高原高寒地区路基的结构设计方案分析

2022-09-10

公路建设对于国家经济的发展有着重要的意义, 但我国西部地区海拔较高, 地质条件、气候条件等比较特殊, 长期以来, 西部地区公路建设进程都比较慢, 这在一定程度上阻碍了青海、西藏等地区的经济发展, 本文以川藏公路某路段地基施工实际情况为例, 就高原高寒区域公路路基施工的结构设计方案进行探讨分析。

一、工程概况

川藏公路某段扩建工程全长74.059Km, 整个路线呈东北至西南走向, 施工区段位于青藏高原横断山脉腹地, 地质自然灾害发育十分严重, 公路平均海拔在3744~4109m左右, 谷岭最大高差在1500~2500m左右, 地形起伏比较大, 地势十分陡峭, 且许多地区的岩石破碎严重, 出现了轻微变质。加上该区域属于半干旱性气候, 6~9降水较多, 降水量为全年的85%, 雨季洪水对途径河流及河谷的路段冲刷比较严重, 部分路段出现严重的水毁情况。

川藏公路建于上世界50年代, 与现阶段新建的公路相比, 本身设计水平及施工工艺比较落后, 路基的稳定性比较差, 路基防护主要以被动防护网、石笼丁坝为主, 加上区域自然环境恶劣, 冰冻、泥石流、滑坡等自然灾害频发, 公路养护工作比较被动。

二、路基结构设计

(1) 路面材料选择。高原高寒环境下, 路面材料直接影响着公路的质量。高海拔地区, 受到低温环境的影响, 路面材料很容易开裂。此外, 路面材料会影响到地基含水量构成。实践调查表明, 公路通车后第一个冬季, 季节性冻土地区公路平整度会有所衰减, 随着时间的延长, 地基变形、横向裂痕等各种病害会加重, 进而影响到公路的安全。因此, 高原高寒地区公路施工必须要合理的选择路面材料。

就目前来说, 沥青面层是最常见的路面形式, 川藏公路改造时可以使用这一路面材料, 但具体的设计施工中要能够结合《公路沥青路面设计规范》预先计算好道路冻害深度、路基填土与地基土冻胀率, 然后选择合适的沥青混合料类型、种类、集配等, 确定好沥青的最佳使用量、混合压实度等等。高寒高海拔地区环境恶劣, 为了有效的提高路面的高低温裂痕抵抗性, 最好选择细型密级配沥青混合料, 合理的设计配合比, 减少设计孔隙率, 综合考虑路面各层结构的功能要求合理的设计公路结构层设计级配范围, 确保公路的抗滑性能、密水性能、耐久性、稳定性等能够满足该地区公路设计要求。

低温环境下沥青路面的强度会增大, 但高原昼夜温差较大, 沥青路面很容易出现变形, 为了保证路面结构的安全性, 实际的设计工作中, 相关设计人员要能够对沥青混凝土面层的开裂低温进行准确的预测, 根据相关的设计计算, 本次川藏公路改造工程可以选择MAMF纤维+沥青的组合形式作为面层材料。

(2) 路基结构设计原则。路基结构直接影响公路的使用寿命及行车安全, 虽然沥青路面可以在一定程度上改善路基多年冻土的水热条件, 但是公路路基底部的地温变化情况依然会影响到公路路基的稳定性。因此在实际的设计工作中, 设计人员要能够结合工程地质条件合理的设计公路路基结构。本次施工路段的地质条件非常恶劣, 冻害期土层含冰量比较大, 地下与地表水发育, 为了保证路基结构的稳定性, 工程设计之中, 设计人员需要根据实际的地质及水文情况将整个施工路段划分为不同的阶段, 各阶段采用不同的路基设计原则。

(3) 路基填筑材料与路基高度。川藏公路大多数路段都属于三级公路, 为标准双车道设计, 路基宽度设计为7.5m较好。考虑到施工路段所在区域地质及气候情况, 路基填筑材料主要选择的是稳定性能较好的碎石及砂砾, 路基顶部当量回弹模量设计控制在40Mpa~55Mpa之间。地下水位较高时, 为了防止地下水渗入地基, 影响路基的安全性、稳定性, 需要设置好渗沟、盲沟, 及时的将地下水排出。水文地质条件比较恶劣时, 需要结合路基的冰冻作用、土体的干湿状态、路基土性质等因素合理确定路基最小填土高度, 确保路基高度高于路床干燥状态下的临界高度。如果路基的设计标高难以达到最小填土高度, 需要采用合理的措施确保路基的稳定性。

(4) 冰冻灾害路段路基设计。高原高寒地区季节性冻土或者常年冻土区十分常见, 这些区域的路基稳定性比较差, 路基结构设计时尤其需要注意。一般情况下, 根据高原施工区域年平均地温还可以将区域冻土特性划分为稳定冻土区、基本稳定冻土区、高温不稳定冻土区、高温极不稳定冻土区几个区域。各区域路基设计的方法都存在着一定的区别, 稳定冻土区、基本稳定冻土区、高温不稳定冻土区路基设计时需要遵循保护冻土原则进行。高温极不稳定区域需要采取保温、增加地中冷储等手段控制路基形变量。

(5) 地质灾害路段路基设计。滑坡路段路基设计时, 滑坡上部路基可以采用路堑形式, 下部路基可以采用路堤形式。同时需要加强路基排水, 一般情况下可以在路面设置树枝状排水沟、环形截水沟等, 地下设置好截水渗水沟、边坡渗沟, 防止滑坡。效的路基防护措施对于保证路基的安全性、稳定性至关重要。边坡坡面防护是十分常见的路基防护加固手段, 能够保护边坡表面, 防止其被雨水冲刷, 减缓温度变化对路基边坡的影响, 延缓软弱岩土表面风化、剥蚀的速度, 从而有效的保护路基边坡。