关于高速公路特殊路基的设计分析

关于高速公路特殊路基的设计分析

发表时间：2018-02-02T15:04:20.007Z 来源：《防护工程》2017年第28期作者：沈含羽1 李文超2

[导读] 随着我国高速公路建设不断向山区及恶劣地质条件区域推进，高速公路路基设计的难度日益提升。

1.云南省交通规划设计研究院昆明 650011

2.南京新厦市政建设项目管理有限公司南京 210000

摘要：随着我国高速公路建设不断向山区及恶劣地质条件区域推进，高速公路路基设计的难度日益提升。在目前的高速公路路基设计中，关于特殊路基的设计是较为关键的环节之一，在特殊路基设计实践中，软土路基是较为重要的特殊路基形式之一。为了深入分析目前我国高速公路特殊路基的设计情况，本文以具体高速公路路基设计实例为研究对象，论述了涉及软土路基的设计相关内容，以期对后续的高速公路路基设计提供参考。

关键词：特殊路基；高速公路；设计分析

1 某高速公路特殊软土路基设计实例概述

本文研究的高速公路特殊软土路基设计项目位于我国云南省云贵高原东北部，与四川盆地相邻，地质条件非常复杂，全境内多山地，总体地质地貌呈现从西向东由高到低依次变化，属于典型的侵蚀性低山丘陵低沟谷斜坡、缓丘、残丘地貌类型，高速公路设计沿线地质类型基本以软土地质为主，地形坡脚介于15-20°之间，地势起伏情况较为平缓，山区多呈圆形顶。在该合同段内的140ｋｍ＋７４０ｍ～150ｋｍ＋０００ｍ范围内存在较为严重的软土地质问题。该特殊路基范围内，路基设计形式主要为填方路基，填方中点高度为4.5m，该路基设计范围内主要为水田。软土路基周边平均海拔高度为400m左右，最大高差为70m，路基设计范围内局部有基岩露出，属于较为典型的易侵蚀性河谷类地貌。路基上覆盖层为残积土层，土层主要成分为粉质粘土和淤泥质粘土，层厚大约介于3.5-8.5m之间，土质液限及塑限水平属于流塑到软塑之间。

考虑到该设计路段路基基本位于软土路基覆盖段，且地势呈现明显的西高东低规律，导致路基设计范围内很容易出现大面积积水，在雨季到来时，很容易出现大面积积水，加之该区域地势总体呈低洼形，积水只能通过地下渗透的方式排出或从软基面排至右侧的冲沟排泄。地表及地下排泄不畅，导致路段区长期积水，下伏土体长期处于饱水状态呈软塑－流塑状，形成软土地基，强度极低。

2 高速公路特殊软土路基设计分析

在进行路基设计时应综合考虑地形、地质条件，同时应尽量利用当地的材料，并且应结合当地的景观环境，因地制宜地确定路基防护工程类型。

2.1 地基极限高度设计

在该项目中，特殊路基的主要成分为粉质粘土及淤泥质粘土。考虑到这些粘土总体承载能力较低，由于高速公路设计荷载及承载力水平要求较一般的等级公路要高，因此，在具体服役过程中，软土路基很难作为路基持力层，且该不良软土路基厚度一般在10m以上。对于软土层较厚的位置，软土路基的路堤高度应选用以下计算公式计算。即：

HE=5.51*（CK/γ）

上式中，HE代表高速公路路基路堤设计的极限高速，单位为m，CK表示软土路基的粘附力水平，单位为Kpa，γ表示高速公路路基的填方重度，单位为kg/m3。对于位于均值介于薄层的高速公路软土路基位置处，软土路基路堤的极限高度可考虑选用下式进行计算，即： HE=（CK/γ）*NS

上式中，其中，HE代表高速公路路基路堤设计的极限高速，单位为m，CK表示软土路基的粘附力水平，单位为Kpa，γ表示高速公路路基的填方重度，单位为kg/m3。NS表示软土路基的稳定系数。

在高速公路软土路基的土质不均匀位置处，若使用上述两个极限路堤高度计算公式进行路堤高度计算，其计算精度较高。所以，在通常情况下，若现场施工条件允许的前提下，必须进行必要的路堤填筑试验以现场确定路堤填筑极限高度的值。此外，对于软土上面额外上覆一层坚硬的软土路基路堤的极限高度计算而言，在上覆层厚度位于1.5mz左右时，极限高度的相应计算公式为

HE=0.65*H+（CK/γ）*NS

其中，Ｈ表示软土上覆层厚度值，单位为m；其他公式内参数值与上述公式相同。

2.2 关于高速公路特殊软土路基处理设计分析

关于高速公路特殊软土路基处理设计分析而言，必须从以下几方面切入：第一，对路基进行科学换填，以提升路基持力层承载力。在该项目中，路基标段140km+700m-140km+850m范围内及141km+980m-142km+000内，该区域路基的软土层厚度较大，必须选用换填方法，以彻底解决软土路基的承载力问题。第二，必要时，可以考虑设置碎石桩处理。碎石桩的设计直径应不低于0.4m，截面形式为矩形，排布方式为等边三角形布置，边距为1m，设计治理区域范围为路基排水沟外侧的2m范围内，桩基施工可选用振动成桩法，换填材料的颗粒直径介于30-45mm之间，且砂砾应表面干净清洁，最好选用机制碎石。此外，在施工前，必须先进行局部成桩试验，试验数量应不少于5根，施工中，必须严格遵循设计文件中规定的桩长、桩径及桩间距进行。还需要注意的是，在进行振动桩施工中，会产生大量的施工污水，在施工后期必须处理好各类污水，以防止污染当地环境。第三，在软土路基位置设置一定厚度的砂砾垫层。处理进行碎石桩处理外，为了确保软土路基的处理质量和路用性能，必须在上部继续覆盖一定厚度的砂砾垫层，且砂砾垫层的厚度不应小于50公分。且砂砾垫层的宽度应适当超出路基边角至少1m。路基两侧可以考虑选用浆砌片石或者其他方式处理进行防护，最大程度防止出现砂砾流失问题。考虑到该工程地处区域地势较低，排水能力较差，在设置砂砾垫层前，必须设计一定坡度的排水角，斜率应以2%-3%为宜。此外，所设置砂砾垫层使用的材料必须确保表面清洁，级配最好选用粗砂或者中砂，且材料的泥沙含量不应高于5%，与此同时，应进行必要的砂砾清洁处理，将其中的其他杂志清除。如果条件允许，最好选用天然级配的砂砾鹅卵石材料，最大粒径不应高于50mm。第四，使用土工格栅布。为了确保砂砾垫层不会被雨水冲刷，可以考虑在砂砾垫层上方加啥一层土工格栅布。土工格栅布选用承载力不低于50kN/m的双面钢塑材料。依照单层布设方式进行施工。在具体铺设阶段，土工布宽度应大于砂砾垫层宽度。土工格栅布的力学性能在横向和纵向的抗拉强度值上不应