超過 12m的高路堤穩(wěn)定性問題。除應(yīng)進(jìn)行高路堤穩(wěn)定性驗(yàn)算外,更加需要注意路基基底狀況,了解地基淺層有無軟弱夾層和地質(zhì)不良地段;地下水及地表水對(duì)穩(wěn)定性有無影響等。防止由于高路堤失穩(wěn)而引起連鎖破壞。

2.3 施工效果

目前,鶴大高速七臺(tái)河至雞西輔道正處于施工階段,依照該設(shè)計(jì)方案實(shí)施后,業(yè)主單位取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益,在棄土方面節(jié)約了大量的人力、物力和財(cái)力。同時(shí)取得了良好的社會(huì)效益,節(jié)約了寶貴的農(nóng)業(yè)資源,并且有利于道路的排水通暢和沿線的環(huán)境保護(hù)。

3 結(jié) 語

公路的建設(shè)與環(huán)境保護(hù)在設(shè)計(jì)過程中必須得到高度的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。盡最大可能地利用荒山荒地,減少農(nóng)田的占有量是每一位道路工程師的應(yīng)盡職責(zé)。

在保證工程質(zhì)量的前提下,盡一切可能降低工程造價(jià)。敢于創(chuàng)新,在設(shè)計(jì)中使用新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料和新方法,從而提高道路工程設(shè)計(jì)的科技含量。綜合前人已經(jīng)取得的各種經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),努力探索,不斷完善和提高運(yùn)用科技知識(shí)解決問題、難題的能力。

[1] 交通部標(biāo)準(zhǔn).公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(JTJ 001-97)[M].北京:人民交通出版社,1997.

[2] 交通部標(biāo)準(zhǔn).公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ 013-95)[M].北京:人民交通出版社,1995.

[3] 高速公路叢書編委會(huì).高速公路路基設(shè)計(jì)與施工[M].北京:人民交通出版社,1998.

[4] 陸鼎中,陳家駒.路基路面工程[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1998.

[5] 朱新時(shí),蔣周平.公路排水設(shè)施[M].北京:人民交通出版社,2000.