都昌至九江高速公路路基设计特点及难点分析

谢志惠,余少华

(1.上饶市弋阳公路事业发展中心,江西 上饶 334400;2.江西省交通设计研究院有限责任公司,江西 南昌 330000)

都昌至九江高速公路是连接G56杭瑞高速公路与G70福银高速公路的地方加密高等级定向公路,与G56高速公路互通对接,形成地方性的公路网[1]。全长约83 km,自通车以来,运营效果较好,公路整体的使用环境也较为稳定、安全[2]。对于高速公路而言,在建设时道路结构以及质量的把控对于后续的应用会造成直接影响,尤其是高速公路路基的建设,极容易受到沿路地质条件和气候的限制,产生或多或少的损害[3]。在路基设计施工中,本体对于地质条件的要求是极高的,但由于都昌至九江高速公路路段的地势较高,坡地多,地面不平坦,一定程度上阻碍了路基的施工处理[4]。因此,有必要对都昌至九江高速公路路基设计特点及难点进行分析。考虑到最终测试结果的稳定性与可靠性,以都昌至九江高速公路作为测定分析的背景,结合实际的路基建设需求、标准,针对于施工中存在的特点与难点,进行定向分析,从多个角度制定解决方案,为后续的建设施工奠定更为坚实的基础[5]。

1 工程简介

都昌至九江高速公路是江西省公路规划中十分关键的一部分,与济广高速景婺黄段、景鹰段、杭瑞高速九景段等形成横贯江西北部东西方向的快速通道网,一定程度上加快了长珠闽地区融入全球化的进程[6]。此次分析的路段总长度为9.180 km,起始桩号为K24+520～K33+700,路段中间布设一定数量的公路监测节点,总体呈东西走向。

根据图1,可以完成对都昌至九江高速公路段的了解。从中可以观测到,该路段地势上表现为由东往西逐渐倾斜的状态,经过测量总地面高程大致在12～90 m之间不等。路段周围多剥蚀高岗地、侵蚀剥蚀低岗地,地势之间岗顶的标高实际在50～90 m之间,定向高差在20～50 m范围之内,经过测定,自然坡度18～36°,整体呈现出馒头状散布空间排列[7]。此路段在建设的过程中,由于地势不平坦,且常常受到外部因素、环境的影响,给路基的施工构建形成较大的压力,一定程度上不利于后续施工进度的推进,因此,针对此路段路基,对其特点以及难点进行分析与比照研究[8]。

图1 错幅路基修建横截面图示

2 路基设计特点

2.1 复合式路基搭接形式

通常情况下,为了确保高速公路路段的稳定性与安全性,合理控制成本,在建设时,会采用整体式路基模式来完成设计[9]。一般多应用在地形较平缓、地势起伏不大、地质条件较好的路段。但都昌至九江路段地势复杂,山体蜿蜒,且单面较多,致使路基修建过程中的限制条件增加,整体式路基的应用效果并不理想。需要采用复合式路基修建模式,提升公路自身的整体应用能力。针对公路不同的建设区域,分别选择分幅式路基以及错幅式路基互为搭接。山体覆盖范围大的路段,修建分幅式路基,分离式路基断面的修建形式,能够更为清晰地划定幅路的线形断面,公路中间带的宽度必须设定在4.25 m以下。

可以完成对分幅路段修建形式的了解。都昌至九江路段的实际情况,可以选用不同的形式建设路基。而错幅式路基则多应用在河流较多的路段区域。实际的错幅路基修建横截面如图1所示。

根据图1,可以完成对错幅路基修建横截面的了解。由于都昌至九江路段多河流,所以大多采用错幅式的路基修建形式,穿插在水田与旱地之间,不仅可以节省修建成本,还能够分散路基的外部承压,这种复合式的路基修建方式进一步提升了高速公路的稳定性和安全性,更为灵活、多变,具有较强的应用特点。

2.2 路基边坡拟合设计

边坡是路基设计中十分重要且关键的一部分,起到加固防护的作用。传统的路基边坡一般采用单向土石的防护形式,虽然可以完成预期的路基应用目标,但是随着使用年限的增加,长期受到外力的侵蚀,导致路基的承压能力逐渐下降,并不稳固,严重的甚至会出现坍塌、路基断裂等问题,埋下安全隐患。

拟合设计是一种双向的路基边坡搭接模式。路基的标高一般保持在5.25 m以上,采用中央分隔带边缘承接的方式,构建交叉防护截面,促使路基与建设路段的路面保持水平状态。保证边坡坡率达到92.5%以上,结合都昌至九江区域的地形、地质条件核定出路基与边坡的拟合天然坡率。而此时路基的压实度也随拟合坡率的提升发生变化,具体如表1所示。

表1 路基压实度变动表

根据表1,可以完成对路基压实度变动情况的分析。以拟合的方式搭接路基与边坡,一定程度上减缓了路基的下沉速度,稳定石质截面,避免出现路基位移的问题,具有更加灵活、平稳的路基设计特点。

2.3 上承下实沉降防护台设计

在路基建设过程中,为了避免后续使用出现大范围沉降或者断裂等现象,会在路基的主承压截面上方,依据实际的承压需求,构建一个路基沉降防护台。传统的路基防护台一般与路基的路床相关联,虽然可以分散外部的压力,但是对于路基自身的伤害也是十分大的,而上承下实的沉降防护台一般是与填石路堤和土石路堤同时关联。从根源上减少了路基沉降问题,可以更好地扩展预期的路基受力面积,自身具有更加稳定、抗压的特点,而路基、路堤的建设标准也会更加严谨一些,具体的标准如表2所示。

表2 路基、路堤的建设标准表

根据表2,可以完成对路基、路堤的建设标准的设定。与此同时,上承下实的防护形式能够扩展路基的外延面积,减少石料之间的空隙比率,使整个路基更加稳固、密实,承压性能得到了大幅提升。

3 难点分析

3.1 新旧路基加宽拼接处理混乱

本项目起终点与九景高速和南九高速公路相接,存在新老路基相衔接的问题,是施工建设的一大难点之一。主要是因为路面改扩建时,对于加宽或者拼接的标准并未统一,导致实际处理时,常常会出现不同程度的误差和缺陷,路基最终处理效果也并不理想。

可以完成对新旧路基加宽拼接现状的呈现。这部分与矮挡路堑的设计及调整存在较大的联系,都昌至九江高速公路段路具有基坡脚低的特点,这也导致新旧路基的拼接混乱。虽然利用矮挡路堑设计替代双层路堑,能够营造更为稳定、坚固的路基基底,但矮挡路堑所构建的挡土墙高度通常会设定在3～4.5 m之间,无法形成较好的阻挡效果,挡土墙与路基坑之间的承压面积也较小,宽度一般在2.5 m左右,挡土墙顶与上承下实沉降防护台截面同宽。路基初始承压钢筋通常被埋设在路肩侧后方,钢筋之间的距离不小于1.5 m。墙背设定0.2 m的厚砂夹卵石反滤网,具体如图2所示。

图2 矮挡路堑厚砂夹卵石反滤网图示

根据图2,可以完成对矮挡路堑厚砂夹卵石反滤网的设计与分析。通过此种方式,对路基建设中的砂石进行过滤处理,实现承压截面的加固,一定程度上可以起到缩变排水的效果,降低路基位移、断裂等问题的发生概率,缓冲作用明显,营造更加稳定、安全的路基建设环境,对于路基建设质量也是一种保证。

3.2 立体交叉铺装困难

一些海拔较高的路段,需要采用立体交叉的方式来承接路基,以此来扩展预设的路基作用面积。但是实际应用时,立体交叉铺装的区域无法明确,导致共享路段的沥青铺设出现误差,在实际道路路基搭接处,建立的维护土工格栅以及台阶关联并不紧密,使承压截面在外力的作用之下,出现一定数量的缝隙与裂痕,不仅无法实现多层级铺装搭接,反而会引起更为严重的沉降问题。

这部分可以从互通式立交路段的总体布局、交通量大小、自然条件以及运行合理性等方面来分析研究。设定立体交叉的铺装指标,通过主线上跨、主线下穿以及主线平跨等方式,将路基的铺装区域划分开来,形成更加稳定、平坦的双向交叉铺装截面。

实现定向铺装之后,针对路基侧后方的防护栅栏,也需要和土工格栅垂直关联,缩小路基之间的砂石缝隙,从根源上加固路基,解决立体交叉铺装困难的问题。

3.3 过度沉降及路基排水问题

路基沉降是十分常见的工程问题,通常也是极难处理的难点。路基沉降一般有一定的标准,在合理的范围之内,不会对路段应用产生影响,但是一旦超出范围,便极有可能出现坍塌、断裂等问题。所以,在修建路基初期,便需要选取基本一致的沉降标准,在沉降控制过程中,考虑会导致沉降问题的各种因素,设定路基的沉降标准为工后沉降≤50 mm,不均匀沉降≤20 mm,过渡段沉降≤10 mm,路基涵洞折角≤1/1 000。

完成路基的交叉铺装之后,防沉降结构的安装同样也是十分困难的,传统的安装方式虽然可以完成预期的防护目标,但是常常会出现误差,从而造成过度沉降的问题。

在此基础之上,都昌至九江高速公路路基的建设还存在一定的排水问题,路段周围河流分布较为不均匀,导致排水管道的修建存在较大压力,不仅无形中增加了路基建设成本,还耗费大量的人力物力,一旦处理失误,极有可能造成突发事故,对施工人员的安全产生威胁,需要制定具有针对性的解决方案,作出定向处理。

4 结束语

综上所述,通过对都昌至九江高速公路路基设计特点及难点的分析与研究,得知此路段中路基的设计存在较多问题和缺陷。主要是由于公路周围地势过高,建筑密集,再加上部分区域地面不平坦,导致路基设计难度较大。所以,总结路基的设计特点,从多个角度提取出施工难点,结合预设的建筑标准以及需求,制定具有针对性的解决方案。