几内亚运矿道路设计经验总结

陆继伟

山东港通工程管理咨询有限公司，山东烟台 264000

几内亚韦立联盟港口码头项目是中国宏桥集团联合中国烟台港集团、新加坡韦立集团和几内亚UMS等4家企业，组成企业联合体“赢联盟”建设的海外大型综合性项目，本项目是烟台港跨出国门、走向海外的第一站，也是烟台港融入“一带一路”倡议的重要战略支撑。项目主要包括港口工程和运矿道路工程，其中，运矿道路工程于2015年6月到目前已设计完成约110km长运矿道路。几内亚当地气候条件特殊，旱季雨季有巨大的反差，缺乏相关的地形图、测量资料、水文资料，面对这些困难，设计人员在现场通过应用新软件，对当地自然条件、地质状况的摸底调查，以及借鉴几内亚同类型工程的经验，摸索出一些几内亚道路设计方法，现将经验总结如下。

1 水文地质条件

1.1 水文调查

通过调查当地资料，博凯地区（工程所在地区） 年平均降雨量为2212mm，平均降雨天数为114d，2/3的降雨主要集中于7～9月。

表1 降雨量统计表（mm）

作为参考，山东省年平均降雨量为550～950mm，海南省年平均降雨量为1600mm，由此可以发现，当地的降雨量大，而且绝大多数的降水还集中在7、8、9三个月内，与国内的降水条件差别很大，对道路排水设计要求很高。

1.2 地质条件

1.2.1 铝土矿的形成[1]

博凯地区内岩浆岩是红土型铝土矿成矿母岩。因大面积裸露地表，经过长期风化氧化及去硅作用而形成大型、超大型铝土矿。山岭地区（如148#矿区、230#矿区） 成矿母岩较多，较易形成铝土矿，平原地区地质大多为角砾粘土（如1#港区、2#港区所在区域） ，没有形成矿体的基本条件。

1.2.2 铁帽石

铁帽石是当地山岭区内大面积出露铝铁风化壳，野外易于识别。经揭露其厚度为0.5～9m，颜色为褐红色-褐色，常见斑杂色、紫红色；结构较为复杂，主要有泥质结构、均一结构、不等砾和巨砾结构。148#矿区蜂窝状铁帽石比较多，脚踩会出现空洞声，而122#矿区（现采矿区） 大多为均一结构的铁帽石。

经现场试验，铁帽石强度较高，但压碎值较低，部分含泥量比较高。若用于路基填筑只可开采表面2～3m左右，但爆破费用高，不适宜大量使用。

1.2.3 粘土

粘土类岩石主要有铁质粘土和角砾粘土两种类型。

铁质粘土：该层位于土状铝土矿的下部，厚度一般为1～7m。上部主要为紫红色，中下部为褐黄、紫红色相间；泥质结构，土状-块状构造。122#矿区铝土矿下大多为铁质粘土，颜色多为紫红色。

角砾粘土：山岭地区粘土大多位于铁质粘土下部，平原地区大多裸露在外。颜色有浅灰-灰白色，紫红色，泥质结构，块状构造，主要矿物成分为粘土矿物，可见小片状珍珠光泽白云母，断口整齐，局部见砂粒状似石英砂岩，但用手捻即碎。2#港区道路为平原地带，角砾粘土大多裸露在外，多为紫红色，1#港区在地面以下3m，颜色为浅灰-灰白色。

2 路线设计

2.1 设计原则

（1） 尽量缩短路线长度，减少运距，提高经济效益；

（2） 避开村落，少占经济作物种植区，减少征地阻力及征地费用；

（3） 尽量少穿越软基地段，减少软土地基处理工程量；

（4） 尽量避开汇流区域，防止路基长期浸泡；

（5） 为提高行车安全性、舒适性，尽量选取较大的平曲线半径和竖曲线半径。

2.2 设计方法 （见图1）

图1 路线平面图

将Global Mapper软件提取的等高线地形图进行处理后，形成CAD版地形图，确定起、终点位置后，在Google Earth软件上对沿线的村落、河流、山体、明显软基区的位置进行对照，通过等高线判断出沿线汇水区的山脊线位置，根据制定的选线原则选出大致的路线方案 （如图1）。

将初步选取的路线方案导入到Ovital Map手机版中（可通过手机时刻确认自己所处路线的准确位置） ，设计人员对沿线进行踏勘，对所经区域的地形地貌、水文地质进行详细的调查，还可通过翻译人员对周边村落的村民进行调查（主要是近年的降雨情况） ，通过高大植物上的水渍推算雨季淹没的区域，将路线方案与现场调查的资料进行对照，对不合适的位置进行修改。这是一个反复的过程，需要耐心，同时，这也是整个工程最重要的一个过程，是决定设计任务成功与否的关键因素。

3 纵断设计

3.1 控制最大纵坡

线路纵向坡度设计最大值在5%左右，主要是考虑当地运矿车辆的载重情况、车况，以及当地黑人司机的技术水平。其中，在满载方向（矿山至港区） ，纵坡应尽量控制在4%以内，减轻运矿车爬坡的负担；空载方向（港区至矿山） ，纵坡可控制在6%以内，减少土石方工程量，减小投资。

3.2 填挖平衡

因当地土方、石方的采购价格高，运输价格也偏高，所以在路线一个区段内的填挖方工程量尽量做到平衡以减少土石方的开挖、采购、外运等工程。

3.3 分地质、分路段设计

对于不同地质情况的路段应进行分段设计，不能全线套用一种设计模式，像148运矿道路，2#港区运矿道路大桥东侧，都属于山岭区，表层渗透性好，有一层铁帽石覆盖，这种区域就应该少填忌挖；像2#港区运矿道路港区至大桥段，处于平原水网区域，表层渗透性差，多以粘土和粉质粘土为主，这种区域就应该多填少挖。

4 横断设计

4.1 路基宽度

按照中国国内相关规范，根据设计时速，单个行车道宽度一般设计为3.5～3.75m，但国内一般通行车辆宽度均不超过2.5m。几内亚运矿道路上通行的运输车种类较多，很多是欧洲车型，宽度普遍大于国内车型，最宽的达到了3.3m，所以运矿道路行车道宽度仍采用国内标准是不能满足实际需求的。根据设计行车速度40km/h，车型宽度按最大3.3m考虑，单个车道设计为4.5m宽[2]。按双向四车道考虑，每侧考虑设置1m宽土路肩，最后路基宽度确定为20m。

4.2 路基填筑

沿线表层地质一般为1～2m厚粘土或粉质粘土，下层就是粘性土混角砾或角砾混粘性土，这种材料分布性广、数量多，而且是非常好的筑路材料，沿线大量位置可以选做取土场，是本次工程最主要的筑路材料。

当地雨季瞬时降雨量大且持续时间长，临界高度参考雨季降雨及回填土质根据经验确定。根据现场临界高度、雨季洪水位及雍水位等确定路肩距原地面最小填筑高度为2m。

4.3 软基处理

沿线分布有3000多米的软弱地基，如果处理不好，雨季路基不均匀沉降，路面严重翻浆，将导致运矿道路无法通行。在1#港区的软基处理中，使用了强夯置换和水泥搅拌桩两种方式，同时保证工期。在2#港区的软基处理中，对淤泥层厚度较大的区域采用水泥搅拌桩处理，淤泥层厚度较小或者表层粉质粘土标贯击数低的区域采用挖除不良土质后换填铁帽石的处理方案。在保证处理效果的前提下，尽可能多地采用大开挖换填铁帽石的处理方案。通过观察和统计，换填的处理方式取得了不错的效果而且大大缩短了工期，减少了6000根水泥搅拌桩。

4.4 边坡防护

对于填筑高度大于6m或是处于易被雨水冲刷的路段，边坡采用土工格栅加筋土处理方案，但是现场土工格栅材料不足，此方案未能实施。后听当地施工单位工人介绍，在修筑CBG铁路时，采用撒清表的腐殖土进行边坡种草防护。设计人员分析后认为这种方案非常可行，不仅能加固边坡，还能减少腐殖土的外运成本。5月份第一场雨过后，撒过腐殖土边坡就长出大量的灌木。事实证明，这是一种非常有效且经济的边坡防护措施。

5 桥梁设计

5.1 选址

大桥选址需结合路线控制点及河道地质等确定。本工程大桥处地质多为裸露岩石，河床地质良好，河道顺直、稳定，河岸两侧地质条件较好，判断不会发生滑移等地质灾害。1#、3#中桥因规模较小，选址更多的是从路线的整体线型考虑。

5.2 跨度及净空

跨度是按照国内桥梁一般跨径设置，根据桥长最终确定21m跨，这个跨度不是固定的，在以后的桥梁设计中是可以根据现场实际情况做相应调整的。净空根据现场勘查冲刷高度并增加0.5m计算水位，设计时除考虑洪水频率外，还需要考虑雍水高度、波浪爬高、河床淤积等因素的影响。

5.3 基础埋深

桥梁基础埋置深度根据局部冲刷深度确定，根据现场勘查总冲刷深度不超过3m，最终确定基础埋深为1.5m。为确保基础稳定及减小冲刷作用，桥台基坑采取毛石混凝土锚固，使基础与岩石形成一体。

5.4 上部结构

上部结构可以选择的形式很多，初期考虑了很多种方案：预应力板梁结构由于现场缺少张拉设备且无法保证预应力施工质量被否定，现浇普通钢筋箱梁结构因为雨季无法打满堂支架被否定，国内预制预应力混凝土梁、现场安装的方案因为吊装次数多、裂缝难检测的原因又被否定，最终采用国内预制钢结构箱梁、现场安装的设计方案。如果桥梁可在旱季施工，打满堂支架做现浇普通钢筋箱梁也应该是一种可行的方案。

6 涵洞设计

6.1 位置选取

首先还是要在等高线地形图上初选，可在图上根据雨水汇流的方向和位置，初步判定出涵洞的大概位置，同时还可以同Google Earth上小河沟的位置进行对照，增加准确度。然后对沿线进行详细调查，有针对性的对涵洞位置进行准确定位。

6.2 结构形式

在1#港区运矿道路设计中，涵洞采用现浇盖板涵洞。涵洞位置比较分散，现场施工只能用发电机进行发电，每处涵洞施工时，需要运输模板、发电机等设备，效率低，28处涵洞历时9个月都未能全部完成，影响了道路通行的效率。在2#港区运矿道路的设计中，吸取了1#港区的经验教训，经计算和施工单位的多次讨论，最终确定采用装配式盖板涵洞，即除基础需要现浇施工外，盖板、台身、墩身、八字墙均采用预制的方式。基础采用现浇凹槽混凝土，台身与基础采用凹槽灌水泥砂浆及现浇铺砌进行固定，盖板及台身采用预埋连接锚栓固定，整个涵洞形成稳定结构。

装配式盖板涵洞因大量构件可在港区内预制，解放了大量施工人员和设备，在预制了足够数量的构件后，调集托盘车、吊车进行集中运输、安装，大大缩短了施工工期，仅在雨季前的1个月内就完成了15座涵洞。

6.3 孔径和净空

涵洞孔径采用Global Mapper转出的等高线地形图勾绘汇水面积，计算系数、渗流系数参考云南地域系数，通过计算最终确定孔数。

6.4 洞口防护

图2 铁帽石灌浆护岸图

常规的洞口防护一般采用浆砌片石衬砌，但是当地石料价格高，工人水平差，很难达到理想的效果。为降低对施工技术水平的要求，节省投资，设计方案改成用铁帽石灌砂浆加固的方式进行洞口防护（铁帽石5美元/m3，块石29美元/m3） 。不但能够提高施工效率，还降低了投资。后来在卡姆萨尔的一处小河旁边也发现了类似的结构形式，证明此方案可行且符合当地实际情况。

7 结语

几内亚运矿道路设计与国内的公路设计是存在很多共同点的，但是当地特殊的自然环境、独特的地质条件以及施工设备、人员缺乏的现状又决定了其与国内的设计方式存在很多的不同。设计人员主要还是应根据现场调查的第一手资料，结合国内、当地相关工程的经验，通过仔细的分析，选取满足当地使用要求、能在现场顺利施工的设计方案。

[1] 高灶其，樊克锋.几内亚红土型铝土矿床地质特征[J].资源调查与环境，2009, 30（2）：115-118.

[2] GBJ 22—87, 厂矿道路设计规范[S].