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        平原區(qū)高速公路路基填料解決方案技術(shù)研究

        2023-11-16 13:21:32張哲江龍進(jìn)
        安徽建筑 2023年11期
        關(guān)鍵詞:高速公路建設(shè)

        張哲,江龍進(jìn)

        (1.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司,安徽 合肥 230088;2.公路交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心,安徽 合肥 230088)

        1 概述

        高速公路(簡(jiǎn)稱高速路)是指專供汽車高速行駛的公路,其因通行能力強(qiáng)、運(yùn)輸成本低、交通事故少、資源節(jié)約成效高等顯著優(yōu)點(diǎn),近年來得到了大規(guī)模發(fā)展,為我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步提升做出了巨大貢獻(xiàn)。統(tǒng)計(jì)資料表明,截至2020 年年底,全國公路總里程519.81 萬km,其中高速公路里程16.1 萬km。根據(jù)《中華人民共和國2021 年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》顯示,2021 年新改建高速公路里程9028km[1]。

        平原區(qū)高速公路地勢(shì)平坦,公路建設(shè)主要為填方,每公里土方需求約13~17 萬方,借方工程量浩大。傳統(tǒng)高速公路修建中,基于土源穩(wěn)定性和質(zhì)量可靠性考慮,一般采用就近設(shè)置集中取土場(chǎng)方式進(jìn)行取土,后期結(jié)合地方規(guī)劃和需求進(jìn)行還塘處理或利用水塘敷設(shè)太陽能發(fā)電板。

        但隨著土地資源管控力度的加強(qiáng)和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的重視,大規(guī)模占用耕地設(shè)置取土場(chǎng)進(jìn)行集中取土的方式越來越難以實(shí)現(xiàn),當(dāng)前高速公路修建面臨路基填料來源的問題越發(fā)突出,逐漸成為影響項(xiàng)目是否能按期順利完成的重要關(guān)鍵點(diǎn),也是當(dāng)前公路建設(shè)中面臨必須要解決的主要難題。為確保公路建設(shè)順利開展,結(jié)合近年來高速公路建設(shè)經(jīng)驗(yàn),平原區(qū)高速公路設(shè)計(jì)過程中如何貫徹節(jié)流措施并開展綜合取土方案,成為項(xiàng)目設(shè)計(jì)的重要關(guān)鍵點(diǎn)。

        2 路基填料方案技術(shù)研究

        平原區(qū)高速公路土方需求量非常大,為有效解決路基填料來源,需綜合采取“開源節(jié)流”措施,多管齊下。前期通過合理布設(shè)結(jié)構(gòu)物以有效控制道路縱坡,從源頭上控制項(xiàng)目借方需求。同時(shí),廣開財(cái)路,在確保工程質(zhì)量和造價(jià)基礎(chǔ)上,積極尋找可替代結(jié)構(gòu)方案減少路基設(shè)置長度,并結(jié)合建設(shè)區(qū)域地材分布情況,積極引入一切可以利用的其他材料進(jìn)行替代,最終通過多種渠道合理有效解決平原區(qū)高速公路修建中面臨的土源難題。

        2.1 節(jié)流措施

        2.1.1 低路堤技術(shù)[2]

        結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域地形特點(diǎn)和居民點(diǎn)分布,在滿足地方交通車輛出行的條件下,優(yōu)先采用支線上跨高速公路方式以有效壓低主線道路縱坡,從源頭上節(jié)約土方工程量??紤]到非機(jī)動(dòng)車逐漸普及,為便于日常交通出行,支線上跨可參照四級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,道路縱坡原則上不大于3.0%,條件具備時(shí)道路縱坡可選用2.5%。

        同時(shí),對(duì)于地下水埋深較大而周邊地面水可順利排放路段,在確保路床處于干燥和中濕狀態(tài)時(shí)[3],局部路段可考慮采用主線下穿方式。主線下穿開挖的土方可臨近用于主線填方路段,通過就近利用來節(jié)約工程造價(jià)。當(dāng)建設(shè)區(qū)域用地受限時(shí),主線外側(cè)還可設(shè)置擋墻進(jìn)行收縮坡腳,在節(jié)約開挖工程量的同時(shí)節(jié)省項(xiàng)目建設(shè)用地范圍。

        圖1 支線上跨

        2.1.2 以橋帶路

        平原區(qū)高速公路常采用橋梁跨越地方路網(wǎng)或水系,基于工程造價(jià)考慮,橋頭填土高度一般為7.0~7.5m,填土高度較高,土方需求量較大。為有效節(jié)約土方需求量,可在橋頭兩側(cè)積極采用樁板式結(jié)構(gòu)替代路基[4],從源頭上減少土源需求并節(jié)省土地占用指標(biāo)。

        圖2 樁板式結(jié)構(gòu)

        樁板式結(jié)構(gòu)是根據(jù)當(dāng)前建設(shè)項(xiàng)目存在的無地可占、無土可用,占地、取土代價(jià)大,土地復(fù)墾成本提升等問題而應(yīng)運(yùn)而生的新型結(jié)構(gòu)。經(jīng)測(cè)算,考慮土方填筑和取土場(chǎng)復(fù)墾費(fèi)用后,其造價(jià)介于常規(guī)橋梁和路基之間,在平原區(qū)取土難以落實(shí)地區(qū),是應(yīng)對(duì)現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)、響應(yīng)綠色發(fā)展的必然選擇,當(dāng)前在安徽省已經(jīng)得到大規(guī)模應(yīng)用,其應(yīng)用特點(diǎn)如下:

        ①路基無需填土,用地減少,其用地范圍為道路寬度正投影,與同路基放坡相比,占用土地面積大大減少;

        ②預(yù)制管樁按設(shè)計(jì)打至相應(yīng)持力層,路基工后沉降問題得到根本性改善;

        ③預(yù)制管樁施工便于現(xiàn)場(chǎng)管理,污染及棄物少,面板預(yù)制、安裝工藝簡(jiǎn)單;

        ④對(duì)比傳統(tǒng)常規(guī)路基,造價(jià)略高;對(duì)比傳統(tǒng)橋梁,經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)更為明顯。

        與一般填土路堤相比,樁板式結(jié)構(gòu)下部構(gòu)造橫向通透,不影響原有地方水系、路系的正常使用,無需新增設(shè)涵洞、通道等小型結(jié)構(gòu)物。綜合考慮工程造價(jià)和用地等因素,在平原區(qū)公路建設(shè)中已經(jīng)逐漸得到認(rèn)可并在一定范圍內(nèi)得到大面積應(yīng)用。

        2.2 開源方案

        開源方案主要是采取多種措施,盡可能利用一切可以利用的資源,減少設(shè)置集中取土場(chǎng)規(guī)模,從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約土地資源并為工程建設(shè)進(jìn)度保駕護(hù)航。根據(jù)其應(yīng)用成熟條件,可行方案主要如下文所述。

        2.2.1 互通范圍內(nèi)集中取土

        互通范圍內(nèi)用地納入項(xiàng)目永久用地,結(jié)合平原區(qū)高速公路缺土的特點(diǎn),可考慮在互通樞紐范圍內(nèi)實(shí)施集中取土用于互通匝道修筑?;ネǚ秶鷥?nèi)取土深度可控制在5.5~6.0m,其平面范圍以不影響匝道路基或結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定性為控制,一般取土邊緣距離坡腳按照5.0m 進(jìn)行控制。

        考慮到平原區(qū)清淤和清表工程量較大,而后期中分帶和邊坡綠化難以完全利用。對(duì)此,可結(jié)合互通范圍內(nèi)集中取土,利用取土后的有限空間實(shí)現(xiàn)表土和淤泥質(zhì)土消化,并進(jìn)行造景處理,實(shí)現(xiàn)高速公路區(qū)域美化和表土零棄的建設(shè)目標(biāo)。同時(shí),考慮到互通范圍內(nèi)匝道間排水較為復(fù)雜且出水口較少的特點(diǎn),互通樞紐范圍內(nèi)定點(diǎn)取土后還可以作為道路雨水排放的出口,避免重復(fù)增設(shè)排水邊溝,有效降低工程造價(jià)。

        2.2.2 工程渣土綜合利用

        工程渣土泛指建筑垃圾和城市基坑開挖所產(chǎn)生的一切可利用材料,其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、水穩(wěn)性良好,經(jīng)初步篩選后可替代部分路基填料。

        高速公路一般呈帶狀分布,不可避免會(huì)壓占一定量的房屋或廠房,產(chǎn)生一定的拆遷工程量[5]。而臨近城區(qū)會(huì)存在不同規(guī)模的建筑垃圾回收?qǐng)?,其回收的材料以道路開挖回收材料為主,強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好,是替代路基填料的良好材料[6]。

        圖3 互通范圍內(nèi)取土

        圖4 城市基坑開挖

        圖5 建筑垃圾回收

        在臨近城區(qū)房產(chǎn)建設(shè)過程中,因基礎(chǔ)或地下結(jié)構(gòu)物建設(shè)需要,會(huì)出現(xiàn)一定量的土方工程,其同后期進(jìn)場(chǎng)道路或臨時(shí)設(shè)施開挖材料通稱工程渣土,一般做棄方處理。工程建設(shè)前期,可對(duì)道路建設(shè)區(qū)域附近房產(chǎn)開發(fā)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研,對(duì)于其廢棄的材料可提前進(jìn)行收集,堆放在臨時(shí)堆土場(chǎng),后期用于高速公路建設(shè)。

        工程渣土可選用GZT系列振動(dòng)給料機(jī)、反擊式破碎機(jī)、懸掛自卸式除鐵器和簡(jiǎn)易風(fēng)機(jī)對(duì)材料進(jìn)行處理,具體實(shí)施中,可結(jié)合工序安排和環(huán)保要求完善配套設(shè)施,靈活選用適宜且滿足要求的工藝和設(shè)備,處理后的填料要求如表1所示。

        表1 工程渣土篩選用于路堤填料的技術(shù)要求

        2.2.3 輕質(zhì)泡沫土

        輕質(zhì)泡沫土是以水泥、摻合料等為膠凝材料,加入纖維、外加劑和水制成料漿,然后再與發(fā)泡設(shè)備制作的細(xì)小穩(wěn)定氣泡群混合攪拌形成的泡沫輕質(zhì)混凝土漿體,是在施工現(xiàn)場(chǎng)或工廠澆筑成型、養(yǎng)護(hù)而成,含有微小的、獨(dú)立的、大量的、均勻分布?xì)馀莸妮p質(zhì)材料。在建設(shè)工程中其又被稱為現(xiàn)澆輕質(zhì)土、泡沫輕質(zhì)混凝土、氣泡混合輕質(zhì)土、泡沫輕質(zhì)土等[7-8]。

        經(jīng)過多年的發(fā)展,輕質(zhì)泡沫土已經(jīng)大面積應(yīng)用于特殊地區(qū)路段填筑、道路拓寬、陡峭路基、工程搶險(xiǎn)、橋梁縮跨和地下暗埋工程回填等工程建設(shè)領(lǐng)域,積累了大量的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

        當(dāng)前,考慮到平原區(qū)高速公路土源較為缺乏而全部采用橋梁形式造價(jià)又較高的現(xiàn)象,對(duì)于取土較為緊缺的路段或用地受限路段,可采用輕質(zhì)泡沫土替代一部分路基填料進(jìn)行道路修筑。輕質(zhì)泡沫土主要以水泥為主,其材料來源廣泛,在土源緊缺而工程進(jìn)度有要求的項(xiàng)目上能確保路基填筑的順利進(jìn)行。

        3 結(jié)論

        當(dāng)前平原區(qū)高速公路修建過程中填方工程量較大,采用傳統(tǒng)設(shè)置集中取土場(chǎng)取土的方式已難以落地。為確保工程建設(shè)中路基填料來源滿足要求,應(yīng)及時(shí)聯(lián)合開展“節(jié)流措施”和“開源方案”,以解決路基填料來源。

        圖6 輕質(zhì)泡沫土生產(chǎn)流程

        “節(jié)流措施”和“開源方案”主要涉及新材料、新設(shè)備和新工藝應(yīng)用,同傳統(tǒng)公路建設(shè)相比造價(jià)略高,建設(shè)單位應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃,提前介入,做好工程建設(shè)前期的謀劃工作。

        考慮到工程建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程,其能否順利建設(shè)主要受制于土地和資金兩個(gè)方面,因此在工程建設(shè)前期應(yīng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào),做好土地指標(biāo)和建設(shè)資金預(yù)留工作。

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