溫啟明

摘 要：結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)新疆沙漠地區(qū)斜坡路堤的設(shè)計(jì)及施工提出優(yōu)化建議，以期為類似工程提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：斜坡路堤;風(fēng)積沙;設(shè)計(jì)及施工

0 引言

新疆維吾爾自治區(qū)位于中國(guó)西北邊陲，總面積166萬(wàn)平方公里，是中國(guó)陸地面積最大的省級(jí)行政區(qū)，占我國(guó)國(guó)土總面積的1/6，也是我國(guó)沙漠的主要分布區(qū)域。

隨著新疆基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，尤其是以公路為代表的陸路交通的新建，原來(lái)沙漠 “無(wú)人區(qū)”的稱呼已經(jīng)不復(fù)存在。但隨著沙漠地區(qū)公路的不斷修建，其特殊的公路設(shè)計(jì)和施工問(wèn)題開(kāi)始體逐步體現(xiàn)。

斜坡路堤（當(dāng)?shù)孛嫫露榷赣?：2.5時(shí)稱之為陡坡路堤，山區(qū)路段較為普遍）作為公路工程建設(shè)常見(jiàn)的一種路堤形式在新疆沙漠地區(qū)也出現(xiàn)了新的特點(diǎn)。

本文將在總結(jié)以往斜坡路堤處理方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)新疆沙漠地區(qū)斜坡路堤的設(shè)計(jì)及施工提出優(yōu)化建議，以期為類似工程提供一定的參考。

1 常規(guī)設(shè)計(jì)方案

斜坡坡面對(duì)公路路基的穩(wěn)定性有著較為不利的影響。設(shè)計(jì)中一般結(jié)合地形、地質(zhì)、邊坡高度等進(jìn)行綜合考慮，并進(jìn)行路堤穩(wěn)定性分析，根據(jù)路堤沿斜坡地基穩(wěn)定性安全系數(shù)以確定處理方式，常采用的處理方式為：

當(dāng)安全系數(shù)大于1.3時(shí)，一般僅對(duì)斜坡坡面進(jìn)行處理（挖臺(tái)階處理，并于臺(tái)階處增設(shè)土工格柵），并在坡頂設(shè)置截排水措施;

當(dāng)安全系數(shù)小于1.3時(shí)，除采用前述斜坡坡面處理方案及坡頂截排水措施以外，還需在路堤邊坡坡底增設(shè)漿砌片石護(hù)肩、護(hù)腳和擋土墻等支擋工程，以保證路基穩(wěn)定。

2 工程項(xiàng)目實(shí)例介紹

2.1 項(xiàng)目概況及主要問(wèn)題介紹

項(xiàng)目實(shí)例位于北疆地區(qū)，是一條貫穿南北的重要道路（總里程約250 km），其中沿線約有25 km穿越古爾班通古特沙漠。

在實(shí)際施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于一般路段，采用傳統(tǒng)的斜坡路段處理方案，效果較好，但是處理沙漠路段斜坡路段（沙壟、沙丘路段），尤其是挖方段落長(zhǎng)、原斜坡高度大的情況時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)如下問(wèn)題：

（1）施工過(guò)程中，斜坡易出現(xiàn)小規(guī)?；F(xiàn)象，穩(wěn)定性低，施工不便。

（2）斜坡面開(kāi)挖方便，但開(kāi)挖的臺(tái)階不易成形或成形后很快便出現(xiàn)坍塌情況。

（3）路基填筑尤其是填筑高度較大時(shí)，易出現(xiàn)路基超出設(shè)計(jì)紅線的情況。

為分析問(wèn)題出現(xiàn)的原因，下面首先介紹一下項(xiàng)目沙漠區(qū)的主要情況。

2.2 項(xiàng)目沙漠區(qū)情況介紹

2.2.1 地形地貌

沙漠區(qū)沿線地形起伏較大，整體上屬于南高北低類型，地面海拔約在339 m～360 m，表面少量分布小型植物，如梭梭、紅柳、麻黃草等。

沿線多為半固定移動(dòng)沙丘、沙壟（沙壟高度變化較大，低矮處大約2 m，最高處約30 m）并零星分布有少量孤立沙丘，走向近南北向和東西向。

2.2.2 氣象水文條件

項(xiàng)目區(qū)域氣候?yàn)榇箨懶詺夂颍瑫円箿夭畲?。氣溫于早春季?jié)開(kāi)始回升，但回升速度較慢，在秋末季節(jié)則會(huì)快速下降。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，區(qū)域內(nèi)極端最低氣溫為-42.8℃，最高氣溫為50℃。

項(xiàng)目區(qū)域歷年平均日照時(shí)數(shù)2 495.3 h，多年無(wú)霜期166 d，年降水量72.4 mm～204.2 mm。風(fēng)向西北，最大風(fēng)力可達(dá)8級(jí)，最大風(fēng)速達(dá)7.2 m/s，年均風(fēng)速1.5 m/s。季節(jié)性凍土標(biāo)準(zhǔn)凍深140 cm～160 cm。

2.2.3 沿線土體物理力學(xué)性質(zhì)

根據(jù)地勘報(bào)告，在勘探深度范圍內(nèi)，古爾班通古特沙漠段落主要為風(fēng)積粉細(xì)砂。其主要性質(zhì)如下：

風(fēng)積粉細(xì)砂多位于砂壟、沙丘上，土黃色，濕潤(rùn)狀態(tài)：稍濕～濕，松散狀態(tài)：松散～稍密，粒徑普遍較小，根據(jù)篩分試驗(yàn)，0.075 mm～2 mm顆粒含量為90.5%～98.3%，<0.075 mm顆粒含量為1.7%～9.5%，不均勻系數(shù)1.6～2.1，曲率系數(shù)0.9～1.1。天然密度1.53 g/cm3～1.71 g/cm3，天然含水量浮動(dòng)較大，變化范圍在1.0%～21.0%。

2.3 原因分析

根據(jù)沿線的情況介紹可以看出，區(qū)域內(nèi)主要填料為風(fēng)積沙，含水量變化范圍大（表層含水量低，下層含水量較高）。而對(duì)于砂性土，在一定范圍內(nèi)，含水量的增加，有助于其粘聚力增加（主要為毛細(xì)粘聚力），但一旦失水（蒸發(fā)），則粘聚力迅速消失。項(xiàng)目施工中出現(xiàn)的具體問(wèn)題分析如下：

問(wèn)題1：施工過(guò)程中，斜坡易出現(xiàn)小規(guī)?；F(xiàn)象，穩(wěn)定性低。

原因分析：沙漠表層風(fēng)積沙含水量低，粘聚性較差，在天然狀態(tài)屬于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但在受到機(jī)械施工擾動(dòng)后（尤其是坡體開(kāi)挖時(shí)）易出現(xiàn)小規(guī)?；F(xiàn)象。

問(wèn)題2：斜坡面開(kāi)挖臺(tái)階不易，或開(kāi)挖好后很快便出現(xiàn)坍塌情況。

原因分析：臺(tái)階一般根據(jù)天然斜坡坡度來(lái)開(kāi)挖（保證臺(tái)階寬度一定，一般按2 m控制），清表后下層風(fēng)積沙初始含水量高而粘聚性較強(qiáng)，及時(shí)可開(kāi)挖形成完整的臺(tái)階。但由于項(xiàng)目區(qū)溫度高，蒸發(fā)快，風(fēng)積沙含水量迅速降低，導(dǎo)致粘聚性迅速降低直至消失，從而臺(tái)階失穩(wěn)，坍塌。

問(wèn)題3：路基填筑尤其是填筑高度較大時(shí)，易出現(xiàn)路基超出設(shè)計(jì)紅線的情況。

原因分析：路基的壓實(shí)過(guò)程是一個(gè)土顆粒重新排列和互相靠攏，土體孔隙減小，土體強(qiáng)度和穩(wěn)定性增加的過(guò)程。

但對(duì)于風(fēng)積沙填料，其級(jí)配較差，土顆粒表面易形成滑移，導(dǎo)致壓實(shí)過(guò)程中填料向兩側(cè)滑移，一旦一次性填筑高度較大，滑移現(xiàn)象更加明顯。

為解決上述工程問(wèn)題，本次將從設(shè)計(jì)及施工兩方面提出優(yōu)化措施。

2.4 設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

設(shè)計(jì)優(yōu)化措施主要針對(duì)斜坡穩(wěn)定性低的問(wèn)題。

根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)典型斜坡斷面形式，擬采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方案如下：

（1）斷面形式為填方，原地面斜坡高度不大：

優(yōu)化方案：斜坡高度不大，建議將本斜坡直接推平，形成工作平臺(tái)，再進(jìn)行正常道路填筑。

（2）斷面形式半填半挖，原地面斜坡高度較高：

斜坡高度較大，斜坡長(zhǎng)度長(zhǎng)，如若直接推平不僅對(duì)環(huán)境影響較大且造價(jià)高，不宜采用;為保證斜坡的穩(wěn)定性，建議從坡頂卸載和坡底加載兩方面進(jìn)行方案優(yōu)化，具體為：

挖方側(cè)：增大邊坡開(kāi)挖范圍，除路基范圍內(nèi)進(jìn)行開(kāi)挖以外，繼續(xù)向挖方側(cè)繼續(xù)開(kāi)挖2 m（一方面增加施工空間，一方面形成積沙平臺(tái)，減少風(fēng)沙對(duì)道路的影響）。

填方側(cè)：將挖方側(cè)開(kāi)挖出的填料堆積于坡底，一方面減少本段落棄方，同時(shí)起到坡底加載作用，有助于斜坡穩(wěn)定。

同時(shí)在路基范圍內(nèi)，對(duì)原斜坡進(jìn)行開(kāi)挖臺(tái)階處治，必要時(shí)設(shè)置土工格柵。具體設(shè)置如下圖所示：

2.5 施工優(yōu)化措施

施工優(yōu)化措施主要針對(duì)斜坡面開(kāi)挖好后很快便出現(xiàn)坍塌以及路基填筑易出現(xiàn)路基超出設(shè)計(jì)紅線的情況，具體為：

（1）壓實(shí)方法應(yīng)因地制宜：

當(dāng)風(fēng)積沙填料含水量較低（<2%）時(shí)，應(yīng)主要采用振動(dòng)干壓法，施工工藝如下圖：

當(dāng)風(fēng)積沙含水量較大或有條件的情況下，可采用灑水壓實(shí)法，流程如下：

（2）采用合理的路基填筑、挖除工藝：

路基填筑采用水平分層填筑方式，填筑時(shí)按照橫斷面全寬推筑，根據(jù)壓路機(jī)的噸位確定填筑及壓實(shí)厚度，每層平均厚度一般為30 cm～50 cm，同時(shí)填筑寬度每側(cè)應(yīng)超出設(shè)計(jì)寬度（沙漠路段一般按照50 cm考慮）。

路基開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)合理采用橫挖法（由挖方路段中線向垂直路線方向兩側(cè)推土）、縱挖法（由挖方路段沿路線縱向向兩側(cè)填土處推土）或混合式開(kāi)挖法（同時(shí)采用橫挖法和縱挖法）。當(dāng)挖方段落較長(zhǎng)時(shí)，采用橫挖法，反之采用縱挖法。

路基填筑完畢后，應(yīng)將路基邊坡部分按設(shè)計(jì)坡度用機(jī)械或人工整平，并應(yīng)立即開(kāi)始防沙工程的施工，及時(shí)防護(hù)路基邊坡。

（3）做好施工規(guī)劃：

在對(duì)斜坡路段（尤其是高大復(fù)合型砂壟）進(jìn)行施工之前，應(yīng)事先規(guī)劃，提高施工效率。施工中集中力量，做到完成一段，防護(hù)一段，日事日畢。

3 結(jié)語(yǔ)

因風(fēng)積沙粘聚性較差，傳統(tǒng)的陡坡路堤處理方案并不能有效應(yīng)用于沙漠地區(qū)斜坡路段的處理。

本文以某北疆項(xiàng)目為例，從設(shè)計(jì)、施工兩個(gè)方面提出了沙漠地區(qū)斜坡路段的處置方案，以期為類似工程提供參考。

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