■熊志強 ■綿陽市川交公路規(guī)劃勘察設(shè)計有限公司，四川 綿陽 621000

公路是加快地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，得到國家和地方政府的高度重視，建設(shè)高質(zhì)量、高安全的公路交通網(wǎng)是造福人民群眾的大事，與此同時，道路安全同樣受到諸多因素的威脅，尤其在我國西部高海拔地區(qū)，由于受到特殊的地質(zhì)、氣候影響，這些高海拔地區(qū)公路的設(shè)計和建設(shè)質(zhì)量受到社會越來越廣泛的重視。

1 工程概況與路基病害現(xiàn)狀

1.1 工程概況

本文中的西藏G318(川藏)公路改擴建工程為左貢段路，位于西藏自治區(qū)昌都地區(qū)左貢縣境內(nèi)，東起東達山西(K3575 +700)，西至田妥村(K3651 +330)，路線呈東南至西北走向，工程全長約74.059 公里。

項目區(qū)地處青藏高原橫斷山脈腹地，三江流域南部深切河谷高山區(qū)，是我國地質(zhì)自然災(zāi)害發(fā)育最嚴(yán)重的地區(qū)之一，公路海拔在3744m～4109m 之間，地形起伏大，谷嶺最大高差達1500～2500 米，地勢陡峻，巖石破碎，多發(fā)生輕微變質(zhì)，氣質(zhì)條件復(fù)雜;此外，項目區(qū)域氣候數(shù)半干旱氣候，極限溫差大，多年平均降水量介于430～470mm 之間，區(qū)域內(nèi)降雨集中，季節(jié)性降水明顯，以暴雨為主，其中6～9月的降水量占全年降水總量的85%，，且該路段途徑多段河流和河谷(玉曲河)，河流兩岸局部分布河流階地，洪水期伴有強烈的側(cè)蝕作用，造成部分原有公路段下邊坡水毀嚴(yán)重。

1.2 病害現(xiàn)狀及問題分析

既有G318 線建成于上世紀(jì)50年代，受限于當(dāng)時的設(shè)計水平和施工工藝，公路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為三級，局部四級，路堤較低，路基穩(wěn)定性差，路基防護主要以石籠丁壩、被動防護網(wǎng)為主，長期以來，受到使用壽命和自然環(huán)境腐蝕等因素影響，滑坡、崩塌、泥石流、水患、冰凍害災(zāi)害頻發(fā)，危害程度高，造成川藏公路經(jīng)常性斷通、行車安全事故高發(fā)，公路養(yǎng)護處于極為被動的處境。

由于工程路段地下水豐富，土層含水量大，冰凍期地下水在冰凍作用下向上遷移聚集，特別是遇到降水量大的年份，更容易使路基產(chǎn)生水分積累，造成嚴(yán)重的冬季凍脹、春季翻漿現(xiàn)象，對道路安全構(gòu)成重大威脅。

2 路面材料的選擇

在高原高寒環(huán)境下，路面材料對公路病害的影響較大，一方面，路面材料在高海拔區(qū)域內(nèi)，其受到低溫影響很容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，另一方面，路面材料會直接對地基含水量構(gòu)成影響，如果路表開裂已經(jīng)形成，則情況將發(fā)生惡化。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在通車后的首個冬季，季節(jié)性凍土地區(qū)公路的平整度就會出現(xiàn)衰減，并且隨著時間的增長，縱向裂痕、橫向裂痕及其變形的病害就會加重，因此這些路面必須滿足不利時期路基路面不因凍脹而產(chǎn)生縫隙的要求。

瀝青路面是目前最常見的道路路面材料，也用于G318 路面改造工程中，根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》，道路的凍害深度可以用以下公式計算:

其中，a 為路基路面材料的綜合熱物性系數(shù)，b 為路基的濕度系數(shù)，c 為斷面形式系數(shù)，b 和c 的數(shù)值可以查《公路工程抗凍設(shè)計與施工技術(shù)指南》獲得，路基填土與地基土的凍脹率可以按照以下公式計算:

其中，Rm為區(qū)域內(nèi)近年來最大降雨量，λ 為土質(zhì)系數(shù)，W(W0)為土層(起始)含水量。

瀝青混合料的設(shè)計包括集料種類、集料級配、瀝青類型等級、瀝青最佳使用量、混合料壓實度等方面的確定。高海拔、高寒地區(qū)為了提高路面高、低溫裂痕抵抗性，宜采用細(xì)型密級配瀝青混合料并減低設(shè)計孔隙率，減少配合比設(shè)計時的最大公稱粒徑相鄰的粗集料用量，適當(dāng)加大級配中間粒徑集料用量，形成S 型級配曲線，在確定公路格結(jié)構(gòu)層設(shè)計級配范圍的同時也要考慮各層的功能要求，滿足密水、抗滑、穩(wěn)定等提高公路耐久性。

瀝青路面雖然在低溫時強度增大，但容易受到高原晝夜溫差大的影響而發(fā)生變形，使用松弛理論可以對瀝青混凝土面層的開裂低溫進行預(yù)測，預(yù)測過程中使用以下公式對溫降產(chǎn)生的應(yīng)力進行計算:

其中:σx(t)為面層溫度從t0 降低至t 時，瀝青混凝土累計發(fā)生的溫度應(yīng)力，α 為瀝青混凝土的平均溫度線收縮系數(shù)，Smax為瀝青混凝土在△t 溫變下的勁度模量。

因此，為了降低溫降應(yīng)力產(chǎn)生的影響，路面材料可以使用MAMF 纖維+瀝青混合的組合設(shè)計。

3 適合高原的路基結(jié)構(gòu)設(shè)計

除了路面材料會對高原地區(qū)道路的使用質(zhì)量產(chǎn)生影響，路基的結(jié)構(gòu)設(shè)計則是影響道路行駛安全和使用壽命的更為關(guān)鍵的因素。瀝青路面改變了路基下多年凍土的水熱條件，公路路基是否穩(wěn)定要以路基底部的地溫變化，并結(jié)合工程地質(zhì)條件來進行評價。G318 工程路段的地下與地表水發(fā)育、凍害期土層含冰量大、工程地質(zhì)條件極差，因此，按照工程中不同路段的地質(zhì)條件和水文條件，采用不同的路基設(shè)計原則，對保證公路路基的穩(wěn)定性與設(shè)計的可靠性以及病害的防治與治理都具相當(dāng)重要的意義。

3.1 路基填筑材料與路基高度

G318 路段多為三級公路，采用標(biāo)準(zhǔn)雙車道設(shè)計為主，因此路基寬度常采用7.5m 為宜，結(jié)合工程所在區(qū)域地質(zhì)和氣候影響，路基填筑材料可使用砂礫和碎石，其穩(wěn)定性能好，路基頂部的當(dāng)量回彈模量應(yīng)當(dāng)能夠達到40MPa-55MPa。

在一些地下水位高的路段可以設(shè)置盲溝、滲溝等設(shè)施將水排出，經(jīng)行車碾壓后再鋪設(shè)道路，在水文地質(zhì)條件不良地段，路基的最小填土高度應(yīng)結(jié)合路基土性質(zhì)、土體干濕狀態(tài)、冰凍作用，并結(jié)合排水條件進行確定，路基高度不應(yīng)小于路床干燥狀態(tài)下的臨界高度，當(dāng)路基設(shè)計標(biāo)高受限難以達到該最小填土高度時，應(yīng)采取其他諸如隔離層、排水層等措施和方式以保證路基的穩(wěn)定。

3.2 防止冰凍災(zāi)害路段的路基設(shè)計

在高原地區(qū)，高寒地帶容易出現(xiàn)常年或季節(jié)性凍土區(qū)，凍土地區(qū)路基的穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致該情況的主要是由凍土的熱穩(wěn)定性造成的，按照高原施工區(qū)域的年平均地溫T 對該區(qū)域的凍土特性進行劃分，T ＜-2.0℃的地區(qū)屬于穩(wěn)定凍土區(qū)，-2.0℃＜T ＜-1.0℃的地區(qū)屬于基本穩(wěn)定凍土區(qū)，-1.0℃＜T ＜-0.5℃的地區(qū)屬于高溫不穩(wěn)定凍土區(qū)，-0.5℃＜T 的地區(qū)屬于高溫極不穩(wěn)定凍土區(qū)。對于低溫穩(wěn)定區(qū)、低溫基本穩(wěn)定區(qū)及高溫不穩(wěn)定區(qū)的路基施工可以按照保護凍土的原則進行路基設(shè)計，設(shè)置保溫護道，加強排水設(shè)計，例如本文中采用的“U 型”路基結(jié)構(gòu)設(shè)計;對于高溫極不穩(wěn)定區(qū)域以及個別難以合理處理的區(qū)域路基則一方面可以采用加強保溫、增加地中冷儲等措施，對路基的形變量進行控制，另一方面則可以采用本文介紹的熱棒降溫方式進行路基設(shè)計。

(1)“U 型”路基結(jié)構(gòu)設(shè)計。為了防止G318 改擴建工程路段出現(xiàn)凍土等病凍災(zāi)害，根據(jù)這些路段的特殊氣候和地質(zhì)情況，本文在充分吸收和借鑒國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上提出一種采用“U 型”路基結(jié)構(gòu)，如圖所示，至上而下為:100cm 粗礫土(3%粉煤灰+50cm 砂礫層+150cm片石拋石層。

當(dāng)外界溫度比路基內(nèi)溫度低時，外界冷空氣進入路基內(nèi)，路基內(nèi)熱空氣上升，路基內(nèi)形成對流，帶走多余熱量;當(dāng)外界溫度比路基內(nèi)溫度高時，路基內(nèi)部空氣密度梯度較穩(wěn)定，不產(chǎn)生對流，使路基下部凍土不會過快溶解，緩解了路基因溫度變化而造成的結(jié)構(gòu)影響。

其中，50cm 砂礫層起過渡作用，且要求級配連續(xù)，填筑材料參考執(zhí)行《公路路基設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)要求分兩層填筑碾壓，每層厚度為25cm，壓實度要求執(zhí)行《公路路基設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)要求。

路基護坡陰陽兩面尺寸不同，設(shè)計采用陽面護坡寬度為100cm -160cm，陰面護坡寬度為60cm -100cm。在太陽輻射強烈條件下，在降溫層拋石護坡表面噴灑白色石灰水增大表面的反射率降溫效果會更好。

(2)碎石路基。普通壓實土體之間的傳熱方式是熱傳導(dǎo)，碎石路基存在多孔介質(zhì)，易于空氣的自然對流，其傳熱方式將以對流為主。氣體流過碎石基面時，由于氣體和碎石表面溫差將產(chǎn)生熱量交換。因此，空氣的流動能夠?qū)⒗淞繋氲鼗馏w，維持碎石路基溫度場的低溫狀態(tài)。

碎石路基鋪設(shè)的路段、位置和高度會使導(dǎo)熱、對流換熱和自然對流三種機理產(chǎn)生不同強度的作用效果，因此碎石路基應(yīng)根據(jù)施工區(qū)域和現(xiàn)場氣候情況進行具體設(shè)計，此外，碎石路基還未地下水外溢提供了通道，使得地下水和路基積水迅速排離路基，保持了路基的水穩(wěn)定性。

3.3 防止地質(zhì)災(zāi)害路段的路基設(shè)計

(1)滑坡路段路基設(shè)計。在滑坡下部的路基宜采用路堤形式，在滑坡體上部的路基宜采用路塹形式。此外，防治滑坡必須注意加強排水，從路基設(shè)計的角度考慮，可以通過在路面設(shè)置環(huán)形截水溝、樹枝狀排水溝、整平夯填坡面、綠化坡面，在地下設(shè)置支撐滲溝、邊坡滲溝、截水滲溝的方式防止滑坡。

(2)路基漿砌片石護坡設(shè)計。路基防護與加固設(shè)施主要有邊坡坡面防護、沿河路堤河岸沖刷防護與加固。邊坡坡面防護主要是保護路基邊坡表面免受雨水沖刷，減緩溫差及溫度變化的影響，防止和延級軟弱巖土表面的風(fēng)化、碎裂、剝蝕演變進程，從而保護路基邊坡的整體穩(wěn)定性，在一定程度上還兼顧路基美化和協(xié)調(diào)自然環(huán)境。

漿砌片石護坡一般適用于易受水侵蝕的土質(zhì)邊坡、嚴(yán)重剝落的軟質(zhì)巖石邊坡、強風(fēng)化或較破碎巖石邊坡、殘坡積較厚而松散的邊坡。漿砌片石護坡一般采用等截面，厚度一般采用大于20cm(25 -50cm 之間)，其砂漿強度一般為5 號或7.5 號。漿砌片石護坡一般可從第一臺一直做到頂部。分臺高度6 -10m，一般設(shè)8m，每一臺頂部設(shè)有2m 寬的碎落臺，并設(shè)有縱橫排水系統(tǒng)。根據(jù)坡面的坡度、殘坡積物的松散程度、巖體的風(fēng)化和破碎程度、地表水和地下水的豐富程度，為了增強護坡的自身穩(wěn)定性多采用肋式護坡。在地下水豐富位置還應(yīng)設(shè)置長度10m，孔徑100mm 的疏干孔，并間隔20m 設(shè)置一道順坡向的急流槽。

4 結(jié)語

國道G318 改擴建工程是一項復(fù)雜的道路設(shè)計與施工工程，沿線受到惡劣氣候和地質(zhì)條件的干擾影響大，一方面，氣候干旱，季節(jié)性降雨明顯，極限溫差大，另一方面，沿途水源豐富，且山體災(zāi)害多發(fā)，對道路路基的穩(wěn)定性產(chǎn)生了較大影響，本文主要通過介紹一些特殊路基設(shè)計以及路基設(shè)計中的重點，可以有效降低G318 公路受到冷凍、滑坡、雨刷的病害概率，提升公路的施工壽命和行車安全質(zhì)量。

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