彭 飛

（山西路恒交通勘察設(shè)計咨詢公司，山西 太原 030006）

改革開放以來，我國經(jīng)濟騰飛的同時，對于基礎(chǔ)民生設(shè)施建設(shè)也逐步加快。公路建設(shè)作為民生基礎(chǔ)設(shè)施的一個重要部分，也快速向前發(fā)展，具體體現(xiàn)在對于新型公路設(shè)計理念的提出，即倡導行車舒適、風景優(yōu)美的同時，還需要公路各個平面協(xié)調(diào)合理。這種公路設(shè)計的新標準不僅需要考慮設(shè)計方面公路穩(wěn)定性與耐久性問題，還需要綜合考慮自然條件因素?？梢?，公路的選線設(shè)計也在逐步追求高標準，需要與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略相協(xié)調(diào)。

公路選線設(shè)計是一項綜合性的作業(yè)，要達到所需要的理想設(shè)計要求，使得設(shè)計的公路安全可靠，使用年限長，選線需做到以下要求：①公路選線設(shè)計時，要認真勘察，對于沿線的地質(zhì)災害問題，應考慮相關(guān)措施予以避免。通常情況下，對于地質(zhì)災害可能發(fā)生的地段或不適合開挖的地段應繞過。選線必須通過這一地質(zhì)災害路線時，應及時處理改善地質(zhì)條件，方可進行公路施工。②公路選線設(shè)計的一項重要標準即尊重自然，走可持續(xù)發(fā)展道路。可見，選線設(shè)計必須與環(huán)境相協(xié)調(diào)。因此公路選線過程中，需遵循這一標準，盡可能減少對一些自然原始地形的破壞，減小對于生態(tài)環(huán)境的破壞。這樣才能更好地保障人民切身利益，實現(xiàn)人與自然的和諧發(fā)展。

1 不良地質(zhì)條件下的選線設(shè)計方法

選線設(shè)計是公路優(yōu)劣的一個重要環(huán)節(jié)，對于選線設(shè)計需要考慮的因素很多，因此需要妥善處理好各個因素之間的制約關(guān)系，制定出最合理的選線方案。合理的選線方法，需要達到以下標準：①選線設(shè)計不僅需要保證行車的安全與快捷，還要考慮公路造價的合理性。對于一些不良地質(zhì)條件下的選線，尤其要注意與自然條件的相互協(xié)調(diào)。從經(jīng)濟、環(huán)境保護和安全方面制定最合理的選線方案。②選線的時候要盡可能節(jié)約資源，如公路選線遭遇一些農(nóng)田等基礎(chǔ)設(shè)施時，應予以綜合考慮，如實在無法避免，需協(xié)調(diào)多方面的關(guān)系，方可進行相關(guān)選線設(shè)計并著手施工。

2 不良地質(zhì)條件下的選線設(shè)計

2.1 不良地質(zhì)條件下的公路選線的勘察步驟

如今，公路建設(shè)的步伐不斷加快，對于公路選線也越加重視，但是對于一些不良地質(zhì)條件下的選線設(shè)計，要進行綜合考慮。目前，我國由于之前的公路設(shè)施建設(shè)時沒有考慮不良地質(zhì)條件，導致公路災害事故發(fā)生頻繁，不僅加重了防護工作的經(jīng)濟負擔，還進一步加大了對自然條件的破壞，顯然背離了可持續(xù)發(fā)展道路。

所謂不良地質(zhì)主要是指由于自然條件的影響，導致地質(zhì)分布不均勻，受力作用時容易產(chǎn)生不均勻沉降等問題，嚴重影響行車運行的穩(wěn)定性。因此在公路選線設(shè)計時，應選擇最小程度地擾動不良地質(zhì)的選線，這樣可以減少對于不良地質(zhì)的處理和改善費用。

對于不良地質(zhì)條件下的選線步驟如下：①對選線區(qū)域的地質(zhì)條件資料，進行系統(tǒng)的分析與研究。②通過衛(wèi)星定位系統(tǒng)和航攝照片，對于公路選線方案路線初步在影片中進行選定。然后對所選路線進行現(xiàn)場勘測，對一些存在明顯地質(zhì)災害的路段進行篩除，盡可能避免一些治理困難的路段，粗略地選定一條有價值的公路路線選擇方案。③對所選方案通過一些探測儀器進行探測，確定一些災害路段的處理方案，優(yōu)化所選擇的方案，做最優(yōu)化選擇。

2.2 各種地質(zhì)條件下公路選線的基本原則

2.2.1 不同地形、地貌條件的公路選線標準

2.2.1.1 河谷路線

河谷路線設(shè)計時，當河谷的巖層為縱向發(fā)育，應注意路線布置在地勢較平坦處或者是有階地的一岸；當河谷的巖層為橫向發(fā)育，公路路線應布設(shè)在橫向斷裂較少的一岸。

2.2.1.2 越嶺路線布置

越嶺布置公路路線時，應注意所布置路線應垂直于該山嶺的構(gòu)造軸線，這樣可以最小面積的公路路線經(jīng)過破碎帶，最小面積地處理災害路段。

2.2.2 不良地質(zhì)路段的公路路線設(shè)計

2.2.2.1 山體崩坍區(qū)

對于崩坍區(qū)段的路線通過時，應盡量進行避免。綜合考慮之下，不宜避免時，應設(shè)置建筑物對山體進行遮擋，防止山體上部落石等造成路段堵塞。

2.2.2.2 滑坡區(qū)

當選線設(shè)計通過滑坡路段時，應重點注意化滑坡區(qū)的破題穩(wěn)定性，盡量保證滑坡區(qū)域不受開挖選線的影響。實在無法避免對滑坡區(qū)域的開挖時，應對所開挖滑坡進行相應處理，防止斜坡失穩(wěn)導致路段坍塌。

2.2.2.3 泥石流區(qū)

有些路段選線通過泥石流區(qū)域時，應注意首先考慮流通以及河床的穩(wěn)定，保證淤泥變化時不至于形成泥石流災害。對于淤泥的積累區(qū)域，應及時進行疏通?？傊?，要優(yōu)先考慮對可能發(fā)生泥石流區(qū)域進行相應整治，以保護公路選線路段。

2.2.2.4 風沙區(qū)

路線通過沙漠區(qū)域時，應盡量避開嚴重的流沙區(qū)域地段。所選擇的路段應盡可能少的通過流沙路段，若非必要可優(yōu)先考慮繞過流沙路段。通過流沙路段時，應注意考慮此段流沙路段的風向問題，盡量保證路線走向與主導的風向大致保持平行，這樣可以有效地減小流沙路段對于公路運營的影響。

2.2.3 特殊巖層的選線設(shè)計

2.2.3.1 軟土區(qū)域

軟土區(qū)域指軟基基層，其土質(zhì)的含水量比較高，因而土層的壓縮性高、承載能力比較低、抗剪性能差。軟土地基的主要成分是成軟塑性到流塑性狀態(tài)的飽和黏土。軟土地基的變形大、沉降量大、強度低，因此導致了軟土地基上進行路橋施工時，優(yōu)先就要考慮的問題是控制軟土地基的沉降變形與路橋穩(wěn)定性。另外，軟土地基的含水量較大時，很難通過堆載壓縮達到壓實要求。

2.2.3.2 凍土區(qū)域

凍土區(qū)域是指一些海拔比較高的路段。由于海拔較高，晝夜溫差較大，導致土壤的熱脹冷縮明顯，所以凍土區(qū)域會出現(xiàn)軟弱基層。與軟土區(qū)域不同的是，這種區(qū)域的處理方法與軟土區(qū)域完全不同，需要使用一些保溫材料來對凍土進行置換，以保證土層不會受荷載作用或溫度作用而變形。

3 不良地質(zhì)條件下的穩(wěn)定狀態(tài)判定

公路選線工程對于一些不良地質(zhì)不宜繞過時，需按最小穿過的原則進行選線，并應對所選路線進行相關(guān)處理，以保證災害路段達到穩(wěn)定性要求。通常對于災害路段的穩(wěn)定性判斷時是通過工程所廣泛使用的穩(wěn)定安全系數(shù)來進行判定。工程穩(wěn)定系數(shù)的數(shù)學定義為：

式中：R——巖層或土層的廣義抗滑力。廣義抗滑力是指一切阻礙巖層或土層滑動的力，實際情況下可以為抗滑力或抗剪力或抗滑力矩等。

S——巖層或土層的廣義滑動力。相同的，廣義滑動力是指一切迫使巖層或土層滑動的力。

工程實踐過程中，使用上述公式來定義災害地區(qū)路段的穩(wěn)定性。當穩(wěn)定系數(shù)大于1時，說明巖層或土層處于穩(wěn)定狀況；等于1時，處于臨界狀態(tài)；小于1時，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

3.1 滑坡破壞的穩(wěn)定性定量評價

如上圖1所示。當滑坡處于自然狀態(tài)時，從圖1（a）可以看出：

圖1 滑坡穩(wěn)定性計算模型圖

當滑坡上A點處于極限平衡狀態(tài)時，即有tanβ=tan準，β=準.

由此可知，當坡腳小于巖層的內(nèi)摩擦角時，巖層處于穩(wěn)定狀態(tài)。

當邊坡為直立破體時，即邊坡的組成為黏性土層時，此時可以忽略內(nèi)摩擦角的影響，從圖1（b）可以看出：

式中：γ——土層的重度；

h——坡體高度；

β——巖層內(nèi)摩擦角；

W——坡體自重；

T——坡體側(cè)向力。

由上式可得：

式中：l——破裂面的長度；

c——坡體面荷載；

FS——穩(wěn)定系數(shù)。

當穩(wěn)定系數(shù)大于1時，可以判定該坡體穩(wěn)定；當穩(wěn)定系數(shù)等于1時，坡體處于極限狀態(tài)；當穩(wěn)定系數(shù)小于1時，坡體處于危險狀態(tài)。

3.2 崩坍破壞巖層的穩(wěn)定性評價

在分析地質(zhì)災害時，發(fā)現(xiàn)有可能產(chǎn)生崩坍破壞，應使用巖層崩坍破壞理論來計算其穩(wěn)定性。計算時，首先假設(shè)當?shù)氐牡卣鹆?、風力、地下水的沖刷作用等都為零。還需要對崩坍過程作出相應的假設(shè)，具體假設(shè)如下：①崩坍破壞發(fā)生以前，認為整個巖層處于統(tǒng)一狀態(tài)，即認定巖層為整體，其受力情況相同。②巖體崩坍過程中，其巖體碎片空間運動過程復雜，在計算時，認為所有的巖層崩坍時運動情況一致，且都認為是發(fā)生平面運動。③崩坍過程中，脫落的巖體與穩(wěn)定的巖層之間不存在相互作用力，即認為崩坍發(fā)生時，各部分的摩擦力均為零。

均質(zhì)土體邊坡或巖層邊坡發(fā)生崩坍破壞時，從其巖體形成機理進行相關(guān)受力情況分析，認為崩塌體的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K的計算方法如下所示：

式中：f——表示靜水壓力，單位為kN；

h——水位高，當有較大降雨時，認為水位高度與巖土體高度相同，單位為m；

a——巖體重度，單位為kN/m3；

F——水平地震力作用，單位kN；

a——轉(zhuǎn)點A至中路延長線的垂直距離，這里等于崩坍體寬度的1/2，單位為m。

巖體崩坍的計算簡圖模型如圖2所示。

圖2 巖體崩坍計算模型圖

4 結(jié)束語

隨著民生建設(shè)的不斷加速，公路設(shè)施等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也在不斷的開發(fā)與發(fā)展。然而，一些優(yōu)質(zhì)地質(zhì)條件下的公路選線基本趨于飽和，所以對于不良地質(zhì)條件下公路建設(shè)成為了一個難題。基于不良地質(zhì)條件下的公路選線時，所需要堅持的首要原則在于盡可能繞過不良地質(zhì)路段，實在無法避免時，應保證盡可能少的將公路路段位于不良地質(zhì)上，這樣可以最小化公路路段的處理。在不良地質(zhì)條件下進行公路路段的處理時，應首先保證路段周圍坡體或巖體的穩(wěn)定性，再進行路段的施工。堅持公路選線“快速、安全、舒適”的設(shè)計理念，結(jié)合道路設(shè)計原則，綜合不良地質(zhì)公路路段的處理，建設(shè)出舒展平緩、平縱協(xié)調(diào)、行車舒適的高標準公路。

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