陡坡高路堤的设计方法探讨

龙 森 胡兴尧 刘宏力

0 引言

JTG D30-2004公路路基设计规范规定:填方边坡高度超过20 m的路堤称为高路堤;地面斜坡坡率陡于1∶1.25的路堤称为陡坡路堤。当边坡高度超过20 m的路堤或斜坡坡率陡于1∶1.25的路堤还应进行个别设计,对重要的路堤应进行稳定性监控。我国地势西高东低,且西部地区多为山岭重丘地区,地势起伏大,地面横坡陡,而且这些地区构造、侵蚀作用强烈,地质条件复杂。随着西部大开发战略的实施,越来越多的高速公路将在西部地区修建。在这些地区进行高等级公路建设,常常出现既是高路堤又是陡坡路堤的路段,在这种情况下,提高公路的桥隧比例能够有效的减少陡坡高路堤路段。但是在同等条件下,相同里程的桥隧路基造价一般是普通路基的5倍以上,而且工程建设的难度也将成倍的增大,这给经济本就欠发达的西部地区高速公路建设带来了更大的压力。因此,根据现场实际情况,适情采用陡坡高路堤填方通过不但能节省很多的工程投资,而且能消化部分废方,节省公路占地,利于环保。然而,陡坡高路堤填方高度大,地面横坡较陡,单纯从施工工艺和填料选择上很难保证路堤的稳定性,如何对陡坡高路堤进行安全、合理、经济的设计成为摆在公路设计人员面前的难题。因此,研究陡坡高路堤的设计方法有着很重要的现实意义和应用价值。

1 陡坡高路堤的失稳机理分析

当路堤修筑在地面横坡较大的陡坡上时,容易出现路堤失稳破坏。陡坡路堤发生失稳破坏的主要原因是地面横坡较陡、基底存在软弱下卧层或强度不均匀、路堤填筑质量问题。由于原因不同,陡坡路堤的失稳破坏主要有以下几种不同的形式:

1)当基底稳定或为基岩面时,路堤因地面横坡大而沿着基底接触面或基岩面发生滑动。2)当基底存在软弱下卧层时,路堤连同软弱下卧层沿某一圆弧滑动面滑动。3)当基底强度不均匀时,路堤连同其下的岩土层沿某一最弱的层面滑动。4)当存在路堤填筑质量问题时,如压实度不够、填料质量不合格等,路堤亦会出现局部的破坏或整体的失稳。

2 陡坡高路堤的设计方法分析

2.1 结构物支挡设计方法

结构物支挡设计方法主要通过设置路肩墙、路堤墙等支挡结构支撑路堤填方边坡,以保持土体的稳定性。但是对于陡坡高路堤而言,由于地面横坡很陡,填方高度大,普通的石砌路肩墙和路堤墙一般难以实施或是风险过大,违背了“安全、经济、合理”的设计原则。在这种情况下,一般需采用桩板墙、桩基承台挡土墙等以桩为基础支挡结构形式,见图1。

从结构物支挡的设计思路来看,主要着眼于被动的支挡,为被动防护的设计思路,这也是目前对陡坡高路堤常用的设计方法。但是,山区公路的陡坡高路堤情形非常普遍,且随着桩基础的应用,工程造价也成倍增长,与设计初衷相悖。所以,对陡坡高路堤采用结构物支挡方法设计需要综合工程地质条件、工期、资金情况等因素进行技术经济比较后择优决定。

2.2 加筋土设计方法

随着土工合成材料应用技术的发展,使得应用土工合成材料修筑陡坡高路堤成为可能。加筋土是一种在土中加入土工合成材料而形成的复合土。加筋土路堤一般由土工合成材料和土体填料层层碾压而形成,土工合成材料加入后提高土体的强度,增强土体的稳定性,使整个路堤的力学性能得到改善和提高,通过土工合成材料使稳定基底与填土形成一个整体,见图2。从加筋土路堤的设计思路来看,主要是以提高路堤填料强度和路堤的稳定性为主要防护的设计思路。

2.3 加筋土与支挡结构组合设计方法

由上述分析可知,前述两种方法均具有一定局限性,因此可对前面两方法进行有机结合,综合进行应用,形成全新的土工结构,即加筋土结构。适用于陡坡高路堤的加筋土结构主要有加筋土挡土墙,当路堤填方受地形条件或其他因素制约时,可在路堤坡面设置面板,面板材料可采用钢筋混凝土板、浆砌片石、片石混凝土、格宾网等;也可在边坡上设置支挡结构,根据支挡结构所处位置分为路肩式、路堤式、阶梯式以及复合式等,根据工程实际可将支挡结构修筑成直立式、阶梯式和斜坡式,见图3。

通过设置坡面面板和支挡结构后可以增强坡面约束,将填方边坡抽陡,减少填方高度和占地范围,提高路堤的稳定性。目前已经有使用格宾网面板和高强土工格栅修筑40多米高挡墙的成功实例。

3 结语

本文通过对研究陡坡高路堤的现实意义、破坏机理以及设计方法的分析得出以下结论:研究陡坡高路堤设计方法对于山区公路建设具有重要的实际意义和应用价值。传统的结构支挡设计方法已经难以满足社会的发展需要,加筋土设计方法和加筋土与支挡结构组合设计方法具有良好的发展前景。但是目前土工筋材普遍存在强度较低、受力形变大和耐久性差等问题,因此,提高土工合成材料的力学性能、耐久性和经济性成为加筋土结构能否广泛应用的关键。

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