山区高速公路路基设计中特殊路基处理分析探讨

摘要 为了分析探讨山岭重丘区高速公路设计过程中特殊路基的处理，研究特殊路基的设计方法，以膨胀土地区特殊路基为例，文章以贵州某山区高速公路项目为实际案例，分析探讨了几种常见的特殊路基形式，结合项目实际地质勘查情况，针对不同形式的特殊路基提出了相应的设计方案和施工措施，为西部山区高速公路特殊路基设计提供参考和帮助。

关键词 喀斯特地貌;特殊路基;山岭重丘

中图分类号 U416.1 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）06-0093-03

引言

近年来，伴随我国交通运输快速发展，基础设施网络建设逐步由东部平原、微丘地区向山岭重丘地貌分布较为广泛的西部地区推进，山岭重丘地区复杂的地形地貌造成高速公路工程建设规模大、造价成本高、建设难度大。山区高速公路设计中特殊路基段的处理成为比较常见的问题。该文以贵州某山区高速公路项目为案例，具体分析探讨山区高速公路路基设计中特殊路基处理。

1 工程概况

某高速公路项目地处贵州东北部，路线全长54.625 km，采用PPP建设模式，项目地形地貌主要以山岭重丘地形为主，属于喀斯特地貌，项目路基标准横断面如图1。须进行特殊设计的路基包括：高填深挖、低填浅挖、岩溶路基、软弱地基等。

2 各类特殊路基设计与分析

2.1 高填路堤处理

该项目高填路堤通常位于山谷洼地中，为确保这些路段的路基安全，在设计中通过稳定性验算进行综合设计和动态设计，并进行路堤综合分析验算。高填方路基段落宜先采用填石路堤方案[1];对斜坡之上的高填筑路堤路段，需要根据路堤边坡填土高度与填土厚度，采用对原有地表进行台阶开挖，铺设部分土工格栅细粒加筋层的方案措施。同时进行动态的监控和实时的调整。高填方路基段落须优先组织施工，填筑路面前至少预留1个雨季的自然沉降期，在设计过程中对于不稳定路堤段落应使用的方案：

（1）改善基底条件，对填土高，地基承载弱的路段进行基底换填粗料。

（2）路堤加筋措施，对高边坡路堤，设置土工格栅加筋处理层，层厚1 m，铺设3层土工隔栅，间距0.3 m，以此增强路堤自身整体的稳定性和增加扩散应力，保证地基受力、沉降更为均匀。

（3）设置支挡结构物，对陡坡路堤进行稳定性计算，在坡脚处应设置支挡结构物。

（4）补充压实，填高大于20 m的路堤段落使用冲击碾压的方式，或者进行强夯进行堤身补强，以此减少差异性沉降。根据稳定性计算结果进行工点设计，提出初步监测方案。

（5）加强路段的排水设施和坡面防护设计。

2.2 挖方高边坡设计

该项目对高边坡（土质>20 m，石质>30 m）进行工点设计，依据项目路段地形的特点以及稳定性分析等要素综合确定坡率、加固防护措施。在灰岩逆层挖方边坡路段，应采用陡坡且坡面不做人工防护;在顺层挖方边坡路段，须沿挖方坡面刷坡后进行抗滑桩、锚索加固，高边坡处治方案比较如表1所示。

高边坡处治方案选定原则：

（1）调整边坡坡率。在岩层强度较低和坡率较陡时，边坡容易发生重力形变破坏。宜采用放缓边坡，削留大平台，须减小边坡高度同时将边坡进行分级。坡率的采用应确保施工期间的安全和稳定。

（2）降低每级边坡高或加宽平台。路堑高边坡设计通常采用统一模式，即台阶式边坡;通常在实际设计过程中，依据地层强度变化情况及风化程度，边坡的稳定坡角也随之不同，因此设计中须调整台阶高或平台宽，应采用稳定坡角大于边坡坡角的设计[2]。

（3）边坡加固与防护。边坡处于軟弱地层或者存在不利结构面的边坡时，为了保证边坡的稳定性，一般采用不同支承方式的侧向约束加固措施，支挡岩层的变形或失稳。

该设计合同段主线共17处高边坡，边坡主要为两类地层：砂泥岩、页岩路堑边坡占全线45%，根据坡面产状和岩层结构面情况，采用锚杆框架梁、锚索框架梁、路堑墙、拱形骨架等进行边坡防护。中厚层、局厚层灰岩白云岩路堑边坡占全线55%，根据边坡高度、坡面产状和岩层结构面情况，通常使用的边坡防护措施有：锚杆、锚索框架梁、主动防护网。

2.3 不良地质路段特殊路基处置

2.3.1 岩溶路基

建设项目沿线岩溶的发育主要分布在碳酸盐岩区，岩溶规模一般较大，溶洞发育的空间状态、地下暗河的走向等错综复杂，对线位影响较大。沿线地面塌陷一般都在岩溶区，由于地下岩溶区的溶洞、土洞、落水洞等引起地面塌陷，往往呈串珠状发育，地貌上表现为一连串的岩溶洼地，呈漏斗状。该项目在路线设计过程中着重地质的选线，影响路线方案的首要因素是项目地质条件，尽可能地避开大型岩溶区域，实在无法避让时依据岩溶自身特征采取专项设计。

岩溶地区路基设计的首要工作是对影响路基稳定的岩溶、岩溶地下水进行预防与处置，在设计中主要采用以下处理措施：

（1）疏导。对路段上方岩的岩溶泉或岩溶冒水洞，需要设排水沟将水进行截流至路基范围之外;对位于路基基底的岩溶泉和岩溶冒水洞须通过设置的涵洞将水排出路基范围。项目线路通过季节性或者常年积水但不深的溶蚀形成的低洼地段时，需要进行填石透水路堤施工。

（2）跨越。在路基基底或者附近存在流量较大的暗河、岩溶落水洞、岩溶消水坑、岩溶泉时，宜使用桥梁跨过措施;相对小规模的可设置涵洞跨过、布设挡土墙或护脚等措施，将水隔绝在路基范围外，防止封闭。（如图2所示）

（3）加固。对于洞深大且跨径小的岩溶溶洞，宜设置混凝土盖板的形式进行加固。对于岩溶洞径比较小、岩层较为破碎的无水溶洞，宜使用爆破顶板后使用片石回填方式加固。对于路基范围内地表坍塌陷落，采取压实后直接填筑路基或先用大块石填塞压实，而后进行路基填筑。对岩溶洞埋深较大，岩洞上顶板较厚的路段，使用钻孔注浆方式加固，在进行无水式工艺施工时不得采用水钻。

（4）堵塞。在路堑边坡上的无水溶洞，洞内用片石填筑，而洞口采取无水砌片石铺筑、砂浆勾缝或浆砌片石进行封堵。

2.3.2 软弱地基

该合同段软质土壤，大部分位于山间洼地或者冲沟处，排水通道阻塞致使表面粘土长时间浸泡在地表或地下水下，淤泥质粘土的形成由于部分路段黑色炭质页岩遇水发生软化而形成。通常分布相对局限，厚度不大，全线调查，厚度均小于3 m，采用挖除换填进行处治。

2.3.3 红粘土

通常公路线性在经过山体堆积体、岩溶洼地段落时有红粘土、洪积次生红粘土，分布范围比较广泛，影响路基的稳定性，须对红粘土段落的路床范围（即路面以下0～80 cm）进行超挖换填处理，特别注意红粘土不适合作为路基填筑材料。

2.3.4 填石路基

根据初步设计审查专家意见，对于挖方较深以及邻近隧道进出口弃方较多的路段，按填石路堤进行设计。隧道内弃渣与硬质岩路基开挖产生的石方主要用于填石路基填筑。不容易风化的中硬质岩可用来填筑填石路堤，严禁使用风化严重的页岩、碳质岩类、煤層等材料。在路段施工前，须进行试验段铺筑，依此选择适宜的填筑层厚、压实工艺并进行质量控制。

3 其他特殊路基处理分析

3.1 低填浅挖路基处理设计

低填路基填方高度<1.56 m，当含水量适度且土层CBR（min）满足规范要求时，采用翻挖后再压实的方式处理;在土层含水量较大的情况下，通过换填路基填料进行处置（CBR须满足规范要求）[3]，压实度应≥96%。

在路床因含水量过大或者BR不满足要求而导致压实度达不到规定时，须对路面结构层以下的土基进行处置，处治方式和压实度要求要与低填路基一致。

3.2 陡坡路堤处理设计

陡坡路堤是指地面横坡大于等于1∶2.5，根据路段土石方平衡、工程量、施工难度等综合确定采用填石路堤、抗滑支挡或刷坡+超填反压措施。填筑前须在原有地面开挖台阶，宽度≥2 m，横坡为4%内侧倾向。所有陡坡路堤都进行整体稳定性验算，确保路堤安全。

3.3 路基填挖交界及过渡段路基设计

该项目路基填挖交界处原则上考虑填石路堤，若缺乏石料路段，则考虑过渡段设计，过渡段采用粗颗粒填料。填筑时先挖台阶，宽度≥2 m。在路床范围内须铺设土工格栅以此减少填挖分界处产生不均匀沉降，如图3所示。

3.4 路桥（涵）过渡段处理

一般桥台台背、涵洞处理选用渗水性良好的填料进行回填，自构造物基础顶面到下路床顶面之间的压实度≥96%;在结构物顶部设置两层双向土工格栅以减少产生不均匀沉降[4]。

桥梁涵洞台后的过渡段范围：

（1）桥梁，底部长度每侧不小于3 m，上部长度每侧大于（3+H）。

（2）涵洞、通道，底部长度每侧不小于2 m，上部长度每侧大于（2+H）。H=路基填土高度-路面和路床厚度。

4 结束语

在山岭重丘区高速公路路基设计中，尤

其是西部地区特殊路基处理是公路建设过程中常见问题，在设计过程中，根据详实的地勘资料分析，结合项目路段特殊路基的成因及分布特征，在满足工程经济技术、施工便捷性等因素下，设计出具有针对性的处理方案。在特殊路基处理的施工过程中，要考虑周边条件与环境，综合运用处理措施并进行实时动态监控及动态调整。

参考文献

[1]刘人瑜， 李兴庆， 徐超. 楚南一级公路软基处置方案有限元分析[J]. 公路， 2016（3）： 37-42.

[2]刘松玉， 周建， 章定文， 等. 地基处理技术进展[J]. 土木工程学报， 2020（4）： 93-110.

[3]张正一， 王朝辉. 中国绿色公路建设与评估技术[J]. 长安大学学报（自然科学版）， 2018（5）： 76-86.

[4]公路桥涵地基与基础设计规范： JTG3363—2019[S]. 北京：人民交通出版股份有限公司， 2019.

收稿日期：2022-01-20

作者简介：付培楠（1986—），男，硕士研究生，工程师，从事路桥设计工作。