山区高速公路高填方路堤设计分析探讨

胡兵华

（江西省交通设计研究院有限责任公司，江西 南昌 330052）

0 引言

山区高速公路施工过程中往往会存在地形起伏大、路线跨越沟谷多等现象，因此会产生较多的挖方路段，进而会存在较多的弃方量，为将挖、填、弃有机结合，通常将高路堤作为跨沟进行施工处理，另外为降低公路弃方堆积率，节约施工成本，应对高路堤进行科学、合理的设计研究。本文为研究山区高速公路高填方路堤设计方案，围绕高填方路堤工程特性进行展开，重点研究了高填方路堤设计的工程应用。

1 高填方路堤特性研究

1.1 高填方路堤工程特性

在山区高速公路建设项目中，高路堤的填筑高度往往较大，路堤施工完毕后随着时间的延长，路堤会在车辆荷载以及自身重力作用下产生严重的自身压缩沉降和地基沉降，长时间则会引发路堤整体或局部下沉，当路堤下沉的大小突破路面结构层的临界变形范围时，会直接影响公路正常运营，严重时降低公路的行车安全。高填方路堤沉降作用主要影响因素有地基性质、路堤填筑高度、路堤压实度、水文地质条件、地面横坡、填料性质等，同时高填方路堤还会受到填石材料内颗粒的风化、挤密、排列、破碎等作用影响而加剧其沉降效果。高填方路堤的断面形式设计主要取决于地形特征，其中路堤断面坡度由地基坡度而决定，高路堤几个典型断面形式如图1所示。

图1 典型路堤断面形式

1.2 高填方路堤稳定性设计

路堤的稳定性设计主要包含有基底处理、坡面排水防护、填料选择、稳定性分析、断面设计等，针对高路堤的施工设计，最主要采用稳定性分析，设计出合适的边坡比例后对地基进行必要的支挡处理，并加强地质勘察工作，以便对路堤稳定性进行进一步修订。

1.3 高填方路堤典型破坏类型

（1）路基滑塌变形

路基的滑塌变形主要指的是在外界荷载和自身重力作用下路堤填土的抗剪强度会降低，进而导致路堤会沿着剪切面而产生滑塌变形，随着路堤填筑高度的变大，路堤填土内的应力状态不断变化。路基填筑为分层逐层碾压，滑塌变形主要发生于公路运营期，受到大气降雨和地下水位的影响会降低路堤的稳定性，路堤滑塌的主要决定因素为坡体结构和路堤填土，当路堤填土内部均匀性不足时，地表水会渗透至路堤缝隙中，容易产生软弱岩层，因此填料的选择、填筑速率、压实度控制、坡率设计等因素均会影响高路堤整体稳定性。

（2）地基滑动变形

高填方路堤整体地基的滑动变形主要发生于地基内部，当上层填筑荷载对软弱层进行作用影响时，软弱地基容易产生剪切变形，而下部的软弱地基完整性较好，因此上层会发生整体滑动变形。高填方路堤产生地基滑动变形破坏的主要原因有路堤浸水、存在一定厚度软弱层以及地基坡度大等。

（3）基底滑移变形

路堤基底产生滑移的主要因素有斜坡坡度、填筑强度、地下水和地表水作用等。当高路堤与原地面间存在力学强度较低的接触层时，基底面容易产生滑移变形，并会带动上层岩体一同滑动。另外当基底岩层具有易风化特性时，在基底积水作用下会加速基底岩层的软化，也容易引发高路堤基底滑移。

2 工程概况

通城至大余高速公路全线长61.51km，设计行车速度为80km/h，双向四车道设计，公路主线的路基宽度为23.5m，全线的桥隧比整体设计为87.0%，其中包含11座特大桥、3座中长隧道，并设置有两条连接线、2座互通立交以及1处服务区。该山区高速公路所处地区地形地势复杂，海拔较高，山体陡峭，气候整体属于温带季风气候，年平均降水量为910.7mm。公路施工进展现在出现较多高填深挖现象，产生的土方量较多，采用抬高纵坡方式时容易造成高填方路堤问题，由于高填方路堤相比于普通路基具有稳定性差、沉降周期长、承载要求高等特点，因此应对高填方进行合理科学的设计。

3 高填方路堤设计方案及评价

3.1 稳定性分析

该山区高速公路的互通区产生的土石方共计680000m3，为提高填方过程的平衡性，决定将部分匝道、桥梁填筑成路基，来降低弃方堆积量。高路堤中心最大填高和边坡最大高度分别为54.98m和68.44m，该场区覆盖层和出露基岩分别为卵石、碎石及灰岩，地震动反应谱特征周期和动峰值加速度分别为0.50s和0.06g。采用简化Bishop法分析计算高路堤稳定性，并采用不平衡推力法来分析计算地基滑动稳定性，其计算结果如表1所示，通过分析得到其整体稳定性满足规范要求。

表1 边坡稳定性计算

3.2 基底处理及沉降控制

通过地质勘察得到冲沟底部存在的溶洞发育丰富，进行填方前在原地面上进行强夯处理，结合实际现场情况来设定强夯参数。采用硬质灰岩最为路堤底部填料，高填方路堤的压实度应满足规范要求，同时每填筑4m后再采用强夯法再次补强处理，并预留出一定沉降过渡期（1～2个雨季）来进行路面铺筑，以抵消工后沉降变形。

3.3 防护、排水设计

采用现浇混凝土拱形骨架进行高填方路堤边坡坡面防护，并在冲沟底部加设碎石盲沟，于每级填方平台标高区域设置碎石排水层，以便将路堤内部积水及时排出。采用沟渠和涵洞来实现排水功能，并设置必要的截水沟和坡脚排水沟，以构成完整有效的排水系统，确保地表水可及时排出路基范围外。

3.4 设计方案评价

该山区高速公路高路堤设计可将弃方进行有效消化，同时造价较低，通过对该设计方案进行分析，将高路堤设计中强夯、冲击碾压、填方、挖方、路面、挡墙等各个项目数据进行统计。根据分析得到采用高路堤设计方案可减少弃土场占用面积，提高施工进展，且具有一定的经济性。

4 结语

为研究山区高速公路高填方路堤设计方案，本文通过对高填方路堤工程特性进行阐述，并介绍了高填方路堤常见设计施工问题以及典型破坏类型；重点研究了高填方路堤设计方案，并对方案进行评价处理，研究结果表明，结合实际情况对山区高速公路高填方路堤进行合理设计，可有效提升路堤的整体稳定性，避免滑塌、变形等病害的产生，并可降低施工成本，在实际应用中具有一定的可行性和实用性。