高原、嚴(yán)寒地區(qū)高速公路路基改擴建處理措施分析

桂 彬 （安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

本次研究基于對青海省黃瓜梁至茫崖（省界）高速公路工程項目的設(shè)計、施工環(huán)節(jié)處理措施進行分析，從而準(zhǔn)確找出在高原、嚴(yán)寒地區(qū)對高速公路路基改擴建設(shè)計及施工的重點、難點和相應(yīng)解決措施。

該項目位于青海省海西蒙古藏族自治州茫崖市，經(jīng)過大烏斯山脈，屬高原大陸性氣候，晝夜溫差大、全年多風(fēng)少雨、高寒缺氧。海拔高程2800～3400m，地勢大致為北東高、南西低。不良地質(zhì)為風(fēng)積沙、泥石流，特殊巖土為鹽漬土。

1 鹽漬土路段路基改擴建處理措施

項目區(qū)沿線普遍存在不同程度的鹽漬土，主要分布于洪積平原。地層巖性主要以細砂、礫砂為主。由于本地區(qū)地表蒸發(fā)強烈、氣候干燥，水對鹽漬土的穩(wěn)定性影響較小。

全線鹽漬土路段總計169 段，總長度為101.934km，占路線總長的67.91%。其中弱鹽漬土總計120 段，總長度73.444km；中鹽漬土總計42 段，總長度25.885km；強鹽漬土總計3 段，總長度0.942km；過鹽漬土總計4 段，總長度1.663km；二級公路整體式路基已經(jīng)實施的總長度為15.459km，共30段。

1.1 弱鹽漬土按照一般路基處理

弱鹽漬土路段總計120 段，總長度73.444km，占全線鹽漬土路段的72.05%，其中弱-氯鹽漬土總長為17.273km、弱-亞氯鹽漬土19.989km、弱-硫酸鹽漬土10.128km、弱-亞硫酸鹽漬土26.054km。由于弱鹽漬土對路基影響較小，從節(jié)省工程投資考慮，不進行專門處治，但應(yīng)保證一定的填土高度，并做好防排水措施。

1.2 中～強（過）氯鹽漬土路段

①低填淺挖鹽漬土路段

低填淺挖處理深度至路床底，換填優(yōu)先選用級配較好的礫類土、砂類土等粗粒土作為填料，路床底部均勻鋪設(shè)兩布一膜土工合成材料隔斷層，低填及挖方段新舊路床底部鋪設(shè)的兩布一膜隔斷層縱向搭接50cm以上。

②填方鹽漬土路段

對于中-過鹽漬土路段，路基采用挖臺階（臺階反坡）+換填非鹽漬土的處理方式，并在基底鋪設(shè)土工隔斷層。

對于一般填方路基，土工布鋪設(shè)寬度為路床底部寬度，對于低填淺挖段路基，為路床底部兩側(cè)超寬1m 鋪設(shè)。具體縱向及橫向搭接寬度參照相應(yīng)土工合成材料規(guī)范。且按照咨詢意見，隔斷層的路拱橫坡不應(yīng)小于2%。

按照外業(yè)驗收意見，取消了土工膜上、下層面設(shè)置的中粗砂保護層，為了防止土工布隔斷層被擠（壓）壞，土工布上、下層填筑時，盡量采用不含有未篩分礫料的粗顆粒土填筑。且按照咨詢意見，明確高速公路路床填料不應(yīng)采用細粒土質(zhì)砂礫弱氯鹽漬土回填。

2 新舊路基銜接處理措施

本項目主線改擴建段落新舊路基采用挖臺階+土工材料的搭接方式，挖臺階寬度要求，路床按80cm 高、2.0m 寬開挖，路堤按1.0m 高、1.5m 寬進行臺階開挖，并將臺階設(shè)置為向內(nèi)傾斜的反坡。一般填方段路床底部橫向滿鋪一層雙向高強土工格柵，路基基底根據(jù)回填材料鋪設(shè)一層雙向土工格柵或土工格室（基底為碎石路段）。根據(jù)施工圖咨詢意見，低填淺挖段及挖方基底段只需在路床開挖臺階。土工材料需搭接時，搭接寬度不小于20cm。為保證壓實質(zhì)量，盡量采用大型壓實設(shè)備碾壓施工，合理確定碾壓遍數(shù)及最佳含水率。對于大型機械無法壓實的邊角部位及工作面較小部位，采用超寬填筑碾壓或人工小型機具壓實的方法，并對拼接部位加強壓實度檢測，滿足設(shè)計要求（拼接段新建路基的填土壓實度較一般路段要求提高1 個百分點實施），如圖1所示。

圖1 新老路基拼接設(shè)計圖

圖2 Ⅰ型～Ⅳ型擋水埝斷面圖

3 路基排水銜接處理措施

3.1 排水設(shè)計原則

本項目的排水設(shè)計根據(jù)項目區(qū)域地形特點、環(huán)境情況及構(gòu)造物設(shè)置要點，以因地制宜為原則，采用“防、疏、堵、截”綜合治理手段，優(yōu)化完善排水設(shè)計。

全線通過設(shè)置邊溝、排水溝、急流槽、平臺排水溝、截水溝、導(dǎo)流壩及擋土埝等排水構(gòu)造物，并配合橋涵設(shè)置、改溝及綜合修坡措施，將水引出路基之外，散排或排入天然溝塘等水系之中（工程建設(shè)盡可能不改變原有水系）。

本項目屬于高原大陸性氣候，年平均氣溫低，氣溫年較差、日較差變化較大。多年平均降水量在45mm，年蒸發(fā)量平均3072mm。路基排水依據(jù)該地區(qū)降雨強度以及相鄰國道G315 水毀現(xiàn)狀進行設(shè)計。

3.2 改擴建排水設(shè)計處理措施

改擴建的排水設(shè)計是對既有道路排水系統(tǒng)的改良和優(yōu)化，對項目地區(qū)既有氣候特征與水文地質(zhì)條件、既有道路的排（積）水設(shè)置情況、不良地質(zhì)的詳盡調(diào)查，綜合設(shè)置改擴建排水措施，具體如下。

①排水溝

由于項目所在區(qū)干旱少雨，一般路段不設(shè)置排水溝，直接散排。經(jīng)過城市路段在路基兩側(cè)均設(shè)置排水溝。

根據(jù)本項目環(huán)境影響報告書具體要求，在尕斯庫勒湖濕地區(qū)域內(nèi)設(shè)置連續(xù)貫通的防滲邊溝、防滲排水溝，并將水流匯集在收集池內(nèi)，同時在邊溝和排水溝及收集池底部鋪設(shè)防滲土工布（即在一般排水溝底部包邊鋪設(shè)土工隔斷層，防止溝底滲漏）。

a.本次采用40cm×40cm、40cm×50cmC25預(yù)制混凝土梯形排水溝。

b.設(shè)置上邊坡防護路段，每級設(shè)置2.0m 平臺，挖方邊坡平臺設(shè)40cm×25cm 矩形平臺排水溝，采用8cm 厚預(yù)制C25混凝土，結(jié)合急流槽的設(shè)置，將坡面匯水引出路基以外或引入自然溝渠。

②急流槽

為了防止坡面沖刷，邊溝、排水溝、截水溝出水口等受地形限制落差較大時，均設(shè)置C25現(xiàn)澆混凝土矩形急流槽，槽底設(shè)置消力設(shè)施，降低沖刷勢能，防止槽底掏空。

③截水溝

本項目在部分挖方路塹坡頂外5m處設(shè)置坡頂截水溝，坡頂水通過倒虹吸、坡面急流槽或者順坡（短距離內(nèi)地勢起伏較大，能找到填挖交界泄水口）排至路塹邊溝。

④擋水埝

根據(jù)沿線地形和匯水量大小，路基排水中增設(shè)擋水埝，擋水埝采用I～Ⅳ型擋水埝。

其中I 型～Ⅱ型擋水埝，適用于K4+060～K84+500 段，Ⅲ型～Ⅳ型擋土埝適用于K84+500～K149+000段。

加固擋土埝及擋土埝需分層填筑、壓實，坑洼處需找平，填筑時以黏性土為宜。

加強老路排水措施，提高老路防排水等級。對設(shè)施沖刷嚴(yán)重、構(gòu)造物等級不滿足排洪需求的路段進行整治，老路土壩沖毀路段增設(shè)現(xiàn)澆混凝土防護。

由于橋涵出水口高程較低不能滿足過水需求，應(yīng)橫向開溝把通過導(dǎo)流壩及擋土埝匯集到橋涵的地表水順暢排出或引到鐵路橋涵或空曠地段，如圖3所示。

圖3 導(dǎo)流壩布設(shè)平面圖

橋涵進水口位置，在橋涵進水口范圍進行刷坡，使導(dǎo)流壩匯集的地表水順暢流入橋涵構(gòu)造物。

4 橋涵過渡段處理措施

為保證壓實質(zhì)量、盡量避免橋臺跳車，橋涵臺背設(shè)置過渡段，過渡段長度根據(jù)橋頭填土高度（或涵洞通道處理高度）與橋臺形式確定，涵洞段長度L（m）=2H+3，中、小橋橋段長度為L（m）=2H+4，大橋橋段長度為L（m）=2H+5，H 為路基填土高度。

臺背采用粗顆粒土回填，路床及路堤填料最大粒徑應(yīng)符合相應(yīng)規(guī)范要求，粗顆粒土的最小粒徑不小于0.1mm。橋涵臺背填料，每隔2m 使用液壓夯機進行液壓補強，過渡段路基壓實度不應(yīng)小于97%。

5 路基防護設(shè)計方案

本項目防護類型的選取要綜合考慮以下兩方面因素，一方面項目區(qū)域干旱少雨，植被不易成活，另一方面防護措施兼顧穩(wěn)定性的同時減少圬工體積。

5.1 一般填方路段

當(dāng)路堤邊坡高度不大于3.0m 時，采用刷坡處理，不再采取防護措施。

當(dāng)路堤邊坡高度大于3.0m 時，采用預(yù)制C25 混凝土拱形骨架護坡防護，骨架內(nèi)進行填土。填高10m 以內(nèi)采用一坡到頂防護方式，配合設(shè)置擋土墻，盡量不采用分級設(shè)置平臺的方式，防止平臺積水、潰坡。

預(yù)制安裝結(jié)構(gòu)施工步驟為根據(jù)設(shè)計預(yù)制所需的預(yù)制件并進行相應(yīng)的養(yǎng)生；根據(jù)設(shè)計復(fù)測放樣，標(biāo)出拱形骨架開挖線，削坡至設(shè)計坡率；設(shè)置10cm 左右厚度的墊層，墊層采用M10 砂漿；自下而上安裝相應(yīng)的預(yù)制件；采用水泥砂漿勾縫；對拱形骨架內(nèi)進行培土整平。

①護腳墻/重力式路堤墻

對于填方高度較大、地面較陡路段，為了收縮坡腳并防止側(cè)向滑移，設(shè)置護腳墻/重力式路堤墻。

②護坡

對于部分有少量積水，待路基完成后，有可能對邊坡有沖刷的路段設(shè)置C25 混凝土護坡，其高度比設(shè)計水位高出50cm。

5.2 挖方邊坡

對于挖方邊坡高度不大于3.0m 的土質(zhì)路段，設(shè)置邊坡坡率為1：1.5，采用刷坡處理。因項目區(qū)域干旱缺水，植物不易成活，故不做防護。

對于挖方邊坡高度大于3.0m 的土質(zhì)路段，采用C25 預(yù)制混凝土拱形骨架防護，骨架內(nèi)填筑片石滿鋪，坡高10m以內(nèi)一坡到頂，配合設(shè)置路塹擋墻穩(wěn)定坡腳。

5.3 橋頭路段

橋頭路段防護（橋頭10m 范圍內(nèi)），對于橋頭堤邊坡高度小于等于3.0m 的路段，采用刷坡處理，不再采取防護措施。當(dāng)路堤邊坡高度大于3.0m 時，邊坡坡面采用預(yù)制六棱塊混凝土滿鋪防護。

5.4 泥石流路段

路基迎水面外側(cè)設(shè)有導(dǎo)流壩及（加固式）擋土埝截水措施的，拱形護坡的拱腳基礎(chǔ)埋深按1.0m控制。

路基迎水面外側(cè)沒有設(shè)置導(dǎo)流壩及（加固式）擋土埝截水措施的路段，拱形護坡的拱腳基礎(chǔ)埋深按所在段落最大沖刷線以下50cm控制，且不小于1.0m。

5.5 低填淺挖路段

路基右側(cè)（迎水面）設(shè)置擋土埝路段，對于路基填高較小以及淺挖路段進行削土坡，防止地表水漫過路面。削土坡溝槽底距坡腳不小于3.0m，路基邊坡坡腳處理成圓順的流線形，與路側(cè)削坡地面自然銜接，削土坡溝槽底寬不小于1.0m。

6 結(jié)論

本文依托高原在建項目，對高寒地區(qū)的高速公路路基改擴建難點、要點進行了設(shè)計、研究，保證了路基改擴建處理措施的有效、可行、經(jīng)濟、適用，并實踐于項目中。目前在國內(nèi)對于高原、嚴(yán)寒地區(qū)高速公路改擴建項目類型仍需要繼續(xù)探索，在應(yīng)對惡劣天氣的同時，還需要對該區(qū)域特殊性巖土的地基處理及相應(yīng)的防排水設(shè)施進行詳盡調(diào)查與研究，從而做到有的放矢。希望本文研究、實施的路基改擴建處理措施可以對類似的項目提供參考。