谈川藏高寒山区公路设计

孙 代 靳延庆

(1.俄岗公路工程建设有限责任公司，四川 成都 610000； 2.长安大学公路学院，陕西 西安 710000)

谈川藏高寒山区公路设计

孙 代1靳延庆2

(1.俄岗公路工程建设有限责任公司，四川 成都 610000； 2.长安大学公路学院，陕西 西安 710000)

结合国道317线改扩建工程实例，在分析川藏高寒山区公路气候特点的基础上，对高寒地区公路路基、路面、路基防护设计的原则及注意事项进行了阐述，使公路设计满足高寒地区的功能要求。

高寒山区，公路，路基，路面，设计

0 引言

随着国家西部大开发战略的进一步推进，西部地区基础设施建设取得了明显进展。国道317线(川藏公路北线)是四川省通往西藏的一条重要公路，是国家实施西部大开发战略的重要举措之一。国道317线甘孜段改扩建项目路线全长384.838 km，起点K38+200甘孜州与马尔康交界处，终点为金沙江岗托大桥(四川、西藏省界)。

该项目地处高海拔地区，气候条件恶劣，年均气温较低，垭口地段路面温度低于0 ℃处存在冻土。经调研组现场调查，冻土深度为0.6 m～1.6 m左右。冻土是具有零温或负温且含厚固态冰的土，按其存在时间的长短分为多年冻土、季节性冻土和瞬时冻土。其中多年冻土、季节性冻土对路面工程影响较大。冻土在川藏地区普遍存在，且分布在越岭地段，伴随冰雪害及道路翻浆分布，对原路面影响极大。季节性冻土每年春节随着气温的回升，在3月下旬或4月上旬，浅层开始解冻，且随着温度的变化时冻时融，只在4月下旬土壤才全部解冻，随着气温和低温的下降，于10月中旬左右开始冻结。因此在该地区修建公路与常规的公路修建有诸多不同的地方，设计的侧重点与常规公路的设计有些许差异。

1 川藏高寒山区公路气候特点

该路段地处甘孜藏族自治州位于四川省西部。介于东经97°22′～102°29′，北纬27°58′～34°20′之间。东邻阿坝藏族自治州和雅安市；南连凉山藏族自治州和云南迪庆藏族自治州；西沿金沙江与西藏昌都地区隔水相望；北接青海玉树和果洛两个藏族自治村。幅员面积15.37万km2，占全省总面积的31.5%。工程所处位置平均海拔3 500 m以上，地形西北向东南倾斜。工程区内雀儿山最高点高度6 168 m，路线最低点为路线起点。该路段属于大陆性季风高原型气候，气温低，冬季长，无霜期短，降水较少，旱雨季分明；光照强度大，日照丰富，从低海拔到高海拔，立体变化显著。

项目路段穿越炉霍县，甘孜县，德格县。甘孜县属于高原河谷气候，寒冷干燥，澄彻晴朗，地势开阔，日照长，辐射强，年日照时数为2 640 h，年均温度5.6 ℃，最高温度31.7 ℃，最低温度-28.9 ℃，年平均降水量636.5 mm，含氧量相当于平原的67%。炉霍县属于青藏高原亚湿润气候区，冬春寒冷，气候干燥，风沙较大。年均温度6.4 ℃，最高温度31.0 ℃，最低温度-24 ℃，1月均温-3.7 ℃，7月均温14.6 ℃，日照数2 605 h，无霜期94 d。

高寒地区气候恶劣，自然环境条件差。在该地区修建公路，与低海拔地区有许多不可预见的状况，因此要控制其质量是一个极其复杂的过程，涉及到设计、施工、管理等每一个环节和每一个细节，某一方面的疏忽和粗心就有可能导致工程的质量功亏一篑。在具体工程的工程设计与施工工程中，最应当克服的是过于注重某个局部和细节问题而忽略整体和全面的质量管理作法。沥青路面质量控制是个系统工程，尤其在高寒地区更要注意这一点，唯有每一个过程都把握好了，工程质量方可满足要求。

2 高寒地区公路设计

2.1 高寒地区公路路基设计

高寒地区公路建设的核心技术问题之一即为路基修建与稳定技术。路基设计是高寒地区公路设计成败的关键，由于高寒地区地处多年冻土和季节性冻土地区，路基融沉与冻胀翻浆是影响路基稳定与使用寿命的主要因素。因此，高寒地区路基设计首先要考虑二者的影响程度以及相应的处治措施。按照这一指导思想，结合具体冻土类型及年平均地温采用下面的设计原则[1]：1)保护冻土设计原则；2)控制冻土融化速率的设计原则；3)允许融化的设计原则；4)按季节冻土区处理原则。

路基作为一种线性结构物，要跨越各类不同的地貌单元、地层岩性、构造体系以及各种特殊的不良地质现象，影响因素多，情况十分复杂，要解决好路基设计中的问题，要做好前期的勘测与调查，然后根据实际情况确定路基设计方案，不良地质条件下还需做好路基地面排水与侧向保护[2]。根据大量的工程实践，高寒地区公路路线、路基应遵循保护冻土的原则，尽量避免“零”填、浅挖，并在此前提下，根据冻土不同特性，确定相应的路基合理高度。

根据317线改扩建要求，路基宽度采用8.5 m(10 m)，路基标准横断面组成为行车道宽2×3.5 m+硬路肩宽0 m(2×0.75 m)+土路肩宽2×0.75 m，路基设计标高按上述原则确定。路线上的挖方一般可作为利用填方填筑路堤，对欠方地段或对填料有特殊要求路段需采用借方填筑，路基压实标准按重型压实标准执行，路基填筑前应视情况清除耕植土，并集中堆放供绿化利用，填方应分层铺筑，均匀压实，路基压实度、填料最小强度和填料最大粒径应符合表1要求，否则应视情况分别采取夯压密实，加强排水，换填等措施进行处治。

表1 路基压实度、填料最小强度及填料最大粒径要求表

2.2 高寒地区沥青路面设计

高寒地区修筑道路一直被视为世界性难题。317国道甘孜段沥青路面病害主要有：1)裂缝类，主要有横向裂缝、纵向裂缝、网状裂缝和龟裂等，其中横向裂缝居多，主要有温缩裂缝与半刚性基层反射裂缝；2)变形类，主要表现为波浪和沉陷，车辙、隆起较少；3)松散类，主要表现为松散、坑槽、脱皮等，其中以松散破坏为主。高原地区紫外线强烈，沥青老化，粘结力下降，是造成这种状况的主要原因。

因此该地区沥青路面设计应考虑多年冻土地区气温低、降温速率快、昼夜温差大、日照强烈、紫外线辐射强、冻土路基不均匀融沉变形等特殊使用条件，以及有效施工期短、施工温度低等特殊施工条件[2]。应收集沿线气温、冻结深度、冻土类型等气候、地质资料，调查交通量、交通组成、轴载谱等交通资料，掌握沿线路基冻融特点，预测冻土路基变形，进行路基路面综合设计。

高寒地区特殊的气候条件和路面使用环境，对沥青路面的材料设计与结构设计提出了新的要求，主要表现在以下方面：

1)路面材料的低温性能。高寒地区长期低温条件下，半刚性基层强度形成缓慢，形成与低海拔地区同等强度的板体周期长；沥青在长期低温条件下，变得脆而且硬，低温性能降低。基于此，沥青路面基层与面层的材料的低温强度与抗裂性能需要有更高的要求。

2)路面材料的耐久性。川藏高寒地区，筑路材料来源单一，沿线材料多种多样，沿河集料与山体开采石料风化严重，强度和耐久性普遍较差；在使用过程中多次冻融循环和强紫外线辐射，性能蜕变较快，因此要求集料具有更好的抗冻性能，沥青材料的抗紫外线老化能力需要重点考虑。

3)路面结构的抗裂缝变形能力。高寒地区普遍采用半刚性基层，温缩裂缝、反射裂缝以及由于沥青过早老化引起的面层松散问题威胁着路面的使用性能。因此，在结构组合上应采取有效途径减缓或避免这些问题的发生。

由于废旧轮胎中含有合成橡胶、硫磺、炭黑、天然橡胶、抗老化剂等成分，将其掺入沥青中会改善沥青的整体性能，据现有研究知道，橡胶沥青能提高沥青的软化点，改善沥青的低温下流动性能，降低针入度，提高沥青的低温延度，增强沥青的弹性变形[4]。结合高寒地区沥青路面温缩裂缝、放射裂缝以及沥青过早老化的特点以及废胎胶粉对沥青性能的改善，将橡胶沥青应用于高寒地区是一个明智的选择。

国道317线甘孜段采用的是半刚性基层，反射裂缝增加，在橡胶沥青结构设计方面采用在基层上铺筑橡胶沥青应力吸收层，可以有效延缓半刚性基层的反射裂缝问题。在抗反射裂缝性能方面，橡胶沥青间断级配的结构能力是普通密级配的两倍，因此可以有效地减薄该结构层的厚度。根据沥青路面结构设计方法，推荐采用的路面结构如图1所示。

该路面结构上面层减缓沥青的紫外线老化，由于橡胶沥青的低温性能良好(5 ℃延度高)，温缩裂缝减轻；将橡胶沥青混合料垫在基层与水稳层之间，可以有效地减轻半刚性基层的反射裂缝，高剂量沥青用量的橡胶沥青混合料具有很好的粘结力，提高下面层的抗剪切能力。半刚性基层具有足够的强度承载川藏线上的物资运输车辆的车辆荷载，在基层以下的级配碎石垫层：在冻土地带，按防冻层厚度计算，并且在常年冻土区，级配碎石垫层具有较好的隔热保温性能，减少沥青路面温度的向下传递，减轻冻土的融化引起的路面融沉变形。各结构层厚度应按照常规路面结构厚度设计依据基础资料而定。

2.3 路基防护设计

根据沿线地质构造、岩土性质、裂隙发育程度，结合沿线公路边坡稳定情况，综合拟定挖方边坡坡度。本路地质情况大致为块状碎石土，部分段落基岩裸露，岩层主要为砂岩、泥岩、砂泥岩互层、石灰岩、板岩、花岗岩等。

填方路基边坡防护一般考虑作植物防护，路堤按正常坡比放坡或放缓后回填腐殖土或含植物根系土后种植适宜于高寒地区生长的灌木或草籽。受水流侵蚀或冲刷轻微，河道宽浅的沿河路堤，设置铅丝石笼护脚或在设计水位+100 cm高度以下的路基边坡采用浆砌片石防护，其上部边坡防护同正常路段；当路基边坡受河流冲刷较严重，河道狭窄的路段，一般采用浸水路肩挡土墙或路堤挡土墙防护，以保持路基稳定。

挖方路段边坡防护需根据边坡高度，边坡土质岩性等基础资料采取相关措施。高寒地区物理风化作用强烈、岩层破碎、自然边坡高陡、物源丰富，傍山路基应尽量避免深挖方削坡，在结合自然边坡坡面情况、水文地质条件，考虑环境保护因素等基础上进行综合治理。应视其高度、岩土界面、裂隙发育程度、稳定情况进行防护。

临河路基应根据原路边坡、河道、河流冲刷等实际情况采用浸水挡土墙、实体护+护脚坡脚、格宾挡墙、铅丝石笼等多种工程措施进行防护。浸水挡土墙一般用于路基宽度不够、河道狭窄，河流冲刷严重路段。实体护+坡脚一般用于宽浅河滩及原临河路基边坡较缓路段，采用M10砂浆砌片卵石护坡及护脚，护坡基础基底应置于一般冲刷线0.5 m～1.0 m以下，在离路基主体相对较远的路段，以避免沟谷下切，河流冲刷淘蚀及岸坡稳定，一般均加设铅丝石笼防护，铅丝石笼应选择水稳定性好、抗风化能力较强的石料，粒径应大于铅丝网孔径。

3 结语

高寒地区沥青路面的修建是一个系统工程，从设计，施工，管理，养护等多方面综合考虑。设计作为公路建设的指导性文件，对公路建设起着统筹全局的作用。因此高寒地区公路设计需要对该地区的气温低、温差大、紫外线强烈、冻土分布广泛等独特的环境条件重点考虑，并结合实际情况对工程质量采取主动控制措施，坚持预防为主，后期治理为辅的方针，有针对性的勘察设计，力求工程质量满足高寒地区的功能要求。

[1] 汪双杰.多年冻土地区公路修筑技术[M].北京：人民交通出版社，2008：226-227.

[2] 邓学钧.路基路面工程[M].北京：人民交通出版社，2009：59.

[3] JTG/T D31—04—2012，多年冻土地区公路设计与施工技术细则[S].

[4] 王旭东,李美江,路凯冀.橡胶沥青及混凝土应用成套技术[M].北京：人民交通出版社，2008:43-58.

Discussion on the highway design of Sichuan-Tibet alpine mountain

Sun Dai1Jin Yanqing2

(1.EgangHighwayEngineeringConstructionLimitedLiabilityCompany,Chengdu610000,China;2.HighwayInstitute,Chang’anUniversity,Xi’an710000,China)

Combining with the reconstruction and extension project of national road 317 line, based on the analysis on the climate characteristics of Sichuan-Tibet alpine mountain, elaborated the principle and matters needing attention of highway sub-grade, pavement, sub-grade protection design of alpine area, made the highway design to meet the functional requirements of alpine area.

alpine mountain, highway, sub-grade, pavement, design

2014-12-29

孙 代(1977- )，男，硕士，工程师； 靳延庆(1989- )，男，在读硕士

1009-6825(2015)08-0162-03

U412

A