阿爾及利亞國家東西高速公路洪泛區(qū)設(shè)計(jì)方案

臧洪敏

摘要：文章通過試驗(yàn)手段，找出了凝灰?guī)r符合規(guī)范要求的特性，替代碎石用于洪泛區(qū)，解決了洪泛區(qū)用料不足的問題，這在石料較為緊缺的阿爾及利亞，對(duì)今后類似的工程設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：阿爾及利亞；高速公路；洪泛區(qū)；工程設(shè)計(jì)；凝灰?guī)r

中圖分類號(hào)：F512

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-2374(2009)14-0182-03

一、工程介紹

阿爾及利亞國家東西高速公路是貫穿整個(gè)國家的東西交通大動(dòng)脈，歐洲標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，東接突尼斯，西連摩洛哥，分東、中、西三個(gè)標(biāo)段，全長(zhǎng)927公里。其中由中信一中鐵建聯(lián)合體承建中、西兩個(gè)標(biāo)段。本文介紹的是位于西標(biāo)段范圍內(nèi)的洪泛區(qū)路段，全長(zhǎng)約50公里。

二、洪泛區(qū)的界定及專用技術(shù)規(guī)范要求

1.洪泛區(qū)是指在有水路經(jīng)過附近的一段地表區(qū)域。可能會(huì)有淹沒危險(xiǎn)。對(duì)洪泛區(qū)的建議界定，主要參考阿爾及利亞百年一遇洪水位、原地表高程以及實(shí)地調(diào)查研究結(jié)果和工程外部監(jiān)督的討論，此定義限定與百年一遇洪水參考文獻(xiàn)對(duì)阿爾及利亞水文資料的分析和實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)相吻合。

2.洪泛區(qū)路段的主要地質(zhì)結(jié)構(gòu)為第四紀(jì)的粘土性和砂礫性沉積物，以及在以泥灰?guī)r和粘土為主體，局部存在風(fēng)化程度不同的砂巖的下部地基上新形成的粘土性沖積夾沙層。對(duì)于這些區(qū)域的路基填方施工，根據(jù)東西高速公路專用技術(shù)規(guī)范要求，一定要使用對(duì)水不敏感材料，并采取能使這些材料保持對(duì)水不敏感性的方法，從而使其在一定時(shí)間內(nèi)，無論外界條件如何，也能夠保持穩(wěn)定狀態(tài)和承載力。

3.阿爾及利亞方業(yè)主根據(jù)專用技術(shù)規(guī)范以及法國公路施工規(guī)范要求，提出參考方案：自原地面以下30cm直至百年一遇洪水位線以上35cm，全部填筑0～200mm的碎石，上面再填筑15cm厚的0～31.5mm的碎石通料，以防止水汽上升，浸泡路基。按此計(jì)算，全線洪泛區(qū)需要0～200mm的碎石近六百萬方，且不說石料的平均運(yùn)距有110公里，單是生產(chǎn)這六百萬方石料，至少需要一年時(shí)間，全部采用此方案，勢(shì)必造成工期延誤。

三、凝灰?guī)r

考察阿爾及利亞多年的公路施工工藝，發(fā)現(xiàn)其各級(jí)公路的路床多采用一種叫凝灰?guī)r的材料填筑，效果很好。借鑒其經(jīng)驗(yàn)，擬采用凝灰?guī)r替代0～200mm碎石，但必須通過一系列相關(guān)試驗(yàn)，檢測(cè)其對(duì)水的敏感程度，承載力能否滿足技術(shù)規(guī)范要求。

1.凝灰?guī)r介紹。凝灰?guī)r是阿爾及利亞特有的一種石灰?guī)r，分布范圍較廣泛，有很多凝灰?guī)r形成的山丘，當(dāng)?shù)胤Q凝灰?guī)r為Tuf。優(yōu)質(zhì)凝灰?guī)r為白色顆粒狀，松軟易碎，其主要成分為碳酸鈣，分級(jí)情況為GTR R22至R23的巖石。經(jīng)開采后使用，其絕大部分可以分類為B5類松軟填料，而從B4至B6類的填料都有著對(duì)水不敏感的特性。

2.在距離洪泛區(qū)較近的十九個(gè)凝灰?guī)r料場(chǎng)，隨機(jī)取試驗(yàn)樣品，按照法國規(guī)范進(jìn)行試驗(yàn)，所有試驗(yàn)結(jié)果匯總于表2。計(jì)算試驗(yàn)結(jié)果，測(cè)得Vbs(亞甲蘭值)平均值為0.43，80μ通過率為20.2％。

通過CBR試驗(yàn)證明，承載力的損失較大，平均承載力為41.1％，介于95％OPM(相當(dāng)于國內(nèi)的輕型擊實(shí))的CBR和浸水CBR(即iCBR)之間。剩余的最小承載力為18，與此數(shù)值相對(duì)應(yīng)的是密度為1.7t/m³(90％的OPM)。對(duì)于全部樣本，iCBR的平均值被確定為48。

此材料有一種特殊的性能，通過浸水／干燥這一周期后。對(duì)細(xì)料有一定的膠結(jié)作用。浸水承載力試驗(yàn)表明，通過這樣兩個(gè)周期，其承載力應(yīng)該會(huì)長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，甚至從第三個(gè)周期起，承載力的穩(wěn)定程度有著輕微的升高。此特性對(duì)于我們將其用于洪泛區(qū)有著積極意義，通過實(shí)驗(yàn)我們還發(fā)現(xiàn)此材料表現(xiàn)出非常弱的降解性。試驗(yàn)結(jié)果詳見表1：

應(yīng)當(dāng)注意：在制造完成含水量為98％Wopm的cBR試塊之后，將其浸入水中24小時(shí)，然后放至60度的烘箱內(nèi)24小時(shí)，這是第一個(gè)周期，此周期后應(yīng)跟隨一個(gè)浸水4日CBR試驗(yàn)。兩個(gè)周期的實(shí)驗(yàn)是連續(xù)做兩個(gè)浸水然后烘干的周期后，接著做一個(gè)浸水4日CBR試驗(yàn)，測(cè)定承載力，三個(gè)周期的實(shí)驗(yàn)是連續(xù)三個(gè)周期，隨后做浸水4HCBR試驗(yàn)，以此類推。

由以上試驗(yàn)結(jié)果可以得出結(jié)論：凝灰?guī)r(Tuf)為對(duì)水不敏感材料，其剩余承載力iCBR為18，石料場(chǎng)的凝灰?guī)r可以有條件的用于洪泛區(qū)填筑。

假設(shè)有約為80Mpa的EV2等量承載力，路床由PF3型的路基和最小級(jí)別PST3(水外的PST)和AR2(EV2承載力最小50Mpa)的PST層組成，剩余承載力滿足此假設(shè)要求。

四、凝灰?guī)r的使用條件和施工條件

通過試驗(yàn)，GTR分級(jí)為B5的實(shí)驗(yàn)材料符合對(duì)水不敏感材料的特性。其對(duì)水不敏感性來源于其80μ＜12％的通透率和＜0.2的亞甲蘭值。用于洪泛區(qū)時(shí)，長(zhǎng)期承載力被認(rèn)為與浸水CBR(即iCBR)路面下陷的原理有關(guān)。

(一)凝灰?guī)r的使用條件

見表2凝灰?guī)r試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表：

根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，每一個(gè)凝灰?guī)r料場(chǎng)樣品的指標(biāo)并不相同，有一些差別較大。通過定義一個(gè)簡(jiǎn)單試驗(yàn)來驗(yàn)收開采出的原料，我們嘗試在材料的長(zhǎng)期承載力(iCBR)和其物理化學(xué)相關(guān)試驗(yàn)(80μ通過率，亞甲蘭試驗(yàn)，碳酸鈣含量)之間建立一個(gè)安全系數(shù)關(guān)系。

1.亞甲蘭／iCBR。此兩項(xiàng)試驗(yàn)?zāi)軌蛟谀規(guī)r的亞甲蘭指標(biāo)和浸水CBR承載力間建立一種系數(shù)關(guān)系。通過一條曲線，我們認(rèn)為這個(gè)系數(shù)是確定的，可以接受的。我們注意到，直至亞甲蘭值為0.5時(shí)，此曲線的走向?yàn)橐粭l明顯直線，略帶傾斜。超過此值后，變?yōu)閹в兄笖?shù)曲線的特征，并且浸水承載力值迅速降低。當(dāng)亞甲蘭值為0.5時(shí)，承載力為30，相當(dāng)于EV2承載力當(dāng)量大于100Mpa。如圖1所示：

2.80μ通過率／iCBR。用同樣的方法分析，我們無法找到細(xì)料的含量與承載力間有明顯的系數(shù)關(guān)系，此項(xiàng)系數(shù)很小，R2=0.29，如圖2所示：

3.碳酸鈣百分比／iCBR。通過研究化學(xué)特性，凝灰?guī)r中碳酸鈣含量極高，平均為92.6％，最低值為76％，最高值為100％。未發(fā)現(xiàn)碳酸鈣含量與承載力有明顯的系數(shù)關(guān)系(碳酸鈣含量為100％時(shí)，iCBR值為18，碳酸鈣含量為96％時(shí)，iCBR值為76，碳酸鈣含量為76.8％時(shí)，iCBR值為13)。由此可以得出結(jié)論，當(dāng)碳酸鈣含量超過95％時(shí)，承載力值超過20％，如圖3所示：

作為結(jié)論，把從石料場(chǎng)開采出來的凝灰?guī)r，其試驗(yàn)亞甲蘭值不高于0.5作為可以使用的主要指標(biāo)。

(二)施工條件

選擇在W1標(biāo)段進(jìn)行了一次試驗(yàn)段的施工工作，使用V5級(jí)別的壓路機(jī)和從2號(hào)料場(chǎng)開采的原料，其主要技術(shù)指標(biāo)如下：

(GTR)分級(jí)：B5，亞甲蘭值為0.5，11＜80μ通過率＜14，1.67＜γd OPN(最大干密度)＜1.73，9.89＜W％OPN(最佳含水量)＜17.9。

此次試驗(yàn)段施工方法如下：施工層厚度30厘米，壓路機(jī)速度為3km/h，碾壓三遍。第一遍為靜止碾壓，第二遍為強(qiáng)振，第三

遍為靜止碾壓。

在這些條件下。對(duì)于最大干密度為1.65～1.73t/m³的凝灰?guī)r填料，壓實(shí)度達(dá)到了99％OPN。

根據(jù)試驗(yàn)段的經(jīng)驗(yàn)，采取路層填筑30厘米厚，壓路機(jī)三次碾壓的方案，為了限制變形，壓實(shí)度要達(dá)到100％γdOPN。

根據(jù)專用技術(shù)規(guī)范的要求，B5類材料應(yīng)在含水干燥到潮濕的狀態(tài)下進(jìn)行填筑。太干燥和太潮濕類材料不能應(yīng)用。根據(jù)定義的標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)參數(shù)(γdOPN=1.85t/m³和W％OPN=13.02％)，在太干燥狀態(tài)和太潮濕狀態(tài)間的底限值為0.6WOPN，即7.8％，最大值為1.25 WOPN，即16.5％。

作為結(jié)論，符合使用條件的凝灰?guī)r其含水量應(yīng)該控制在7.8％至16.5％之間。壓實(shí)度γdOPN應(yīng)達(dá)到100％，EV2(長(zhǎng)期)承載力＞50Mpa，同時(shí)EV2/EV1＜2。

五、洪泛區(qū)設(shè)計(jì)方案的確定

(一)設(shè)計(jì)方案的限定條件

因洪泛區(qū)原地表地層為粘土，毛細(xì)水上升受限，此上升更直接地取決于含水地層的位置，因此凝灰?guī)r的使用僅限于地下層為粘土的洪泛區(qū)。但是，壓實(shí)后的凝灰?guī)r阻斷了洪泛區(qū)兩側(cè)水路的自由流動(dòng)，極可能造成積水，淹沒路基。因此要通過結(jié)合了匯水和排水設(shè)施的結(jié)構(gòu)物來保證實(shí)現(xiàn)水利的通透性，必須設(shè)置一定的水利設(shè)施和排水層，保證路基兩側(cè)的水能夠自由流動(dòng)，避免積水。

(二)設(shè)計(jì)方案的具體內(nèi)容

1.調(diào)查阿爾及利亞多年水文資料，在洪泛區(qū)低洼段或者汛期水路經(jīng)過路段，設(shè)置過水涵洞或泄洪橋，排水能力要求遇百年一遇洪水不得淹沒路基。

2.非結(jié)構(gòu)物路段，清除腐殖土且壓實(shí)后，填筑0～200mm的碎石，作為排水基礎(chǔ)，此排水基礎(chǔ)良好的滲透性能夠避免凝灰?guī)r的毛細(xì)現(xiàn)象發(fā)生浸透，填筑高度超過原地面高程50cm。碎石上面再填筑符合要求的凝灰?guī)r，填至百年一遇洪水位線以上50cm，按照試驗(yàn)段的要求施工。

3.對(duì)于石料充足路段，可以采用0～200mm的碎石，填至百年一遇洪水位線以上50cm。

六、結(jié)語

凝灰?guī)r代替碎石填筑洪泛區(qū)，施工單位可以就地取材，合理利用當(dāng)?shù)刭Y源，大大加快了工程進(jìn)度，也取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著阿爾及利亞高速公路的不斷加快發(fā)展，必將有更多的中國公司加入其中，這一方案對(duì)于今后類似的工程施工有著很好的借鑒作用。