对论昌金高速公路重丘路段路堤的综合设计

论昌金高速公路重丘路段路堤的综合设计虞峥1严敏2傅珂1（1江西省公路管理局科研设计所南昌330002）（2江西省公路机械工程局南昌330013）摘要：高速公路山岭重丘区路堤稳定性设计是整个山区高速公路设计过程中一个重要的环节。为了解决好这个问题并充分利用沿线所经过的荒山荒地，将路基稳定性、排水、防护、弃土环保等问题综合进行分析、设计是必要的。关键词：道路工程；重丘；路堤稳定性；排水；防护；环保0前言江西省是一个暴雨成灾的地区，每年的公路、铁路水毁事件令各级管理、养护部门疲于应付，严重地影响了当地人民正常的经济生产和生活，给当地的国民经济建设造成了巨大的损失。在山区高速公路建设过程中，如何确保山区高速公路路基的稳定性，防止路基失稳，加强排水，并充分利用荒山荒地弃土，节约宝贵的农业资源是每一位道路设计人员要面对的首要问题。昌傅至金鱼石高速公路为上海至瑞丽国家主干高速公路的一部分，横跨江西省中西部地区，途经新余、宜春、萍乡等三个设区市。全长约170km，设计计算行车速度为100km/h，路基宽26m，路面行车道宽15m，双向双车道，中央分隔带宽2m。昌金公路萍乡境内段跨过杨歧山余脉进入湖南省。萍乡市属赣西丘陵山区，山地面积占36%，丘陵占23%，低丘岗地占41%。地形复杂，山岭陡峭。该地区属亚热带气候区，高温多雨，雨量充沛，干湿季节分明。年平均气温为17.3℃，一月平均气温4.8℃,七月平均气温28.7℃。年平均降水量1600mm，年平均蒸发量1200mm，年平均无霜期270天。较高的设计技术标准的采用，使得道路路线往往没有太多的选择余地。当道路经过陡峭的山坡坡体，大填大挖和大量的取、弃土都是不可避免的。从而使得工程技术人员在进行路基稳定性、排水、防护和环保设计时必须进行综合分析考虑，跳出传统的设计思路，敢于充分利用不良地形条件，化不利为有利。同时又确保或进一步提高路基的稳定性，减少道路运营期间的隐患，得到一个完美的、质优价廉的设计方案。1实例1.1路段概况由平面图1可见：昌金高速公路萍乡境内K519+150—K519+550段的400m范围内，路线纵断面经过了填、挖九次变换，可见该段地形变化之频繁。在完成道路平纵横综合优化设计后，区段内土石方不能填挖平衡，为综合弃土区。经调查，道路坡脚左侧为良田和水塘，单独从弃土的角度考虑，向路基左侧弃土确实简便易行。但路基左侧的水塘是其下游数百亩良田的唯一灌溉渠道，征用为弃土场将严重破坏当地人民的正常生产生活。而且农田（尤其是高产良田）的大幅度的减少，已经成为全省乃至全国农业生产的首要问题。征用农田弃土对于当前全国农田面积大幅减少更是雪上加霜。本着一切从实际出发的原则，应该尽量利用荒山荒地作为零散弃土场，降低集中弃土的程度。1.2设计方案1.2.1设置涵洞方案按照通常的设计思路，只需在每段沟谷处设置一道涵洞加强排水即可。在此处就意味着需要连续设置4道长约60m的2×3的盖板涵或拱涵来排除汇水面积仅为0.16Km2的积水。这将会增加50余万元的工程造价，目的仅仅是为了路基的稳定，没有任何便民或其它方面的必要性。1.2.2不设置涵洞方案 考虑工程的经济性和没有设置涵洞的必要性，不设置涵洞对于工程造价将是一个很大的节省。但单独设置路基边排水沟是不可能完全及时排除路线右侧沟谷中的积水的。路基右侧的积水若不能迅速排除，将渗透到路基基底，并将对路基的稳定性产生非常不利的影响。1.2.3采用的综合处理方案由高速公路通行运营的特殊性可知，道路建成开通后，道路两侧横跨高速公路的通行将会受到很大的影响，被道路隔断的小块零散的贫瘠山地将会由于通行的不便而得不到农民们的及时照顾。且道路建成后，用作灌溉的唯一源泉——山谷中的泉眼将会被路基覆盖，浇灌山顶上的旱地将会变得不太实际。从而使得将该荒地设置为零散的弃土场较为理想。依照道路排水系统设计考虑，可将该地形路基横断面设计成路右侧完全填起，并设计成表面保持5%左右的坡度倾向于道路一侧，使得道路右侧的汇图2水能及时排向路基边缘的排水沟（见图2）。同时填方路段的排水沟可以和挖方路段边沟顺畅连接。从而确保路线右侧排水的顺畅，使得路基的稳定性不再受到不利季节积水的影响。同时，可以大大减少设置涵洞的数量，节约工程造价。依照道路路面稳定性对排水的要求，将填方段的排水沟平均向外移动3～5m，尽可能减少排水沟可能的渗水或溅水对公路路面干湿状况的影响。设计时将整个填方路段排水沟的四周包覆土工布。为尽可能减少弃土堆表层渗水对路基基底的影响，采用以下几项防护处理措施：1、设计时在整个弃土堆的上层铺设一层土工布，然后上覆20cm粘土，种植绿化草皮和树木，减少水土流失；2、在弃土堆与山体相接处的边缘，开挖山坡坡体，将土工布埋置在山坡坡体内以减少接合部的渗水现象。同时在开挖坡体上方5m处设置截水沟。3、整个弃土堆的填筑和压实按照路基土石方的填筑和压实要求进行处理。1.3弃土堆的稳定按照路基的稳定性要求，在路基右侧设置弃土堆后将会对该段整个路基的稳定性产生极大的影响，而且成为该设计思路能否顺利贯彻实施的制约性因素。1.4稳定性验算在地面横坡陡于1：2.5时，路堤可能沿地面下滑，造成路堤变形过量而破坏，这是一类稳定问题。因此对陡坡路堤应进行稳定性验算。本处拟取昌金高速公路第14标段K519+500断面为例，进行综合处理后的路基稳定性验算。路堤横断面如图2所示(图中尺寸均以m为单位)。依据钻探资料可知填料容量γ=1.87t/m3，φ=27°30′28″（f=tgφ=0.381）。取路基下滑的稳定系数为K=1.25，且高速公路的设计车辆荷载：汽超20的重车为55t，车辆荷载的纵向分布长度为13m，横向分布宽度为5.5m，换算土柱高度为h0=nG/γBl=2×55/(1.87×5.5×13)=0.82m。具体验算过程详见下表:陡坡路堤稳定性验算土块号土体面积(m2)γ(t/m3)Wn=γ.A(t)αnαn-1-αnWn·sinαnWn·cosαn·tgφ/KEn-1cos(αn-1-αn)En-1sin(αn-1-αn)·tgφ/KEn(t)12.961.875.5435.6—3.221.38——1.842157.01.87293.6621.514.1107.6383.911.780.1425.373224.21.87419.355.915.643.11128.1024.432.10-62.654348.51.87651.867.6-1.786.21198.42-62.620.57-175.4剩余下滑力E=-175.4t，路堤稳定，不须加以处理。在昌金高速公路K519+500桩号处路基横断面与弃土场联合设计后，能顺利通过路基稳定性验算，表明该设计完全可以顺利、安全地实施。在该区域内实施该方案后可弃土约3万m3，节约弃土面积约5亩。2推广运用的几点体会2.1增强稳定在采用上述思路进行设计时，如果陡坡路堤验算后不能满足路基稳定性的要求，考虑到下滑的主要原因，除地面横坡过陡或基底接触面情况不良、摩擦阻力过小之外，与地表水和地下水密切相关。因此，可以有针对性地采取增强其稳定系数的措施。2.1.1改善基底状况增加基底滑动面抵抗路堤下滑力的摩擦阻力，如清除表层松软的覆盖土或基底夯实，使路堤置于坚实的土层上；开挖台阶改善基底受力情况；放缓边坡， 以减少路堤下滑力等，并在路堤上方一侧开挖截、排水沟以阻止地表水浸湿基底从而降低接触面的阻力；若受地下水的影响，则应设渗沟，以疏干基底土层，提高抵抗下滑的能力。2.1.2改变填料及断面形式如采用粗颗粒填料填筑或放缓边坡坡度增大抗滑面积及摩擦阻力。2.1.3设置支挡结构物在边坡直脚处设置支挡结构物，如石砌护脚、石砌挡墙等。采用上述措施综合处理直至通过验算。2.2高填方的稳定对于山岭重丘陡坡路段，在推广运用时应特别注意填方总高度超过20m（土、石质）或超过12m（砂、砾质）的高路堤稳定性问题。除应进行高路堤稳定性验算外，更加需要注意路基基底状况，了解地基浅层有无软弱夹层和地质不良地段；地下水及地表水对稳定性有无影响等。防止由于高路堤失稳而引起连锁破坏。2.3施工效果目前，昌金高速公路正处于施工阶段，依照该设计方案实施后，业主单位取得了良好的经济效益，在弃土方面节约了大量的人力、物力和财力。同时取得了良好的社会效益，节约了宝贵的农业资源，并且有利于道路的排水通畅和沿线的环境保护。3结语高速公路的建设与环境保护在设计过程中必须得到高度的协调和统一。尽最大可能地利用荒山荒地，减少农田的占有量是每一位道路工程师的应尽职责。在保证工程质量的前提下，尽一切可能降低工程造价。敢于创新，在设计中使用新结构、新工艺、新材料和新方法，从而提高道路工程设计的科技含量。综合前人已经取得的各种经验教训，努力探索，不断完善和提高运用科技知识解决问题、难题的能力。参考文献［1］交通部标准.公路工程技术标准(JTJ001-97).北京.人民交通出版社，1997［2］交通部标准.公路路基设计规范(JTJ013-95).北京.人民交通出版社，1995［3］高速公路丛书编委会.高速公路路基设计与施工.北京.人民交通出版社，1998［4］陆鼎中陈家驹.路基路面工程.上海.同济大学出版社，1998［5］朱新时蒋周平.公路排水设施.北京.人民交通出版社，2000