郑茂营

1 高路堤的形成原因、概念和特点

近年来，我国高速公路建设蓬勃发展，已经从平原发展到山区。由于山区地形起伏变化复杂，路线纵坡受到构造物及地形制约，一些狭窄的“V形”沟谷和傍山的地段不可避免的出现高填方路堤，也称作高路堤。我国现行公路规范中对高路堤没有明确、严格的定义，一般情况认为水稻田或长年积水地带，用细粒土填筑的路堤高度在6 m以上，其他路堤填筑高度超过12 m(碎石、粗砂、中砂为路堤填料)或20 m(其他材料)可视为高填路堤[1]。与一般路堤比较而言，高填路堤具有以下几个特点[2]:1)填筑高度大，需要对路堤边坡进行验证，要求路堤本身具有足够的整体强度和边坡稳定性;2)由于高路堤填筑断面面积很大，填筑工程量巨大，路堤的填筑缺陷相对较多，填筑质量保证较为困难;3)路堤本身累积沉降大，对路堤单位填筑高度的工后沉降量要求更严格;4)由于荷载相对较大，需对地基强度进行验算，要求地基承载力高、稳定性好;5)地基沉降大，填筑过程中需对地基进行监测，控制总沉降量和沉降速率，确保高路堤地基的稳定。

2 高路堤设计内容

1)填料的确定与压实标准;2)确定路基横断面的边坡形式与边坡坡率;3)稳定性验算;4)路堤基底的处理;5)高路堤稳定与沉降的监测设计。下面本文以杭州—瑞丽高速公路湖北省阳新—通城段(通山—通城段，以下简称“杭瑞高速”)为实例，论述山区高速公路的高路堤设计。

3 高路堤实例设计

3.1 项目区地形地貌与地质概况

本项目地貌单元属鄂南低山丘陵区，由一系列褶皱山地构成，地形地貌骨架主要受东西向及部分北东向构造所控制，山脉走向、地形地貌单元总体呈近东西向展布。线位区地势从东往西总体呈现高低相间的串珠状展布，即四个山地串联三个呈东西向展布的盆地。微地貌类型以碳酸盐岩、碎屑岩分布区的低山丘陵地貌和以松散岩、侵入岩为主的丘陵垄岗地貌交互出现，呈现低山、丘陵、垄岗、洼地相间组合。沿线出露地层岩性主要为:震旦系硅质灰岩，寒武系白云质灰岩、炭质灰岩，奥陶系灰岩，白云质灰岩，志留系粉砂岩、粉砂质页岩、页岩，白垩及第三系砾岩、含砾砂岩，砂砾岩，花岗岩、花岗闪长岩等中生代侵入岩。

3.2 高路堤划分原则

本项目以路堤边坡高度或中心填高是否不小于20 m来作为主要判定高路堤的原则，局部高度在15 m～20 m间的路堤，由于地基土的性质比较差，为设计安全考虑，也作为了高路堤来设计，本项目单独作为工点设计的高路堤共有17处。

3.3 填料的确定与压实标准

填料级配要求应满足部颁规范要求。路基压实采用重型压实标准，路基填料最小CBR值、填料最大粒径及压实度指标应符合表1规定的要求。为提高路堤的强度与均匀性，避免路面的早期损坏，提高路面的服务水平，高路堤在施工至地面以上每4 m高时及上路堤顶面时，分别采用25 kJ三边形冲击式压路机进行补压，碾压遍数为20遍。路堤的压实度标准相应在规范要求的基础上提高1%。为保证路基边缘部分的压实度，路堤两侧填筑宽各增加30 cm，最后削坡。

表1 高路堤填料最小CBR值、最大粒径及压实度标准

3.4 确定路基横断面的边坡形式与边坡坡率

目前在工程中，高路堤的横断面有两种形式:折线型和平台型。采用何种形式，需根据项目实际特点决定。本项目高路堤边坡高度高，为增加路堤的稳定性，故采用有平台折线型形式，即初步拟定在边坡高度为8 m，20 m处设置2 m宽平台，边坡坡率上部第一级为1∶1.5，中间第二级为1∶1.75，下部第三级为 1∶2。

3.5 高路堤稳定性验算

3.5.1 高路堤稳定性分析内容及方法

高路堤稳定性分析一般包括路堤堤身的稳定性、路堤和地基的整体稳定性[3]。用带有粘性的土填筑的路堤，坍塌时的破裂滑动面形状为一曲面，为简化计算，通常近似为一圆柱面(圆弧)，实践证明与实际情况差异不大。因此，对于高路堤堤身的稳定性、堤身和地基的稳定性验算，路基规范采用了圆弧滑动法进行计算，推荐了计算精度较高、工程中最常用的简化毕肖甫法。

3.5.2 高路堤稳定性结果分析

根据地基承载力情况，本项目高路堤工点基底类型可分为以下三类:1)软土地基;2)软弱地基(地基承载力介于100 kPa～150 kPa间的软～可塑状土层，下同);3)非软土或非软弱地基。对计算结果分析表明:1)堤身稳定性均大于规范规定的稳定安全系数取值，表明拟定的横断面尺寸是合理的;2)路堤和地基的整体稳定性除软土或软弱地基工点外，一般大于规范规定的稳定安全系数取值;3)对软土或软弱地基经过相关处理后，路堤和地基的整体稳定性也满足了规范要求，表明处理措施是合理的。

3.5.3 加强高路堤稳定性的措施

本项目为了增加路堤堤身的稳定性，在每处路堤堤身中下部布置了3层土工格栅，垂直间距2 m，最底下一排距离地表不小于1 m。土工格栅幅宽4 m，其极限抗拉强度要求纵、横向均不小于50 kN/m，极限伸长率不大于3%;采用凸结点加筋格网，以减少网格间脱落现象，结点剥离力应大于400 N。施工时格栅铺设与路基土填筑交替进行;路基填料应严格分层压实，其压实顺序应先从格栅靠近锚钉的一端开始，逐步碾压至格栅尾部。土工格栅铺设时，端部应反折2 m，同时沿路线纵向结合部应重叠0.5 m。

3.6 路堤基底的处理

3.6.1 换填或抛石挤淤处理

本项目以3 m厚度为界限，对于厚度不大于3 m的软弱路段以及地基承载力不足的非软弱路段采用换填碎石土，并碾压处理，压实度大于90%。唯一的软土地基高路堤，由于软土分布范围小，且厚度不是很深，为此采用换填与抛石挤淤相结合的措施处理，即坡脚洼地地表3.5 m内换填碎石土并碾压处理，压实度应大于90%;坡脚下部3.5 m～4.6 m采用抛块石后冲击碾压，块石材料必须为不易风化、较完整的石块，当块石抛到换填底部以上1 m时，在表面采用冲击式碾压20遍处理，使得块石挤压密实，软塑状粉质黏土被充分挤出。

3.6.2 强夯法处理

1)根据《建筑地基处理技术规范》中按地基土类和单击夯击能列出的有效加固深度参考，确定单击夯击能为1 000 kN/m。2)一般情况下夯锤重可取10 t～20 t，其底面形式宜采用圆形，锤底面积宜按土的性质确定，锤底静压力值可取25 kPa～40 kPa，对于细颗粒土锤底静压力宜取小值;锤的底面宜对称设若干个与其顶面贯通的排气孔，孔径可取250 mm～300 mm。3)夯击次数:应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，且应同时满足最后两击的平均夯沉量不大于50 mm、夯坑周围地面不应发生过大的隆起以及不因夯坑过深而发生起锤困难这三个条件。4)夯击点位置可采用等边三角形、等腰三角形或正方形布置。第一次夯击点间距可取5 m，以后逐次交错移动夯点位置，直至互相搭接1/2夯痕为止。5)根据初步确定的夯击参数，提出满夯试验方案，进行现场试夯。应根据不同土质条件待试夯结束数周后，对试夯场地进行测试，并与夯前测试数据进行对比，检验满夯效果，确定工程采用的各项夯击参数。

3.6.3 冲击碾压处理

本项目对于厚度在2 m以内、地基承载力与所需承载力差值在100 kPa以内的非软土或软弱地基土采用了25 kJ三边形冲击式压路机进行补压，碾压遍数为20遍。其施工工艺为:以CYZ25三边形冲击压实机为例，轮宽0.9 m，轮间距1.17 m，往返一次冲碾宽度4.0 m。当采用冲击碾压法进行补压时，每行驶两次为一遍，每单双两遍为一冲压单元。施工时首先清理、平整场地，放线确定冲碾补压范围，并进行第一遍第一次冲碾，完毕进行第一遍第二次冲碾时，单轮从第一次冲压轮正中通过。第三遍则又回复到第一遍的位置冲碾，直至达到最终的设计遍数。

3.6.4 挖台阶处理

当高路堤地基地面自然横坡陡于1∶5时，应在原有坡面或换填坡面开挖台阶，每级台阶宽为2.0 m，设2%向内倾斜的横坡，以增加路堤的压实与稳定性。

3.7 高路堤稳定与沉降的监测设计

高路堤施工监测主要调查范围为路槽底部的调查，边坡坡面及坡脚的调查以及施工完毕布设的观测桩的调查。主要调查内容为这些位置有无裂缝、凹陷、鼓胀以及边坡有无变形，同时记录这些问题产生的时间，发展情况。观测桩采用木桩或者预制混凝土圆桩(或方桩)，长50 cm，直径8 cm，嵌入地面或堤身 45 cm，所有观测桩需布设在同一断面上。前期每3 d观测一次，若出现异常情况，可加密监测周期，观测数据应反映出水平向位移与垂直向位移的数据。当路堤沉降和稳定趋于平稳后，可半月或一个月观测一次，整个观测过程持续到路面工程施工开始。

4 结语

高路堤是山区高速公路路基设计中主要的控制工程之一。当路线方案不能优化而不得不形成高填方路基时，高路堤方案需与桥梁方案做安全、经济方面的比较，从而选择最优方案。当高路堤方案较优时，对其设计我们必须引起高度重视，因为高路堤的设计内容并不是独立的，而是相互联系、制约的，任何一部分的设计错误或欠缺都会导致路基病害的发生，从而影响行车安全。目前，杭瑞高速公路的路基主体部分已施工完毕，每处高路堤均未发生病害，可见上述设计是合理的。

[1] JTG F10-2006，公路路基施工技术规范[S].

[2] 王明怀.高等级公路施工技术与管理[M].北京:人民交通出版社，1999:33-39.

[3] JTG D30-2004，公路路基设计规范[S].

[4] 林 彤.地基处理[M].武汉:中国地质大学(武汉)出版社，1998:5.