易文锋

规划设计 Planning and design

高速公路路基设计及软土地基处理

易文锋

（中国公路工程咨询集团有限公司，北京 100089）

随着高速公路建设规划的实施，高速公路建设工程不断深入到地势较陡的地方，从而在施工过程中遇到地质条件较复杂的情况，在高速公路建设施工要求中，对路基宽度要求要求较高，同时对高速公路建设纵坡的限制也较严格，这与高速公路建设地形处于等地地势下产生矛盾。为此，高速公路建设应采用科学、合理的设计方案进行设计，以确保工程质量。

高速公路；路基设计；排水设计

0 前言

随着经济的快速发展，交通运输状况成为影响经济发展的重要制约和影响因素，在公路交通网络建设中，高速公路建设日益受到重视，一般都是多点交汇，而高速公路建设涉及的区域分布较广，高速公路跨越的地形条件较为复杂，因此，在高速公路施工设计时应遵循相关的设计原则。

1 高速路基设计的原则

1.1 在设计时考虑到建设路基情况和施工技术

高速公路路基施工中，对路基施工质量的影响主要来自于施工现场的自然地质环境，而路基土质成分对高速公路路基施工的影响较大。路基施工质量的稳定性是保证路基施工后能长期平稳运行的关键。与此同时，路基施工质量的好坏也直接影响高速公路的维修年限。作为高速公路的承建方，对高速公路建设在各个方面的要求都越来越高，在工程建设成本控制方面，以及在进行高速公路建设时，对使用环保建筑材料和施工技术的要求也越来越高，这就导致在高速公路设计中，综合考虑各个方面的因素。

1.2 正确处理路线和路基设计关系

高速公路设计中，对于路线的确定，不应仅考虑路线的连通性，而应更多地关注在建设过程中，对于路线所处的地质环境、路基土的成分以及相关的地质环境问题。从工程难度、土方石量、地质条件等因素对高速公路设计影响条件，以及路基施工地质条件等方面进行综合判断和考虑，以决定设计方案中的具体细节。应特别注意的是，当设计路线通过施工工程较难时，或当地质结构组成复杂，给工程建设造成较大障碍时，应更多地注意设计路线与路基的协调配合。

1.3 明确路线设计

设计者在对高速公路路基进行设计时，首先要对公路的施工路线进行有效的设计，只有正确处理好路基与道路的关系，才能正确设计公路。高速公路山区路线与平原路线存在着一定的差异，设计人员需要充分考虑地形的优缺点。由于在进行道路施工时，会受到多种因素的影响，因此必须对周边地区的地形地势进行综合考虑。尤其在高速公路建设中是否会出现占用耕地的现象，必须对其有一个全面的认识，才能保证设计方案更加科学合理。就设计过程而言同时也要充分考虑到施工的难度，以及施工过程中产生的土方量，只有把问题解决了，才能保证工程的顺利进行，避免在施工过程中出现这样那样的不良情况。设计者在确定最终路线方案时，应保证施工施工成本最低、工程量最小、路基结构最牢固。

1.4 满足经济环保要求

设计者在对山区高速公路路基进行设计时，还需要调查当地的地质条件，设计方案应满足科学、环保的施工要求。若该地区地势较陡，在进行路段设计时，设计者应结合整体路基，对该阶段的路基进行综合考虑，制定科学合理的施工方案，以保证该阶段的顺利施工。对于地势较低的地区，在进行路基设计时，可充分了解当地的地质条件，如植被条件较差，可采用削坡绿化的处理方法，如植被较好，也可采用同类型处理方法。对于一些边坡较高的地区，在进行路基设计时，还需要借助锚杆进行加固。

2 高速公路路基设计方法

2.1 在设计中采用高路堤

在高速公路的路堤设计中，宜采用填石路堤的设计方案，在设计方案中，高路堤和填石路堤在稳定性和重载车辆通过性验算上均能达到较好的效果，而在施工施工费用和资金投入方案上则相应减少。对于高路基的设计，采用填料时，应注意选择透水性和抗风化腐蚀性能较好的石料填充高路堤底部。因此，在中段路堤上、下段施工时，应注意铺设双层土木格栅，以充分保证高路堤设计时不会发生地基不均匀沉降，同时保证路基施工的稳定性和安全性性。

2.2 高速路基设计中缓坡路基设计

当高速公路建设中遇到缓坡道施工时，对于缓坡道路基的施工设计，由于受路基填方空间范围的限制，或在缓坡道施工中出现路面借方严重的情况，就需要在设计方案中采用加筋陡坡路堤的设计方法。将加筋陡坡堤坝与板桩墙设计相结合，用于缓坡路的基础布置。从而可以在施工中充分保证缓坡路面路基的稳定与安全。该组合设计方案适用于窄坡度路面路基的设计情况，能有效地减少路基借方情况的发生。

2.3 路堑高边坡设计方法

对险峻地形施工时，遇到路堑高边坡的情况，应充分分析不同的地质环境及施工建设的实际情况，分别采用不同的板桩、挡墙、锚索、锚固等加固方法。当公路建设中遇到滑坡、崩塌等易发区时，应对坡度进行清理，适当开挖减缓坡度，同时设计相应的防滑墙、抗滑桩并结合锚固、锚索进行加固作业。而且要注意绿化和防水防滑桩工作。

2.4 高速公路路基的排水设计

高速公路施工中，一般都会发生路基施工质量和强度受排水影响的情况。与此同时，路基施工与防水工作的开展有着密切的联系。公路路基建设中，会出现大量的病害，在各种病害发生原因中，水的作用最为突出。在高速公路设计中，对于路基排水性能的相关设计应予以重视。在路基排水设计上，应结合高速路面上部排水与下部排水设计相结合的设计理念。公路路面积水应在设计中充分考虑，不应超过路面之下路基施工范围的积水，要注意避免路面设计中的水漫过路面，使路面积水集中在同一部位，甚至出现下渗现象。当进行路基施工设计时，若在路基施工过程中出现地下水的情况，应采取相应的设计方案，对地下水进行阻断，并将地下水引至路基施工工程以外的地方。高速公路工程设计中，应充分调查研究建设项目的自然环境和地质环境。公路路基工程地质条件调查，必须了解地下水源的分布状况，以及公路路基工程地质结构成分。对施工条件较复杂的地段，应重点对其进行整体规划。综合考虑路基排水、桥涵布置合理。

3 软土路基可能引发的问题

高速公路跨度大，对于软土地基这类特殊路基来说，存在空隙大，抗压性差，含水率高等问题，为了保证其承载能力，需要在施工过程中加以适当处理，以保证道路的使用寿命。随着经济的快速发展，高速公路的使用率越来越高，在长期使用过程中受过过路车辆的作用，承载力呈下降趋势，路基沉降、路面开裂等问题逐渐暴露出来，使路基稳定性降低，对公路安全造成一定影响，缩短了道路的使用寿命。高速公路长期暴露在自然环境下，经受着雨水的浸渍，长此以往，公路路面就会出现裂缝、沉降等问题，软土路基长期被颗粒物质冲刷，路基上逐渐出现许多孔洞，大大降低路基承载力，进而影响公路的使用。

4 高速公路软土地基的特性

4.1 力学特性

松土为深灰色，主要成分是细小的颗粒，在振动作用下，很容易破坏其结构。软土流动性强，抗压性差，受力后易发生变形，施工过程中若处理不当，极有可能导致土体坍塌，严重影响工程进度。软土由于材质的空隙使得其抗剪切能力较差，受外力作用时，软土不能协同承受外力，产生较大的形变，在后期使用中易造成桥梁沉降问题。受雨水冲刷的整体性能差的软土地基将受到破坏，从而影响整个路基的安全和稳定。

4.2 物理特性

软土地基力学性能差，含水量高，整体强度差，极易形变，有机质含量高，还含泥沙和腐蚀性物质，孔隙大。

5 高速公路软土地基的危害

软土地基的抗剪强度不能满足荷载的要求，在外力和自身重力的作用下，流动性大，沉降明显，极易发生软土移动，造成路堤沉降、塌陷、失衡、裂缝等一系列问题。因此，必须根据软土地基的实际情况，对其进行必要的处理，以避免这些问题给道路安全带来的隐患。高速公路投入使用后，长期受车辆冲击作用，软土地基结构发生变化，路面出现凹凸不平或局部开裂，从而造成较大范围的损坏和扩散。软土地基由于其极强的压缩性，易造成路基的永久性变形，且沉降不均匀。自身承载力差的软土地基，在施工过程中易受环境影响，使得施工现场存在安全隐患。

6 对公路施工中软土基地的有效处理办法

6.1 夯实加固法

由于软土含水率高、抗压性差，因此需进行夯实加固处理。这一方法起源于法国，用重锤从一定高度落下打实地基，在冲击力的作用下压缩土体，减少空隙，排除水分。对含水率较高的土体，可排出多余水分，提高地基承载力，对河流、沼泽等地区，可起到明显的施工效果。对饱和性黏土地基而言，由自由落体自重引起的力挤压能使软土地基更加牢固，承载力明显提高。另外，还可在软土中加入一定的建材进行混合，通过充分搅拌降低土壤含水量，提高软土地基的承载能力。要根据现场情况进一步确定具体的施工细节，时刻观察夯实效果，加固完成后要检查该部分回弹模量，以保证地基的稳定。

6.2 水泥、粉煤灰、碎石筑桩法

把水泥、粉煤灰和碎石混合，用打桩机制成桩，在褥垫层的作用下，其与周围土层紧密结合，形成复合地基，在桩身上集中受力，分担软土的荷载，减少周围土层的受力，使整体承载能力明显提高，减少沉降。试验结果表明，该方法能有效地提高软土地基的承载能力，其应用效果已被广泛认可。该方法的关键在于强度等级的确定，越精确的计算，就越能取得良好的应用效果。施工技术也很重要，需要有经验的施工人员来主导施工，对施工细节进行严格的控制，以确保在高速公路施工中有效解决软土地基问题。

6.3 深层打孔强夯法

强夯法能有效地解决软土地基存在的问题，适用于粘性大、膨胀明显的土体。采用打孔填料的方法，同时对填土部分进行夯实加固。该方法具有加固效果好，设备简单，操作方便，施工周期短，节省人力物力，适用性强等优点，除对较厚的淤泥类地质不适用外，对其它软土地基的强夯效果也是相当理想的，成为目前使用最广泛的强夯方法之一。具体施工过程还需结合现场具体情况，可在地基孔洞内完成填土强夯部分的施工，提高地基的粘性和承载力，使地基更加紧实牢固，增强整体的稳定性。依据土的性质选择合适的材料和夯实力度，使挤压效果更好，保证了路桥工程的施工质量。建设项目竣工后，应合理处置残余废弃物，减少环境污染，尽量重复利用，节约工程造价，提高企业经济效益。

6.4 灌浆处理技术

灌浆处理是将水泥或其它浆液喷入土中，使其渗透，填充至周围土体，待浆液扩散凝结后，可有效地提高软土地基的承载力，改善地基的稳定性，从而有效地防止流沙、管涌等现象的发生。分析施工场地的特点，把握土层特性，制定详细的注浆方案，常用的注浆工艺有渗透式、劈裂式、压密式三种。注浆施工中多采用水泥浆，减少了对环境的污染，使施工更加环保。注浆时要注意把握注浆力度，使浆液充分均匀渗入，完成注浆后要用相应设备进行碾压加固，密切注意管道的密实度，使浆液充分排出气体，避免漏气、漏浆及孔隙，提高地基承载能力。注浆施工属于隐蔽施工，直接观察性差，必须严格按照施工要求和操作规程进行施工。检测已完成的施工部位，确保施工质量。

6.5 软土地基表层排水处理法

对表面较脆弱的软土地基，进行表层排水处理，可减少土体含水率，提高地基稳定性。对含水率高的部位挖出表层水槽，将表层水槽彻底排出，然后再将性能较好的砂砾或碎石回填入水槽，使水槽变成盲沟，保证及时、有效地排出表层水。本施工方法间接提高地基承载力的手段，一般在实际使用中需要与其它加固措施协同作用。当地质条件较好，土体含水率对地基稳定性起主要影响因素时，采用该方法可取得较好的处理效果。

7 结语

高速公路施工过程中，受许多影响因素的干扰，高速公路路基设计会受到各种自然因素的影响，如地质条件、地形条件、气候、水文、植被覆盖等，使设计工作更加困难，因此在进行高速公路路基设计时，应充分考虑到设计施工现场的自然环境和地质条件，并结合这些调查资料，在设计方案中做到因地制宜。针对设计中遇到的不同问题进行具体情况的具体分析，在建筑指标要求下的设计施工大胆创新，在设计中多准备几套设计方案，并结合实际施工情况对设计方案进行筛选。在设计中还要考虑到环保、成本等多方面因素。

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TU7

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1007-6344（2021）01-0274-02