1.中交第二公路勘察设计研究院有限公司 湖北 武汉 430056；
2.中交第二公路勘察设计研究院有限公司 湖北 武汉 430056
摘要：桥梁改路高填方路基设计，应遵循综合设计和动态设计为原则，以科学计算方法为指导，科学的选取参数值，确保计算结果准确性，结合监测数据反馈给工程师完善路基设计方案，确保后期运营中的高速公路健康运营。高速公路桥改路设计既减少隧道弃渣废弃，避免破坏周边环境生态植被，也节省工程投资更经济，到达双赢目的。
关键词：原则 方法 监测 经济 环保
由于项目前期设计周期短，地勘时间紧促，故对路线总体方案论证不充分，造成局部段落方案考虑欠妥。工程师在施工过程中凭借对地形地貌、地质条件深入研究，提出将桥梁方案优化为路基方案。既可以加工施工进度，又可以节省建设投资。本文以河南省三门峡至淅川高速公路项目中龙脖2号大桥变更为高填方路基为例，对桥改路高路堤设计在高速公路建设中的应用进行介绍和分析。
1高填方路基设计原则
高填方路基设计应采用综合设计和动态设计的原则。在高填方路基综合设计方面，我们可以从高填方路基所处区域水文地质条件、工程地质条件、路基填料来源及路基填料的工程性质的基础上，综合进行路基断面、排水设施、边坡防护，地基及路堤自身治理等的设计；在高填方路基动态设计方面，在工程施工阶段，我们可以根据工点设计的实际情况有变化时，通过施工现场设计代表及时调整工点设计，保证高填方路堤稳定。
2高路堤稳定性分析计算
2.1 地形地貌
龙脖2号大桥所在地隶属河南省西峡县寨根乡，系寨根乡辖区，紧邻X052县道，交通条件较为便利。桥址位于低山斜坡河谷地带，为浅切割低山一U型谷相间地貌。YK64+670～YK64+750段为横跨峡河；YK64+750～YK64+870段为山脊地形，路线呈山脊前缘通过，山脊走向同路线垂直；YK64+870～YK64+940段为横跨峡河的支沟，冲沟呈U型；西坪岸桥台段为山脊地形，山脊走向同路线平行，山坡自然坡度角50°～70°。龙脖2号大桥区域内地面高程为759.2～703.0m，整体地形相对高差约56m。
图1 龙脖2号大桥俯视图
2.2地层岩性
龙脖2号大桥桥址覆盖层为第四系全新统（Q4al）冲积成因的卵石；下伏基岩为下元古界秦岭群石槽沟组（Pt1s）石英片岩、变粒岩，局部夹晋宁期（γ2）花岗岩。
2.3地质构造
山体岩层单斜构造，岩层产状35°∠60°。卢氏岸主要发育两组节理：L1，节理产状210°∠15°，密度2-3条/m；L2，节理产状130°∠80°，密度1-2条/m，节理面均为闭合或微张状。西坪岸为侵入的花岗岩，主要发育三组节理，L1节理产状30°∠64°，密度2-3条/m；L2节理产状280°∠74°，密度1-2条/m；L3节理产状158°∠82°，密度1-3条/m；节理面均为闭合或微张状。
2.4地表水及地下水
龙脖2号大桥桥址区地表水较发育，跨越峡河，为一季节性河流，汇水区域较广，具有暴涨暴落的特点。在2010年7月23日发生的特大山洪中，洪水夹杂泥流曾冲垮了多处当地的吊桥、混凝土小型桥梁及多段公路路基。龙脖2号大桥桥址地下水主要发育在相对低洼的冲沟、河谷部位，地下水类型主要是松散层孔隙水。根据水质分析试验表明，本区地表水、地下水对混凝土结构体无腐蚀性，对钢结构体具物理腐蚀性，不具化学腐蚀性。
2.5抗震设计参数及地震效应
根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）等资料，本区地震基本烈度为＜6度，设计基本地震加速度值＜0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s。区域内抗震设防烈度属6度区，不考虑地震影响。
2.6路基填料和地基土强度指标C、φ参数合理取值
在路基施工阶段中，路基填土采用的C、φ参数指标，我们可以采用总应力法获取。当路基填料渗透系数小于10-7cm/s情况时，我们可以采用直剪快剪试验方法获取填料强度指标；当路基填料省渗透系数为任意值时，我们可以采用三轴不排水剪试验方法获取填料强度指标。龙脖2号大桥桥改路基填料优先利用隧道石方弃渣，通过查阅《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》得知，隧道的岩石渗透系数经验值大于2.4×10-2cm/s,故该高填方路基填料强度指标C、φ值采用三轴不排水剪试验方法取得。路堤填料C、φ参数值取值：粘结力C=0kPa，内摩擦角=45°（优先利用隧道石方弃渣）。地基土的物理力学指标采用地勘资料获取，路基下伏的地基土层岩土体C、φ参数值取值：地层Ⅰ-1层，粘结力C=35Kpa，内摩擦角=30°；Ⅱ-1层，粘结力C=50KPa，内摩擦角=35°。
2.7高路堤设计及稳定性分析
目前高路堤稳定性分析方法普遍使用2种方法。第1种方法是简化Bishop法, 简化Bishop法的根本原理是圆弧滑动面分析，是下滑力与抗滑力的关系比较，以库仑强度理论为基础；第2中方法是不平衡推力法，其基本原理是假定了作用力的方向，依据平行于滑移面和垂直于滑移面两个方向的合力等于零，及最后一个滑动块的剩余推力为零进行求解。龙脖2号大桥桥改路区域内抗震设防烈度属6度区，不考虑地震影响。路基设计以路堤中心填方高度最大断面ZK64+912.526为典型横断面进行计算。
路堤设计方案为：路堤按二级放坡，第一级高8m，按1：1.5放坡，坡面拱形骨架植草防护，级间平台宽2m，第二级按1：1.75放坡到底，坡面拱形骨架植草防护，ZK64+920～ZK65+025段坡脚设路堤墙，路堤填方区原坡面较陡处应开挖设置宽约2-4m反向阶步，并设4%反坡，陡坎处应尽量削方。
图3、路堤设计平面图
为减小地下水对路基稳定的影响， 路堤填筑时底部填料应优先铺设0.5m透水性较好的坚硬、耐风化的石质挖方土类。为增强路堤整体性，于路堤填筑每间隔2米冲击碾压一遍。
施工前，宜与现场设计代表及施工监理首先于现场核对相关地质情况，当与设计文件一致时方可施工，如发现场地地质情况与设计不符，应及时与设计单位沟通以优化或变更设计。
路堤理论计算分析：分析内容“堤身稳定性”，计算方法简化Bishop法，未处理前安全系数1.44＞1.35稳定安全系数，结论堤身自身稳定；分析内容“堤身+地基整体稳定性”，计算方法简化Bishop法，未处理前安全系数1.46＞1.4稳定安全系数（地基土渗透性较差、排水条件不好），结论“堤身+地基”整体稳定；分析内容“沿斜坡地基稳定性”，计算方法不平衡推力法，处理后安全系数1.413，结论沿斜坡地基稳定。
2.8高路堤设计施工注意事项
高路堤施工应实行动态设计，通过设置观测标桩可以实时掌握我们需要的观测数据，比如地面水平位移量及隆起量、地下土体分层水平位移量和路堤顶沉降量等数据。注意事项：①观测标桩构造如图4所示；②路堤施工完成后至道路通车前时间内，观测频率为每14天观测一次（2周观测一次）；③观测桩的布设可根据实际地形、边坡地质条件及施工情况作适当调整。④施工中应注意保护观测桩，避免被施工机具破坏，影响观测结果；⑤高路堤工后沉降应控制在4cm以内；⑥位移边桩的设置断面要与沉降观测桩断面在同一横轴线上。⑦高路堤沉降观测管断面设置间距50m，位移边桩每100m设置一个断面。
图4观测标桩
3工程造价对比
施工图原设计采用桥梁方案，施工预算造价约为：130.1万元，设计变更为填方路堤后，可就近利用阳坡隧道开挖废弃土石方量约14.7万方，施工预算造价约为：68.5万元，节省投资额近50万。
结束语
通过以上分析，实践证明高路堤设计稳定性分析精准，为三淅高速运营期提供了有力的保证，三淅高速西坪段通车运营几年来，未因路基整体不均匀沉陷及边坡失稳引起交通事故；同时，隧道弃渣被利用，既减少弃土场少占耕地，又节省了工程成本，并为社会创造较好的经济效益。
参考文献
[1]JTG D30-2004，公路路基设计规范[S].北京：人民交通出版社,2005年.
[2]GB 50307-1999，地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范[S].北京：中国计划出版社,2000年.
[3]欧泽峰，基于不平衡推力法的边坡稳定性计算 [J].广东水利水电,2010年(5).
论文作者:程伟1,金红举2
论文发表刊物:《防护工程》2018年第5期
论文发表时间:2018/7/5
标签：路堤论文; 路基论文; 节理论文; 填料论文; 产状论文; 大桥论文; 地基论文; 《防护工程》2018年第5期论文;