平原区高速公路路基填料解决方案技术研究

2023-11-16张哲江龙进

安徽建筑 2023年11期

张哲，江龙进

（1.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽合肥 230088；2.公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心，安徽合肥 230088）

1 概述

高速公路（简称高速路）是指专供汽车高速行驶的公路，其因通行能力强、运输成本低、交通事故少、资源节约成效高等显著优点，近年来得到了大规模发展，为我国社会经济的稳步提升做出了巨大贡献。统计资料表明，截至2020 年年底，全国公路总里程519.81 万km，其中高速公路里程16.1 万km。根据《中华人民共和国2021 年国民经济和社会发展统计公报》显示，2021 年新改建高速公路里程9028km[1]。

平原区高速公路地势平坦，公路建设主要为填方，每公里土方需求约13～17 万方，借方工程量浩大。传统高速公路修建中，基于土源稳定性和质量可靠性考虑，一般采用就近设置集中取土场方式进行取土，后期结合地方规划和需求进行还塘处理或利用水塘敷设太阳能发电板。

但随着土地资源管控力度的加强和环境保护意识的重视，大规模占用耕地设置取土场进行集中取土的方式越来越难以实现，当前高速公路修建面临路基填料来源的问题越发突出，逐渐成为影响项目是否能按期顺利完成的重要关键点，也是当前公路建设中面临必须要解决的主要难题。为确保公路建设顺利开展，结合近年来高速公路建设经验，平原区高速公路设计过程中如何贯彻节流措施并开展综合取土方案，成为项目设计的重要关键点。

2 路基填料方案技术研究

平原区高速公路土方需求量非常大，为有效解决路基填料来源，需综合采取“开源节流”措施，多管齐下。前期通过合理布设结构物以有效控制道路纵坡，从源头上控制项目借方需求。同时，广开财路，在确保工程质量和造价基础上，积极寻找可替代结构方案减少路基设置长度，并结合建设区域地材分布情况，积极引入一切可以利用的其他材料进行替代，最终通过多种渠道合理有效解决平原区高速公路修建中面临的土源难题。

2.1 节流措施

2.1.1 低路堤技术[2]

结合项目建设区域地形特点和居民点分布，在满足地方交通车辆出行的条件下，优先采用支线上跨高速公路方式以有效压低主线道路纵坡，从源头上节约土方工程量。考虑到非机动车逐渐普及，为便于日常交通出行，支线上跨可参照四级公路标准执行，道路纵坡原则上不大于3.0%，条件具备时道路纵坡可选用2.5%。

同时，对于地下水埋深较大而周边地面水可顺利排放路段，在确保路床处于干燥和中湿状态时[3]，局部路段可考虑采用主线下穿方式。主线下穿开挖的土方可临近用于主线填方路段，通过就近利用来节约工程造价。当建设区域用地受限时，主线外侧还可设置挡墙进行收缩坡脚，在节约开挖工程量的同时节省项目建设用地范围。

图1 支线上跨

2.1.2 以桥带路

平原区高速公路常采用桥梁跨越地方路网或水系，基于工程造价考虑，桥头填土高度一般为7.0～7.5m，填土高度较高，土方需求量较大。为有效节约土方需求量，可在桥头两侧积极采用桩板式结构替代路基[4]，从源头上减少土源需求并节省土地占用指标。

图2 桩板式结构

桩板式结构是根据当前建设项目存在的无地可占、无土可用，占地、取土代价大，土地复垦成本提升等问题而应运而生的新型结构。经测算，考虑土方填筑和取土场复垦费用后，其造价介于常规桥梁和路基之间，在平原区取土难以落实地区，是应对现实挑战、响应绿色发展的必然选择，当前在安徽省已经得到大规模应用，其应用特点如下：

①路基无需填土，用地减少，其用地范围为道路宽度正投影，与同路基放坡相比，占用土地面积大大减少；

②预制管桩按设计打至相应持力层，路基工后沉降问题得到根本性改善；

③预制管桩施工便于现场管理，污染及弃物少，面板预制、安装工艺简单；

④对比传统常规路基，造价略高；对比传统桥梁，经济优势更为明显。

与一般填土路堤相比，桩板式结构下部构造横向通透，不影响原有地方水系、路系的正常使用，无需新增设涵洞、通道等小型结构物。综合考虑工程造价和用地等因素，在平原区公路建设中已经逐渐得到认可并在一定范围内得到大面积应用。

2.2 开源方案

开源方案主要是采取多种措施，尽可能利用一切可以利用的资源，减少设置集中取土场规模，从而实现节约土地资源并为工程建设进度保驾护航。根据其应用成熟条件，可行方案主要如下文所述。

2.2.1 互通范围内集中取土

互通范围内用地纳入项目永久用地，结合平原区高速公路缺土的特点，可考虑在互通枢纽范围内实施集中取土用于互通匝道修筑。互通范围内取土深度可控制在5.5～6.0m，其平面范围以不影响匝道路基或结构物稳定性为控制，一般取土边缘距离坡脚按照5.0m 进行控制。

考虑到平原区清淤和清表工程量较大，而后期中分带和边坡绿化难以完全利用。对此，可结合互通范围内集中取土，利用取土后的有限空间实现表土和淤泥质土消化，并进行造景处理，实现高速公路区域美化和表土零弃的建设目标。同时，考虑到互通范围内匝道间排水较为复杂且出水口较少的特点，互通枢纽范围内定点取土后还可以作为道路雨水排放的出口，避免重复增设排水边沟，有效降低工程造价。

2.2.2 工程渣土综合利用

工程渣土泛指建筑垃圾和城市基坑开挖所产生的一切可利用材料，其结构强度高、水稳性良好，经初步筛选后可替代部分路基填料。

高速公路一般呈带状分布，不可避免会压占一定量的房屋或厂房，产生一定的拆迁工程量[5]。而临近城区会存在不同规模的建筑垃圾回收场，其回收的材料以道路开挖回收材料为主，强度高、稳定性好，是替代路基填料的良好材料[6]。

图3 互通范围内取土

图4 城市基坑开挖

图5 建筑垃圾回收

在临近城区房产建设过程中，因基础或地下结构物建设需要，会出现一定量的土方工程，其同后期进场道路或临时设施开挖材料通称工程渣土，一般做弃方处理。工程建设前期，可对道路建设区域附近房产开发进行详细调研，对于其废弃的材料可提前进行收集，堆放在临时堆土场，后期用于高速公路建设。

工程渣土可选用GZT系列振动给料机、反击式破碎机、悬挂自卸式除铁器和简易风机对材料进行处理，具体实施中，可结合工序安排和环保要求完善配套设施，灵活选用适宜且满足要求的工艺和设备，处理后的填料要求如表1所示。

表1 工程渣土筛选用于路堤填料的技术要求

2.2.3 轻质泡沫土

轻质泡沫土是以水泥、掺合料等为胶凝材料，加入纤维、外加剂和水制成料浆，然后再与发泡设备制作的细小稳定气泡群混合搅拌形成的泡沫轻质混凝土浆体，是在施工现场或工厂浇筑成型、养护而成，含有微小的、独立的、大量的、均匀分布气泡的轻质材料。在建设工程中其又被称为现浇轻质土、泡沫轻质混凝土、气泡混合轻质土、泡沫轻质土等[7-8]。

经过多年的发展，轻质泡沫土已经大面积应用于特殊地区路段填筑、道路拓宽、陡峭路基、工程抢险、桥梁缩跨和地下暗埋工程回填等工程建设领域，积累了大量的理论基础和应用经验。

当前，考虑到平原区高速公路土源较为缺乏而全部采用桥梁形式造价又较高的现象，对于取土较为紧缺的路段或用地受限路段，可采用轻质泡沫土替代一部分路基填料进行道路修筑。轻质泡沫土主要以水泥为主，其材料来源广泛，在土源紧缺而工程进度有要求的项目上能确保路基填筑的顺利进行。