对山区高速公路勘察设计问题分析

对山区高速公路勘察设计问题分析

摘要结合参加多年工作经验,对山区高速公路路线、路基、路面、桥梁与隧道等工程的勘察设计技术问题解决措施与方法。

关键词山区公路;路线;路面抗滑;深路堑边坡;岩溶隧道

随着我国社会经济的快速发展,高速公路不断向山区延伸。山区公路往往是山水相隔,山峦重叠、山高坡陡、地质条件复杂,不良工程地质分布范围较广,岩溶、采空区及其他不良地质体对路基、桥涵、隧道的设计影响较大,因此,项目设计中需要考虑的关键问题较多。根据目前我国内各公路交通设计院类似工程所取得的经验,结合山区高速公路的具体特点,预计山区高速公路工程勘察设计中遇到的技术问题如表1所示。

1路线平纵方案比选及优化

山区地形、地质条件复杂,路线方案的影响因素众多。作为工程关键的路线方案,对控制工程造价、确保投资效益、减少工程隐患及环境破坏有十分重要的作用,故如何结合地质情况,充分利用地形展线,是路线布设及比选的重点。

1)路线平、纵面线形布设应适应地形,不要片面追求高标准,宜以不小于规范规定的一般值为原则。应加大路线方案的比选力度,不遗漏有价值的比选方案。2)山区的不良地质(如岩溶、采空区)广泛分布,应充分利用航测遥感方面的技术、航测数模及CAD集成计算机漫游技术进行地质选线,确保路线尽量避开大的、难防治的不良地质地段,对路线进行快速的多方案比选和优化。3)路线设计应注重平、纵、横组合,注重与隧道、桥梁等构造物的协调设计,尤其应注重隧道分合线、高低路基综合设计及特殊条件下高架桥方案的比选,确保公路使用的安全性、经济性、舒适性并与沿线景观协调。4)运用运行车速理论进行运行车速检验及安全性评价。

2对路面抗滑及交通安全问题

山区高速公路局部路段由于需要克服高差,往往采用连续上下坡,路段在雾天易引发交通隐患。为减少交通事故,除对路面的抗滑性能进行研究外,还应充分利用地形,采取多种技术措施,确保行车安全。

1)采用先进的工艺技术,对路面结构进行多方案比选,特别是对路面的上面层结构,应通过试验和研究选择适合的方案。2)选用优良材料。应采用符合规范的石油沥青,并采用SBS进行沥青改性。采用硬质抗磨耗的玄武岩,严格控制和管理矿料的开采、破碎和筛分。集料的级配应通过试验确定。3)在分析通行能力的基础上,利用地形,研究设置爬坡车道、避险车道以及紧急停车带的方案。4)加强交通安全设施和监控设施设计,进行适时提示。对长下坡区段采取实时监控,设置完善的限速标志。

3深路堑边坡的处理

山区高速公路深路堑工点较多,在确保路堑边坡工程稳定的同时,应做到加固和防护工程相结合,并与周边环境协调一致,尽可能少破坏原有青山绿地。对开挖边坡亦应采用绿色防护。

1)控制路基边坡高度。强风化层边坡高度不宜超过25m;硬质岩弱风化层边坡高度不宜超过40m。局部特殊困难地段的边坡高度大于上述高度而不能以隧道形式通过时,应根据地质情况计算确定边坡坡率、边坡平台和采用特殊支挡加固措施。2)加强地质勘探,查清区域水文、工程地质条件,必要时进行原位测试,为设计提供准确的岩土物理力学参数;采用工程地质类比法、图解分析法、刚体极限平衡计算法、锲体稳定分析法、平面滑动面法以及圆弧滑动面法等进行稳定性分析和评价。3)在勘察设计中应充分吸收、借鉴国内外山区高速公路特别是同一区域内其他已建成高速公路高边坡加固的经验。根据稳定性需要,依分级稳定与坡脚预加固原则,合理采用框架锚杆、预应力锚索、锚梁、锚杆(锚索)格子梁、喷混植生及植物防护等处理技术。4)在确保路堑边坡工程稳定的同时,贯彻绿色环保理念。如在弯道上尽量避免使用不利于视觉和不利于水土保护的路堑挡土墙。对于硬质岩边坡,可采用喷彩色砼防护和爬壁藤绿化。5)在路堑高边坡施工中,应注意边坡变形监测。根据监测数据和地质条件,及时调整方案和变更设计,真正做到“动态设计、信息化施工”。

4岩溶地区及采空区桥梁的合理设计

岩溶一般以隐蔽的形式存在,其难以预测的地下形态,通常给在这种地基上修建桥梁基础带来一定的困难,容易出现由于基底软硬不一、沉降不匀或者洞顶顶板超过负荷等原因导致的破坏。

1)桥梁基础位于岩溶发育地区时,应遵循地质钻探布孔原则:初测阶段应结合综合钻探进行逐墩钻探;定测阶段应逐墩逐桩布孔钻探。此外,还应辅以必要的物探,揭示地下岩溶的分布状况。2)在岩溶埋藏较浅、局部有溶沟或溶槽、下部已探明无溶洞时采用扩大基础,并对基底以下溶沟、溶槽采用换填片石砼或钢筋砼基础跨越溶沟、溶槽等措施进行处理。3)对覆盖层较厚、无浅层大溶洞的岩溶地质,若覆盖层稳定、土质较好且无水流冲刷,则简支梁墩台采用扩大基础。4)当岩溶发育、有浅层或多层溶洞时,采用钻(挖)孔桩基础。桩身穿过一定厚度岩层,桩端根据桩身穿过岩层情况置于一定厚度的岩层顶板上。

5岩溶隧道的设计

在勘察设计过程中处理好岩溶隧道问题是保证整个工程建设顺利的关键。

1)隧道平、纵断面。岩溶地区隧道平、纵面除应满足总体设计要求外,还应充分查明区域地质构造、岩溶发育程度、地下暗河系统分布等。设计时应采取以下措施:①绕避或短距离穿越;②高位穿越;③长、大复杂岩溶隧道宜尽可能地设为人

字坡。2)施工地质。由于岩溶的复杂性和不可预见性,隧道周边存在隐伏岩溶和高承压水,直接影响施工及长期运营的安全。因此,岩溶隧道施工中需要开展超前地质预测预报、周边岩溶探查等施工地质勘测工作,并将超前地质预报纳入富水岩溶隧道的施工工序进行管理。3)隧道预支护。当隧道穿越断层破碎带、充填型溶洞等富水岩溶地段时,应采取注浆预加固、注浆堵水等措施,以有效地改善隧道周边既有岩体的物理力学指标、降低地下水的渗透系数,必要时采用长管棚等措施,确保隧道施工的安全。应特别注意注浆效果的检查与评定,只有当注浆达到预期的加固效果时,才容许开挖。4)隧道结构。当隧道穿越富水断层、富水溶腔及岩溶管道地段,隧道衬砌结构可能承受高压水力时,应结合隧道建筑限界拟定合理的内轮廓和支护参数,必要时可采用圆形内轮廓。其初期支护应有一定的刚度,并应尽早封闭;二次衬砌应考虑水压力的作用,采用钢筋砼,同时应及时施工。5)隧道防、排水。地下水发育的岩溶隧道,当采取“以排为主,排堵结合”的原则可能造成地下水大量流失、环境遭到破坏时,应采取“以堵为主,限量排放”的设计原则。隧道结构应设有完备的防、排水系统,同时应尽可能地维系原有的地下水系统。当其遭到破坏时,应采取工程措施(导流洞等)予以修复。隧道宜根据两段工程的坡度情况采用较大的纵坡,并结合其内轮廓采用较大尺寸的水沟,以避免水淹道床,从而提高运营质量。

6其他不良地质地段的隧道设计

山区高速公路沿线采空区较多,同时隧道洞口可能处于偏压、陡崖、顺坡等地形,应根据实际情况妥善处理。

1)隧道穿过采空区时,应优先考虑绕避,若不能,则要先查明采空区所处的工程地质、水文地质及采空区分布特征等情况,然后根据其大小、分布位置综合治理。目前,国内外对隧道通过采空区已有许多成功的处治经验,主要有注浆填充和墩台式支撑法两种治理方法。墩台式支撑法治理方案是在采空区内形成类似桥基的墩台,支撑采空区内不再继续沉降塌陷。注浆法治理方案是通过注浆孔将水泥-粉煤灰浆注入采空区,在采空区及上覆岩层的裂隙中形成结石体,阻止上覆岩层进一步塌陷冒落。2)隧道穿过断层、煤系地层等软弱地层时,要求探明其分布位置、物理力学性质、地下水发育状况以及有害气体发育情况等,然后有针对性地提出处理方案:如果岩质软弱,则应加强超前支护、加强支护;如果岩体稳定性受地下水的影响较大,则应采取超前注浆或周边注浆;如果岩体具备一定膨胀性,则不仅要加强衬砌,阻止地下水渗流,而且还要扩大预留变形量,设置可伸缩钢支撑等;如果存在有害气体,则应采用全封闭的气密性衬砌等。3)隧道洞口处于偏压、陡崖、顺坡等不良地质地段时,应根据情况分别对待:洞口处于偏压地形条件时,不能强求正断面进洞(上下分离隧道)或左洞在同一桩号处进洞(连拱隧道);洞口处于陡崖地段时,为防止陡崖发生崩塌,危及施工与运营安全,设计上应考虑提前进洞甚至在人工覆盖层的保护下进洞,并适当加长明洞等;洞口处于不良地质地段时,一般可采用超前长管棚、地表加固等措施进洞,并根据地形、地质情况适当加强支护。

7结语

山区高速公路具有地形、地质条件较为复杂的特点,不良工程地质类型主要

有崩塌、滑坡、活动性断裂,其次为岩溶、采空区,所有这些都对工程造成影响,尤其对决定路线方案的控制工程(桥梁、隧道)造成严重影响。勘察设计阶段应使用综合勘察手段,查明沿线不良地质和特殊性岩土对公路工程的影响,并采取相应措施进行处治。