阿尔及利亚国家东西高速公路洪泛区设计方案

臧洪敏

摘要：文章通过试验手段，找出了凝灰岩符合规范要求的特性，替代碎石用于洪泛区，解决了洪泛区用料不足的问题，这在石料较为紧缺的阿尔及利亚，对今后类似的工程设计具有指导意义。

关键词：阿尔及利亚；高速公路；洪泛区；工程设计；凝灰岩

中图分类号：F512

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)14-0182-03

一、工程介绍

阿尔及利亚国家东西高速公路是贯穿整个国家的东西交通大动脉，欧洲标准建设，东接突尼斯，西连摩洛哥，分东、中、西三个标段，全长927公里。其中由中信一中铁建联合体承建中、西两个标段。本文介绍的是位于西标段范围内的洪泛区路段，全长约50公里。

二、洪泛区的界定及专用技术规范要求

1.洪泛区是指在有水路经过附近的一段地表区域。可能会有淹没危险。对洪泛区的建议界定，主要参考阿尔及利亚百年一遇洪水位、原地表高程以及实地调查研究结果和工程外部监督的讨论，此定义限定与百年一遇洪水参考文献对阿尔及利亚水文资料的分析和实地考察发现相吻合。

2.洪泛区路段的主要地质结构为第四纪的粘土性和砂砾性沉积物，以及在以泥灰岩和粘土为主体，局部存在风化程度不同的砂岩的下部地基上新形成的粘土性冲积夹沙层。对于这些区域的路基填方施工，根据东西高速公路专用技术规范要求，一定要使用对水不敏感材料，并采取能使这些材料保持对水不敏感性的方法，从而使其在一定时间内，无论外界条件如何，也能够保持稳定状态和承载力。

3.阿尔及利亚方业主根据专用技术规范以及法国公路施工规范要求，提出参考方案：自原地面以下30cm直至百年一遇洪水位线以上35cm，全部填筑0～200mm的碎石，上面再填筑15cm厚的0～31.5mm的碎石通料，以防止水汽上升，浸泡路基。按此计算，全线洪泛区需要0～200mm的碎石近六百万方，且不说石料的平均运距有110公里，单是生产这六百万方石料，至少需要一年时间，全部采用此方案，势必造成工期延误。

三、凝灰岩

考察阿尔及利亚多年的公路施工工艺，发现其各级公路的路床多采用一种叫凝灰岩的材料填筑，效果很好。借鉴其经验，拟采用凝灰岩替代0～200mm碎石，但必须通过一系列相关试验，检测其对水的敏感程度，承载力能否满足技术规范要求。

1.凝灰岩介绍。凝灰岩是阿尔及利亚特有的一种石灰岩，分布范围较广泛，有很多凝灰岩形成的山丘，当地称凝灰岩为Tuf。优质凝灰岩为白色颗粒状，松软易碎，其主要成分为碳酸钙，分级情况为GTR R22至R23的岩石。经开采后使用，其绝大部分可以分类为B5类松软填料，而从B4至B6类的填料都有着对水不敏感的特性。

2.在距离洪泛区较近的十九个凝灰岩料场，随机取试验样品，按照法国规范进行试验，所有试验结果汇总于表2。计算试验结果，测得Vbs(亚甲兰值)平均值为0.43，80μ通过率为20.2％。

通过CBR试验证明，承载力的损失较大，平均承载力为41.1％，介于95％OPM(相当于国内的轻型击实)的CBR和浸水CBR(即iCBR)之间。剩余的最小承载力为18，与此数值相对应的是密度为1.7t/m³(90％的OPM)。对于全部样本，iCBR的平均值被确定为48。

此材料有一种特殊的性能，通过浸水／干燥这一周期后。对细料有一定的胶结作用。浸水承载力试验表明，通过这样两个周期，其承载力应该会长期保持稳定，甚至从第三个周期起，承载力的稳定程度有着轻微的升高。此特性对于我们将其用于洪泛区有着积极意义，通过实验我们还发现此材料表现出非常弱的降解性。试验结果详见表1：

应当注意：在制造完成含水量为98％Wopm的cBR试块之后，将其浸入水中24小时，然后放至60度的烘箱内24小时，这是第一个周期，此周期后应跟随一个浸水4日CBR试验。两个周期的实验是连续做两个浸水然后烘干的周期后，接着做一个浸水4日CBR试验，测定承载力，三个周期的实验是连续三个周期，随后做浸水4HCBR试验，以此类推。

由以上试验结果可以得出结论：凝灰岩(Tuf)为对水不敏感材料，其剩余承载力iCBR为18，石料场的凝灰岩可以有条件的用于洪泛区填筑。

假设有约为80Mpa的EV2等量承载力，路床由PF3型的路基和最小级别PST3(水外的PST)和AR2(EV2承载力最小50Mpa)的PST层组成，剩余承载力满足此假设要求。

四、凝灰岩的使用条件和施工条件

通过试验，GTR分级为B5的实验材料符合对水不敏感材料的特性。其对水不敏感性来源于其80μ＜12％的通透率和＜0.2的亚甲兰值。用于洪泛区时，长期承载力被认为与浸水CBR(即iCBR)路面下陷的原理有关。

(一)凝灰岩的使用条件

见表2凝灰岩试验数据统计表：

根据表2中的数据，每一个凝灰岩料场样品的指标并不相同，有一些差别较大。通过定义一个简单试验来验收开采出的原料，我们尝试在材料的长期承载力(iCBR)和其物理化学相关试验(80μ通过率，亚甲兰试验，碳酸钙含量)之间建立一个安全系数关系。

1.亚甲兰／iCBR。此两项试验能够在凝灰岩的亚甲兰指标和浸水CBR承载力间建立一种系数关系。通过一条曲线，我们认为这个系数是确定的，可以接受的。我们注意到，直至亚甲兰值为0.5时，此曲线的走向为一条明显直线，略带倾斜。超过此值后，变为带有指数曲线的特征，并且浸水承载力值迅速降低。当亚甲兰值为0.5时，承载力为30，相当于EV2承载力当量大于100Mpa。如图1所示：

2.80μ通过率／iCBR。用同样的方法分析，我们无法找到细料的含量与承载力间有明显的系数关系，此项系数很小，R2=0.29，如图2所示：

3.碳酸钙百分比／iCBR。通过研究化学特性，凝灰岩中碳酸钙含量极高，平均为92.6％，最低值为76％，最高值为100％。未发现碳酸钙含量与承载力有明显的系数关系(碳酸钙含量为100％时，iCBR值为18，碳酸钙含量为96％时，iCBR值为76，碳酸钙含量为76.8％时，iCBR值为13)。由此可以得出结论，当碳酸钙含量超过95％时，承载力值超过20％，如图3所示：

作为结论，把从石料场开采出来的凝灰岩，其试验亚甲兰值不高于0.5作为可以使用的主要指标。

(二)施工条件

选择在W1标段进行了一次试验段的施工工作，使用V5级别的压路机和从2号料场开采的原料，其主要技术指标如下：

(GTR)分级：B5，亚甲兰值为0.5，11＜80μ通过率＜14，1.67＜γd OPN(最大干密度)＜1.73，9.89＜W％OPN(最佳含水量)＜17.9。

此次试验段施工方法如下：施工层厚度30厘米，压路机速度为3km/h，碾压三遍。第一遍为静止碾压，第二遍为强振，第三

遍为静止碾压。

在这些条件下。对于最大干密度为1.65～1.73t/m³的凝灰岩填料，压实度达到了99％OPN。

根据试验段的经验，采取路层填筑30厘米厚，压路机三次碾压的方案，为了限制变形，压实度要达到100％γdOPN。

根据专用技术规范的要求，B5类材料应在含水干燥到潮湿的状态下进行填筑。太干燥和太潮湿类材料不能应用。根据定义的标准击实参数(γdOPN=1.85t/m³和W％OPN=13.02％)，在太干燥状态和太潮湿状态间的底限值为0.6WOPN，即7.8％，最大值为1.25 WOPN，即16.5％。

作为结论，符合使用条件的凝灰岩其含水量应该控制在7.8％至16.5％之间。压实度γdOPN应达到100％，EV2(长期)承载力＞50Mpa，同时EV2/EV1＜2。

五、洪泛区设计方案的确定

(一)设计方案的限定条件

因洪泛区原地表地层为粘土，毛细水上升受限，此上升更直接地取决于含水地层的位置，因此凝灰岩的使用仅限于地下层为粘土的洪泛区。但是，压实后的凝灰岩阻断了洪泛区两侧水路的自由流动，极可能造成积水，淹没路基。因此要通过结合了汇水和排水设施的结构物来保证实现水利的通透性，必须设置一定的水利设施和排水层，保证路基两侧的水能够自由流动，避免积水。

(二)设计方案的具体内容

1.调查阿尔及利亚多年水文资料，在洪泛区低洼段或者汛期水路经过路段，设置过水涵洞或泄洪桥，排水能力要求遇百年一遇洪水不得淹没路基。

2.非结构物路段，清除腐殖土且压实后，填筑0～200mm的碎石，作为排水基础，此排水基础良好的渗透性能够避免凝灰岩的毛细现象发生浸透，填筑高度超过原地面高程50cm。碎石上面再填筑符合要求的凝灰岩，填至百年一遇洪水位线以上50cm，按照试验段的要求施工。

3.对于石料充足路段，可以采用0～200mm的碎石，填至百年一遇洪水位线以上50cm。

六、结语

凝灰岩代替碎石填筑洪泛区，施工单位可以就地取材，合理利用当地资源，大大加快了工程进度，也取得了较好的经济效益。随着阿尔及利亚高速公路的不断加快发展，必将有更多的中国公司加入其中，这一方案对于今后类似的工程施工有着很好的借鉴作用。