易文鋒

規(guī)劃設(shè)計(jì) Planning and design

高速公路路基設(shè)計(jì)及軟土地基處理

易文鋒

（中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100089）

隨著高速公路建設(shè)規(guī)劃的實(shí)施，高速公路建設(shè)工程不斷深入到地勢(shì)較陡的地方，從而在施工過程中遇到地質(zhì)條件較復(fù)雜的情況，在高速公路建設(shè)施工要求中，對(duì)路基寬度要求要求較高，同時(shí)對(duì)高速公路建設(shè)縱坡的限制也較嚴(yán)格，這與高速公路建設(shè)地形處于等地地勢(shì)下產(chǎn)生矛盾。為此，高速公路建設(shè)應(yīng)采用科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，以確保工程質(zhì)量。

高速公路；路基設(shè)計(jì)；排水設(shè)計(jì)

0 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通運(yùn)輸狀況成為影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要制約和影響因素，在公路交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，高速公路建設(shè)日益受到重視，一般都是多點(diǎn)交匯，而高速公路建設(shè)涉及的區(qū)域分布較廣，高速公路跨越的地形條件較為復(fù)雜，因此，在高速公路施工設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循相關(guān)的設(shè)計(jì)原則。

1 高速路基設(shè)計(jì)的原則

1.1 在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到建設(shè)路基情況和施工技術(shù)

高速公路路基施工中，對(duì)路基施工質(zhì)量的影響主要來自于施工現(xiàn)場的自然地質(zhì)環(huán)境，而路基土質(zhì)成分對(duì)高速公路路基施工的影響較大。路基施工質(zhì)量的穩(wěn)定性是保證路基施工后能長期平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵。與此同時(shí)，路基施工質(zhì)量的好壞也直接影響高速公路的維修年限。作為高速公路的承建方，對(duì)高速公路建設(shè)在各個(gè)方面的要求都越來越高，在工程建設(shè)成本控制方面，以及在進(jìn)行高速公路建設(shè)時(shí)，對(duì)使用環(huán)保建筑材料和施工技術(shù)的要求也越來越高，這就導(dǎo)致在高速公路設(shè)計(jì)中，綜合考慮各個(gè)方面的因素。

1.2 正確處理路線和路基設(shè)計(jì)關(guān)系

高速公路設(shè)計(jì)中，對(duì)于路線的確定，不應(yīng)僅考慮路線的連通性，而應(yīng)更多地關(guān)注在建設(shè)過程中，對(duì)于路線所處的地質(zhì)環(huán)境、路基土的成分以及相關(guān)的地質(zhì)環(huán)境問題。從工程難度、土方石量、地質(zhì)條件等因素對(duì)高速公路設(shè)計(jì)影響條件，以及路基施工地質(zhì)條件等方面進(jìn)行綜合判斷和考慮，以決定設(shè)計(jì)方案中的具體細(xì)節(jié)。應(yīng)特別注意的是，當(dāng)設(shè)計(jì)路線通過施工工程較難時(shí)，或當(dāng)?shù)刭|(zhì)結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜，給工程建設(shè)造成較大障礙時(shí)，應(yīng)更多地注意設(shè)計(jì)路線與路基的協(xié)調(diào)配合。

1.3 明確路線設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)者在對(duì)高速公路路基進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先要對(duì)公路的施工路線進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)，只有正確處理好路基與道路的關(guān)系，才能正確設(shè)計(jì)公路。高速公路山區(qū)路線與平原路線存在著一定的差異，設(shè)計(jì)人員需要充分考慮地形的優(yōu)缺點(diǎn)。由于在進(jìn)行道路施工時(shí)，會(huì)受到多種因素的影響，因此必須對(duì)周邊地區(qū)的地形地勢(shì)進(jìn)行綜合考慮。尤其在高速公路建設(shè)中是否會(huì)出現(xiàn)占用耕地的現(xiàn)象，必須對(duì)其有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，才能保證設(shè)計(jì)方案更加科學(xué)合理。就設(shè)計(jì)過程而言同時(shí)也要充分考慮到施工的難度，以及施工過程中產(chǎn)生的土方量，只有把問題解決了，才能保證工程的順利進(jìn)行，避免在施工過程中出現(xiàn)這樣那樣的不良情況。設(shè)計(jì)者在確定最終路線方案時(shí)，應(yīng)保證施工施工成本最低、工程量最小、路基結(jié)構(gòu)最牢固。

1.4 滿足經(jīng)濟(jì)環(huán)保要求

設(shè)計(jì)者在對(duì)山區(qū)高速公路路基進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，還需要調(diào)查當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件，設(shè)計(jì)方案應(yīng)滿足科學(xué)、環(huán)保的施工要求。若該地區(qū)地勢(shì)較陡，在進(jìn)行路段設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)結(jié)合整體路基，對(duì)該階段的路基進(jìn)行綜合考慮，制定科學(xué)合理的施工方案，以保證該階段的順利施工。對(duì)于地勢(shì)較低的地區(qū)，在進(jìn)行路基設(shè)計(jì)時(shí)，可充分了解當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件，如植被條件較差，可采用削坡綠化的處理方法，如植被較好，也可采用同類型處理方法。對(duì)于一些邊坡較高的地區(qū)，在進(jìn)行路基設(shè)計(jì)時(shí)，還需要借助錨桿進(jìn)行加固。

2 高速公路路基設(shè)計(jì)方法

2.1 在設(shè)計(jì)中采用高路堤

在高速公路的路堤設(shè)計(jì)中，宜采用填石路堤的設(shè)計(jì)方案，在設(shè)計(jì)方案中，高路堤和填石路堤在穩(wěn)定性和重載車輛通過性驗(yàn)算上均能達(dá)到較好的效果，而在施工施工費(fèi)用和資金投入方案上則相應(yīng)減少。對(duì)于高路基的設(shè)計(jì)，采用填料時(shí)，應(yīng)注意選擇透水性和抗風(fēng)化腐蝕性能較好的石料填充高路堤底部。因此，在中段路堤上、下段施工時(shí)，應(yīng)注意鋪設(shè)雙層土木格柵，以充分保證高路堤設(shè)計(jì)時(shí)不會(huì)發(fā)生地基不均勻沉降，同時(shí)保證路基施工的穩(wěn)定性和安全性性。

2.2 高速路基設(shè)計(jì)中緩坡路基設(shè)計(jì)

當(dāng)高速公路建設(shè)中遇到緩坡道施工時(shí)，對(duì)于緩坡道路基的施工設(shè)計(jì)，由于受路基填方空間范圍的限制，或在緩坡道施工中出現(xiàn)路面借方嚴(yán)重的情況，就需要在設(shè)計(jì)方案中采用加筋陡坡路堤的設(shè)計(jì)方法。將加筋陡坡堤壩與板樁墻設(shè)計(jì)相結(jié)合，用于緩坡路的基礎(chǔ)布置。從而可以在施工中充分保證緩坡路面路基的穩(wěn)定與安全。該組合設(shè)計(jì)方案適用于窄坡度路面路基的設(shè)計(jì)情況，能有效地減少路基借方情況的發(fā)生。

2.3 路塹高邊坡設(shè)計(jì)方法

對(duì)險(xiǎn)峻地形施工時(shí)，遇到路塹高邊坡的情況，應(yīng)充分分析不同的地質(zhì)環(huán)境及施工建設(shè)的實(shí)際情況，分別采用不同的板樁、擋墻、錨索、錨固等加固方法。當(dāng)公路建設(shè)中遇到滑坡、崩塌等易發(fā)區(qū)時(shí)，應(yīng)對(duì)坡度進(jìn)行清理，適當(dāng)開挖減緩坡度，同時(shí)設(shè)計(jì)相應(yīng)的防滑墻、抗滑樁并結(jié)合錨固、錨索進(jìn)行加固作業(yè)。而且要注意綠化和防水防滑樁工作。

2.4 高速公路路基的排水設(shè)計(jì)

高速公路施工中，一般都會(huì)發(fā)生路基施工質(zhì)量和強(qiáng)度受排水影響的情況。與此同時(shí)，路基施工與防水工作的開展有著密切的聯(lián)系。公路路基建設(shè)中，會(huì)出現(xiàn)大量的病害，在各種病害發(fā)生原因中，水的作用最為突出。在高速公路設(shè)計(jì)中，對(duì)于路基排水性能的相關(guān)設(shè)計(jì)應(yīng)予以重視。在路基排水設(shè)計(jì)上，應(yīng)結(jié)合高速路面上部排水與下部排水設(shè)計(jì)相結(jié)合的設(shè)計(jì)理念。公路路面積水應(yīng)在設(shè)計(jì)中充分考慮，不應(yīng)超過路面之下路基施工范圍的積水，要注意避免路面設(shè)計(jì)中的水漫過路面，使路面積水集中在同一部位，甚至出現(xiàn)下滲現(xiàn)象。當(dāng)進(jìn)行路基施工設(shè)計(jì)時(shí)，若在路基施工過程中出現(xiàn)地下水的情況，應(yīng)采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，對(duì)地下水進(jìn)行阻斷，并將地下水引至路基施工工程以外的地方。高速公路工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分調(diào)查研究建設(shè)項(xiàng)目的自然環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境。公路路基工程地質(zhì)條件調(diào)查，必須了解地下水源的分布狀況，以及公路路基工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)成分。對(duì)施工條件較復(fù)雜的地段，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行整體規(guī)劃。綜合考慮路基排水、橋涵布置合理。

3 軟土路基可能引發(fā)的問題

高速公路跨度大，對(duì)于軟土地基這類特殊路基來說，存在空隙大，抗壓性差，含水率高等問題，為了保證其承載能力，需要在施工過程中加以適當(dāng)處理，以保證道路的使用壽命。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速公路的使用率越來越高，在長期使用過程中受過過路車輛的作用，承載力呈下降趨勢(shì)，路基沉降、路面開裂等問題逐漸暴露出來，使路基穩(wěn)定性降低，對(duì)公路安全造成一定影響，縮短了道路的使用壽命。高速公路長期暴露在自然環(huán)境下，經(jīng)受著雨水的浸漬，長此以往，公路路面就會(huì)出現(xiàn)裂縫、沉降等問題，軟土路基長期被顆粒物質(zhì)沖刷，路基上逐漸出現(xiàn)許多孔洞，大大降低路基承載力，進(jìn)而影響公路的使用。

4 高速公路軟土地基的特性

4.1 力學(xué)特性

松土為深灰色，主要成分是細(xì)小的顆粒，在振動(dòng)作用下，很容易破壞其結(jié)構(gòu)。軟土流動(dòng)性強(qiáng)，抗壓性差，受力后易發(fā)生變形，施工過程中若處理不當(dāng)，極有可能導(dǎo)致土體坍塌，嚴(yán)重影響工程進(jìn)度。軟土由于材質(zhì)的空隙使得其抗剪切能力較差，受外力作用時(shí)，軟土不能協(xié)同承受外力，產(chǎn)生較大的形變，在后期使用中易造成橋梁沉降問題。受雨水沖刷的整體性能差的軟土地基將受到破壞，從而影響整個(gè)路基的安全和穩(wěn)定。

4.2 物理特性

軟土地基力學(xué)性能差，含水量高，整體強(qiáng)度差，極易形變，有機(jī)質(zhì)含量高，還含泥沙和腐蝕性物質(zhì)，孔隙大。

5 高速公路軟土地基的危害

軟土地基的抗剪強(qiáng)度不能滿足荷載的要求，在外力和自身重力的作用下，流動(dòng)性大，沉降明顯，極易發(fā)生軟土移動(dòng)，造成路堤沉降、塌陷、失衡、裂縫等一系列問題。因此，必須根據(jù)軟土地基的實(shí)際情況，對(duì)其進(jìn)行必要的處理，以避免這些問題給道路安全帶來的隱患。高速公路投入使用后，長期受車輛沖擊作用，軟土地基結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，路面出現(xiàn)凹凸不平或局部開裂，從而造成較大范圍的損壞和擴(kuò)散。軟土地基由于其極強(qiáng)的壓縮性，易造成路基的永久性變形，且沉降不均勻。自身承載力差的軟土地基，在施工過程中易受環(huán)境影響，使得施工現(xiàn)場存在安全隱患。

6 對(duì)公路施工中軟土基地的有效處理辦法

6.1 夯實(shí)加固法

由于軟土含水率高、抗壓性差，因此需進(jìn)行夯實(shí)加固處理。這一方法起源于法國，用重錘從一定高度落下打?qū)嵉鼗跊_擊力的作用下壓縮土體，減少空隙，排除水分。對(duì)含水率較高的土體，可排出多余水分，提高地基承載力，對(duì)河流、沼澤等地區(qū)，可起到明顯的施工效果。對(duì)飽和性黏土地基而言，由自由落體自重引起的力擠壓能使軟土地基更加牢固，承載力明顯提高。另外，還可在軟土中加入一定的建材進(jìn)行混合，通過充分?jǐn)嚢杞档屯寥篮?，提高軟土地基的承載能力。要根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)一步確定具體的施工細(xì)節(jié)，時(shí)刻觀察夯實(shí)效果，加固完成后要檢查該部分回彈模量，以保證地基的穩(wěn)定。

6.2 水泥、粉煤灰、碎石筑樁法

把水泥、粉煤灰和碎石混合，用打樁機(jī)制成樁，在褥墊層的作用下，其與周圍土層緊密結(jié)合，形成復(fù)合地基，在樁身上集中受力，分擔(dān)軟土的荷載，減少周圍土層的受力，使整體承載能力明顯提高，減少沉降。試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能有效地提高軟土地基的承載能力，其應(yīng)用效果已被廣泛認(rèn)可。該方法的關(guān)鍵在于強(qiáng)度等級(jí)的確定，越精確的計(jì)算，就越能取得良好的應(yīng)用效果。施工技術(shù)也很重要，需要有經(jīng)驗(yàn)的施工人員來主導(dǎo)施工，對(duì)施工細(xì)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以確保在高速公路施工中有效解決軟土地基問題。

6.3 深層打孔強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法能有效地解決軟土地基存在的問題，適用于粘性大、膨脹明顯的土體。采用打孔填料的方法，同時(shí)對(duì)填土部分進(jìn)行夯實(shí)加固。該方法具有加固效果好，設(shè)備簡單，操作方便，施工周期短，節(jié)省人力物力，適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，除對(duì)較厚的淤泥類地質(zhì)不適用外，對(duì)其它軟土地基的強(qiáng)夯效果也是相當(dāng)理想的，成為目前使用最廣泛的強(qiáng)夯方法之一。具體施工過程還需結(jié)合現(xiàn)場具體情況，可在地基孔洞內(nèi)完成填土強(qiáng)夯部分的施工，提高地基的粘性和承載力，使地基更加緊實(shí)牢固，增強(qiáng)整體的穩(wěn)定性。依據(jù)土的性質(zhì)選擇合適的材料和夯實(shí)力度，使擠壓效果更好，保證了路橋工程的施工質(zhì)量。建設(shè)項(xiàng)目竣工后，應(yīng)合理處置殘余廢棄物，減少環(huán)境污染，盡量重復(fù)利用，節(jié)約工程造價(jià)，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

6.4 灌漿處理技術(shù)

灌漿處理是將水泥或其它漿液噴入土中，使其滲透，填充至周圍土體，待漿液擴(kuò)散凝結(jié)后，可有效地提高軟土地基的承載力，改善地基的穩(wěn)定性，從而有效地防止流沙、管涌等現(xiàn)象的發(fā)生。分析施工場地的特點(diǎn)，把握土層特性，制定詳細(xì)的注漿方案，常用的注漿工藝有滲透式、劈裂式、壓密式三種。注漿施工中多采用水泥漿，減少了對(duì)環(huán)境的污染，使施工更加環(huán)保。注漿時(shí)要注意把握注漿力度，使?jié){液充分均勻滲入，完成注漿后要用相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行碾壓加固，密切注意管道的密實(shí)度，使?jié){液充分排出氣體，避免漏氣、漏漿及孔隙，提高地基承載能力。注漿施工屬于隱蔽施工，直接觀察性差，必須嚴(yán)格按照施工要求和操作規(guī)程進(jìn)行施工。檢測已完成的施工部位，確保施工質(zhì)量。

6.5 軟土地基表層排水處理法

對(duì)表面較脆弱的軟土地基，進(jìn)行表層排水處理，可減少土體含水率，提高地基穩(wěn)定性。對(duì)含水率高的部位挖出表層水槽，將表層水槽徹底排出，然后再將性能較好的砂礫或碎石回填入水槽，使水槽變成盲溝，保證及時(shí)、有效地排出表層水。本施工方法間接提高地基承載力的手段，一般在實(shí)際使用中需要與其它加固措施協(xié)同作用。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較好，土體含水率對(duì)地基穩(wěn)定性起主要影響因素時(shí)，采用該方法可取得較好的處理效果。

7 結(jié)語

高速公路施工過程中，受許多影響因素的干擾，高速公路路基設(shè)計(jì)會(huì)受到各種自然因素的影響，如地質(zhì)條件、地形條件、氣候、水文、植被覆蓋等，使設(shè)計(jì)工作更加困難，因此在進(jìn)行高速公路路基設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮到設(shè)計(jì)施工現(xiàn)場的自然環(huán)境和地質(zhì)條件，并結(jié)合這些調(diào)查資料，在設(shè)計(jì)方案中做到因地制宜。針對(duì)設(shè)計(jì)中遇到的不同問題進(jìn)行具體情況的具體分析，在建筑指標(biāo)要求下的設(shè)計(jì)施工大膽創(chuàng)新，在設(shè)計(jì)中多準(zhǔn)備幾套設(shè)計(jì)方案，并結(jié)合實(shí)際施工情況對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行篩選。在設(shè)計(jì)中還要考慮到環(huán)保、成本等多方面因素。

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1007-6344（2021）01-0274-02