高速公路路基設計及軟土地基處理

易文鋒

規(guī)劃設計 Planning and design

高速公路路基設計及軟土地基處理

易文鋒

（中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100089）

隨著高速公路建設規(guī)劃的實施，高速公路建設工程不斷深入到地勢較陡的地方，從而在施工過程中遇到地質(zhì)條件較復雜的情況，在高速公路建設施工要求中，對路基寬度要求要求較高，同時對高速公路建設縱坡的限制也較嚴格，這與高速公路建設地形處于等地地勢下產(chǎn)生矛盾。為此，高速公路建設應采用科學、合理的設計方案進行設計，以確保工程質(zhì)量。

高速公路；路基設計；排水設計

0 前言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，交通運輸狀況成為影響經(jīng)濟發(fā)展的重要制約和影響因素，在公路交通網(wǎng)絡建設中，高速公路建設日益受到重視，一般都是多點交匯，而高速公路建設涉及的區(qū)域分布較廣，高速公路跨越的地形條件較為復雜，因此，在高速公路施工設計時應遵循相關的設計原則。

1 高速路基設計的原則

1.1 在設計時考慮到建設路基情況和施工技術

高速公路路基施工中，對路基施工質(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)運行的關鍵。與此同時，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，對高速公路建設在各個方面的要求都越來越高，在工程建設成本控制方面，以及在進行高速公路建設時，對使用環(huán)保建筑材料和施工技術的要求也越來越高，這就導致在高速公路設計中，綜合考慮各個方面的因素。

1.2 正確處理路線和路基設計關系

高速公路設計中，對于路線的確定，不應僅考慮路線的連通性，而應更多地關注在建設過程中，對于路線所處的地質(zhì)環(huán)境、路基土的成分以及相關的地質(zhì)環(huán)境問題。從工程難度、土方石量、地質(zhì)條件等因素對高速公路設計影響條件，以及路基施工地質(zhì)條件等方面進行綜合判斷和考慮，以決定設計方案中的具體細節(jié)。應特別注意的是，當設計路線通過施工工程較難時，或當?shù)刭|(zhì)結構組成復雜，給工程建設造成較大障礙時，應更多地注意設計路線與路基的協(xié)調(diào)配合。

1.3 明確路線設計

設計者在對高速公路路基進行設計時，首先要對公路的施工路線進行有效的設計，只有正確處理好路基與道路的關系，才能正確設計公路。高速公路山區(qū)路線與平原路線存在著一定的差異，設計人員需要充分考慮地形的優(yōu)缺點。由于在進行道路施工時，會受到多種因素的影響，因此必須對周邊地區(qū)的地形地勢進行綜合考慮。尤其在高速公路建設中是否會出現(xiàn)占用耕地的現(xiàn)象，必須對其有一個全面的認識，才能保證設計方案更加科學合理。就設計過程而言同時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行，避免在施工過程中出現(xiàn)這樣那樣的不良情況。設計者在確定最終路線方案時，應保證施工施工成本最低、工程量最小、路基結構最牢固。

1.4 滿足經(jīng)濟環(huán)保要求

設計者在對山區(qū)高速公路路基進行設計時，還需要調(diào)查當?shù)氐牡刭|(zhì)條件，設計方案應滿足科學、環(huán)保的施工要求。若該地區(qū)地勢較陡，在進行路段設計時，設計者應結合整體路基，對該階段的路基進行綜合考慮，制定科學合理的施工方案，以保證該階段的順利施工。對于地勢較低的地區(qū)，在進行路基設計時，可充分了解當?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。對于一些邊坡較高的地區(qū)，在進行路基設計時，還需要借助錨桿進行加固。

2 高速公路路基設計方法

2.1 在設計中采用高路堤

在高速公路的路堤設計中，宜采用填石路堤的設計方案，在設計方案中，高路堤和填石路堤在穩(wěn)定性和重載車輛通過性驗算上均能達到較好的效果，而在施工施工費用和資金投入方案上則相應減少。對于高路基的設計，采用填料時，應注意選擇透水性和抗風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，應注意鋪設雙層土木格柵，以充分保證高路堤設計時不會發(fā)生地基不均勻沉降，同時保證路基施工的穩(wěn)定性和安全性性。

2.2 高速路基設計中緩坡路基設計

當高速公路建設中遇到緩坡道施工時，對于緩坡道路基的施工設計，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)路面借方嚴重的情況，就需要在設計方案中采用加筋陡坡路堤的設計方法。將加筋陡坡堤壩與板樁墻設計相結合，用于緩坡路的基礎布置。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。該組合設計方案適用于窄坡度路面路基的設計情況，能有效地減少路基借方情況的發(fā)生。

2.3 路塹高邊坡設計方法

對險峻地形施工時，遇到路塹高邊坡的情況，應充分分析不同的地質(zhì)環(huán)境及施工建設的實際情況，分別采用不同的板樁、擋墻、錨索、錨固等加固方法。當公路建設中遇到滑坡、崩塌等易發(fā)區(qū)時，應對坡度進行清理，適當開挖減緩坡度，同時設計相應的防滑墻、抗滑樁并結合錨固、錨索進行加固作業(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計

高速公路施工中，一般都會發(fā)生路基施工質(zhì)量和強度受排水影響的情況。與此同時，路基施工與防水工作的開展有著密切的聯(lián)系。公路路基建設中，會出現(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。在高速公路設計中，對于路基排水性能的相關設計應予以重視。在路基排水設計上，應結合高速路面上部排水與下部排水設計相結合的設計理念。公路路面積水應在設計中充分考慮，不應超過路面之下路基施工范圍的積水，要注意避免路面設計中的水漫過路面，使路面積水集中在同一部位，甚至出現(xiàn)下滲現(xiàn)象。當進行路基施工設計時，若在路基施工過程中出現(xiàn)地下水的情況，應采取相應的設計方案，對地下水進行阻斷，并將地下水引至路基施工工程以外的地方。高速公路工程設計中，應充分調(diào)查研究建設項目的自然環(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)結構成分。對施工條件較復雜的地段，應重點對其進行整體規(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處理，以保證道路的使用壽命。隨著經(jīng)濟的快速發(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，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，進而影響公路的使用。

4 高速公路軟土地基的特性

4.1 力學特性

松土為深灰色，主要成分是細小的顆粒，在振動作用下，很容易破壞其結構。軟土流動性強，抗壓性差，受力后易發(fā)生變形，施工過程中若處理不當，極有可能導致土體坍塌，嚴重影響工程進度。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，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，從而影響整個路基的安全和穩(wěn)定。

4.2 物理特性

軟土地基力學性能差，含水量高，整體強度差，極易形變，有機質(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

軟土地基的抗剪強度不能滿足荷載的要求，在外力和自身重力的作用下，流動性大，沉降明顯，極易發(fā)生軟土移動，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)軟土地基的實際情況，對其進行必要的處理，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，軟土地基結構發(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散。軟土地基由于其極強的壓縮性，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 對公路施工中軟土基地的有效處理辦法

6.1 夯實加固法

由于軟土含水率高、抗壓性差，因此需進行夯實加固處理。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。對含水率較高的土體，可排出多余水分，提高地基承載力，對河流、沼澤等地區(qū)，可起到明顯的施工效果。對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行混合，通過充分攪拌降低土壤含水量，提高軟土地基的承載能力。要根據(jù)現(xiàn)場情況進一步確定具體的施工細節(jié)，時刻觀察夯實效果，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，用打樁機制成樁，在褥墊層的作用下，其與周圍土層緊密結合，形成復合地基，在樁身上集中受力，分擔軟土的荷載，減少周圍土層的受力，使整體承載能力明顯提高，減少沉降。試驗結果表明，該方法能有效地提高軟土地基的承載能力，其應用效果已被廣泛認可。該方法的關鍵在于強度等級的確定，越精確的計算，就越能取得良好的應用效果。施工技術也很重要，需要有經(jīng)驗的施工人員來主導施工，對施工細節(jié)進行嚴格的控制，以確保在高速公路施工中有效解決軟土地基問題。

6.3 深層打孔強夯法

強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，同時對填土部分進行夯實加固。該方法具有加固效果好，設備簡單，操作方便，施工周期短，節(jié)省人力物力，適用性強等優(yōu)點，除對較厚的淤泥類地質(zhì)不適用外，對其它軟土地基的強夯效果也是相當理想的，成為目前使用最廣泛的強夯方法之一。具體施工過程還需結合現(xiàn)場具體情況，可在地基孔洞內(nèi)完成填土強夯部分的施工，提高地基的粘性和承載力，使地基更加緊實牢固，增強整體的穩(wěn)定性。依據(jù)土的性質(zhì)選擇合適的材料和夯實力度，使擠壓效果更好，保證了路橋工程的施工質(zhì)量。建設項目竣工后，應合理處置殘余廢棄物，減少環(huán)境污染，盡量重復利用，節(jié)約工程造價，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

6.4 灌漿處理技術

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，待漿液擴散凝結后，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，把握土層特性，制定詳細的注漿方案，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，減少了對環(huán)境的污染，使施工更加環(huán)保。注漿時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設備進行碾壓加固，密切注意管道的密實度，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，必須嚴格按照施工要求和操作規(guī)程進行施工。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

對表面較脆弱的軟土地基，進行表層排水處理，可減少土體含水率，提高地基穩(wěn)定性。對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、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，一般在實際使用中需要與其它加固措施協(xié)同作用。當?shù)刭|(zhì)條件較好，土體含水率對地基穩(wěn)定性起主要影響因素時，采用該方法可取得較好的處理效果。

7 結語

高速公路施工過程中，受許多影響因素的干擾，高速公路路基設計會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，使設計工作更加困難，因此在進行高速公路路基設計時，應充分考慮到設計施工現(xiàn)場的自然環(huán)境和地質(zhì)條件，并結合這些調(diào)查資料，在設計方案中做到因地制宜。針對設計中遇到的不同問題進行具體情況的具體分析，在建筑指標要求下的設計施工大膽創(chuàng)新，在設計中多準備幾套設計方案，并結合實際施工情況對設計方案進行篩選。在設計中還要考慮到環(huán)保、成本等多方面因素。

[1]魏澤軍，付雄.淺談江漢平原高速公路軟基處理中的若干問題[J].四川水泥，2019（02）：113.

[2]韋金宋.關于高速公路軟土地基施工新技術的分析與探討[J].智能城市，2018，4（20）：115-116.

[3]周麗.泡沫輕質(zhì)土在軟土地基高速公路中的應用研究[J].四川水泥，2018（10）：52-53.

[4]周建.高速公路工程施工中軟基處理關鍵技術應用研究[J].工程建設與設計，2018（12）：38-39.

TU7

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1007-6344（2021）01-0274-02