郭濤

摘要 受到山區(qū)復雜地形地勢的影響，山區(qū)高速公路建設往往需要面對多樣化的地質條件，尤其是巖溶、采空等問題不僅會對工程的安全性帶來不利影響，還會導致項目使用壽命受損。在這樣的背景下，文章主要從山區(qū)高速公路設計需要重點考慮的因素出發(fā)，結合實踐探究了與之相應的解決措施，以期能夠提升山區(qū)基礎建設的質量與效益。

關鍵詞 山區(qū);高速公路;建設;關鍵技術

中圖分類號 U412 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）07-0115-03

0 引言

我國地質條件復雜，且分布有大量的山區(qū)地帶，其中山地占到了我國國土總面積的33%以上，丘陵及崎嶇高原也均達到了10%，從整體而言山區(qū)占比已經超過了50%?；谖覈F(xiàn)有的設計經驗，同時考慮到山區(qū)公路建設的實際需求，可將山區(qū)高速公路的設計重點歸納為以下幾點[1]：

（1）路線平縱方案的比選及其優(yōu)化。

（2）長縱坡路面的抗滑設計;采空區(qū)的勘察處理。

（3）巖溶地區(qū)及采空區(qū)的橋梁設計。

（4）巖溶及其他不良地質條件下的隧道設計。

1 工程實例

以我國某高速公路項目為例展開分析，該項目地處山區(qū)，全線長約167.8 km，采用雙向四車道設計，設計速度為80 km/h，路基設計寬度為25.5 m。在設計時考慮的荷載為公路-Ⅰ級。項目建設跨度較大，且沿線存在復雜地質環(huán)境，尤其是水庫、巖溶等不良地質條件多發(fā)，對設計環(huán)節(jié)提出了較高的要求。

2 山區(qū)高速公路設計的關鍵性問題

2.1 路線方案的比選及優(yōu)化

該項目沿線地質條件多樣且復雜，導致設計工作需要考慮的因素較多。選線環(huán)節(jié)對項目的合理性、經濟性與科學性有較大影響，對工程造價、生態(tài)效益等起著重要作用[2]。如何基于工程實際條件制定合適的方案，最大化利用已有條件，成為路線比選的重中之重。

（1）確保路線平、縱線形設計能夠順應項目沿線地形地勢分布，嚴禁盲目追求高指標，通常以現(xiàn)行規(guī)范所要求的最低標準為原則。比選方案應具有全面性與徹底性，盡可能避免遺漏有價值的方案。

（2）對于不良地質條件分布比較廣泛的路段，可借助遙感技術、CAD集成計算機漫游技術輔助完成選線工作。同時，路線還應盡可能避免穿越地質條件復雜的地帶，提升方案比選的效率。

（3）路線選擇應平衡好平、縱、橫三者之間的關系，且協(xié)調好隧道、橋梁等重要構筑物之間的組合。尤其需要反復論證隧道分合線布置的合理性，注重特殊地基下的橋梁設計，在安全性、經濟性之間尋求平衡。

（4）如有必要，可借助運行車速理論來評價橋梁設計方案。

2.2 長大縱坡路段抗滑問題

山區(qū)地形地勢往往具有一定的高差，在設計時一般需要采取連續(xù)上下坡來解決，但在霧天等能見度差的天氣下，長大縱坡很容易導致交通事故。為了提升其安全性，除了改善路面結構及材料外，還可以借助地形變化來制定應對措施，提升行車安全性[3]。

（1）選用先進施工工藝，并對已有方案進行比選，尤其要注重路面結構的改良，可借助試驗來確定最佳方案。

（2）采用合適的材料。采用符合現(xiàn)行規(guī)范要求的石油瀝青，根據(jù)路面等級和要求，可采用SBS改性瀝青等。在集料選擇上，采用耐磨性較好的玄武巖，并通過礦料級配的優(yōu)化來達到改進材料的目的。集料的級配可借助試驗進行確定。

（3）為了提升公路通行以及應急能力，可借助既有地形變化劃定相應的避險車道、停車區(qū)等。

（4）強化公路監(jiān)控設計，并附加合理的安全設施，警示司機和行人。在長下坡路段，重點完善監(jiān)控系統(tǒng)，并設置限速指標。

2.3 巖溶和采空區(qū)的處理

巖溶和采空區(qū)是山區(qū)高速公路需要特別關注的兩類不良地質條件，具有一定的隱蔽性，在勘察時難以被準確定位。尤其是在礦區(qū)規(guī)模較小的地區(qū)，分布往往具有不規(guī)則性，公路結構穩(wěn)定性受到潛在威脅。解決上述問題的關鍵在于如何確定其位置及規(guī)模，并制定與之相應的措施[4]。

（1）充分重視地質勘探及現(xiàn)場調研，尤其是對項目整體具有控制功能的地區(qū)須重點監(jiān)測;對于分布有采空區(qū)的路段，須基于國土部門資料確定采空區(qū)的分布、大小等基本情況;對于小礦，則應以走訪的形式調查其上部建筑物、道路狀態(tài)，確定路基穩(wěn)定性。條件復雜的工程，還可通過布設觀測線的方式來研判采空區(qū)穩(wěn)定性，為后續(xù)路線優(yōu)化及病害治理提供相應參考。

缺乏地質條件資料，借助電法勘探及鉆探方法進行實地勘測，可優(yōu)先選擇大地音頻電磁法和瞬變電磁法等物理技術，從宏觀上建立對當?shù)氐刭|條件的認識，重點明確坑洞的大小、分布。

（2）該工程位于巖溶地區(qū)，根據(jù)其發(fā)育程度制定防治措施，并考慮經濟性、環(huán)保性等的影響。針對路塹邊坡位置分布的干溶洞，可基于溶洞的形式與大小采取片石填塞、護坡等方式完成處理。對路塹邊坡及其上分布的巖溶泉與冒水洞，應秉承以疏為主的策略，布置集水溝，將水引導至路基影響范圍之外;在填方或挖方路基基底較小且干溶洞的深度較小的路段，借助碎石、片石進行回填并夯實;對于規(guī)模較大的溶洞，選用構造物跨越方式進行處理;在溶洞頂板較薄的路段，考慮采用炸除方式進行處理;地基影響范圍內出現(xiàn)塌陷，且其發(fā)展停滯時，采取注漿法處理，對存在發(fā)展趨勢的按照構造物跨越處理。

2.4 深路塹邊坡的處理

在山區(qū)高速公路建設中，深路塹工點一般較多，為了確保在使用狀態(tài)下能夠保持穩(wěn)定，應將加固與防護相結合，同時利用建設環(huán)境既有條件，降低可能對自然環(huán)境產生的破壞。邊坡開挖優(yōu)先選用綠色防護措施[5]。

（1）控制路基邊坡高度。強風化層邊坡高度應控制在25 m以下;硬質巖弱風化層邊坡高度應不大于40 m;硬質巖弱風化層的邊坡高度一般不宜大于40 m。在該工程中，由于受到建設條件限制難以滿足上述標準要求而不能采用隧道設計，因此考慮基于邊坡實際條件核算其坡度，采取支擋措施。

（2）重視地質勘察，明確建設地的水文地質條件，如有必要還可借助原位試驗來獲取準確的地質參數(shù)。此外，還可通過工程地質類比法、圖解分析法等來評價地質結構的穩(wěn)定性。

（3）勘察設計工作應秉承“兼并融合”的原則，在實際工程中充分吸收以往成功案例，借鑒類似工程的成功做法與先進創(chuàng)新思路。按照公路工程穩(wěn)定性要求，基于分級穩(wěn)定的基本原則，組合使用錨桿、錨索、生態(tài)防護等處理技術。

（4）在提升邊坡穩(wěn)定性的同時，還應不斷優(yōu)化方案生態(tài)性，秉承綠色環(huán)保的基本要求進行設計。例如，彎道位置應減少擋土墻的使用，從而降低可能出現(xiàn)的視線遮擋問題。對于質地較為堅硬的邊坡路段，可以噴射彩色混凝土、布置爬壁藤。

（5）在沿線路塹高邊坡路段，要密切關注邊坡變形情況?；趯崪y數(shù)據(jù)以及當?shù)氐刭|條件，及時做出方案優(yōu)化，實施動態(tài)設計。

2.5 特殊路段橋梁的設計

巖溶地質的出現(xiàn)一般具有隱蔽性，導致監(jiān)測難度較大，無形中對基礎建設產生不利影響，甚至還會導致基底不均勻沉降。

基礎位于巖溶較為豐富的路段，秉承地質鉆探的基本原則：初測環(huán)節(jié)按照綜合鉆探的原則逐個完成;同時還應選用適當?shù)奈锾酱胧┻M行輔助，從而對地下巖溶條件形成全面認識。埋深較淺或分布較散的巖溶地區(qū)路段，采取擴大基礎進行處理，同時對基礎之下的溶溝進行換填，使其能夠滿足工程建設的基本要求。沿線不存在較大的溶洞，上覆層較好，覆蓋層性質穩(wěn)定且不存在水流長期沖刷的路段，考慮采用擴大基礎完成墩臺設計。巖溶發(fā)育程度較大或分布有多層溶洞的路段，優(yōu)先選用鉆（挖）孔樁基礎進行施工。需要注意的是，樁基樁身應當穿越足夠厚度的巖層，且樁端應布置于足夠厚度的巖板之上。

2.6 橋梁墩頂變位控制

山區(qū)高速公路設計須注意大縱坡路段內的墩頂變位控制問題，這也是實際工程中比較常見的一類問題。當車輛在長縱坡上行駛時，受到制動力的持續(xù)作用，橋梁梁板也存在持續(xù)向前的趨勢，這一現(xiàn)象在單向行駛的路段更為突出。

此外，對于同時存在曲線、大縱坡以及高墩的路段，墩頂變位不僅包括與橋梁相同方向的變位，同時還可能產生扭轉變位以及施工變位。這些變位現(xiàn)象往往會對橋梁穩(wěn)定產生嚴重影響，使其處于不安全狀態(tài)。

（1）針對橋向變位現(xiàn)象，可采取以下措施進行防治：①在大縱破以及高墩長橋路段上，車輛行駛很可能導致累積變位發(fā)生。針對這一現(xiàn)象，設計人員可以適當增加橋墩縱向剛度來改善結構穩(wěn)定性，以防由于僅增強部分制動墩導致的不經濟以及不美觀問題;②可在橋墩與橋梁上部結構之間形成可靠固結，以此來強化上下結構之間的連接性，并以此控制位移量，起到提升結構剛度的效果。

（2）針對橫橋向變位現(xiàn)象，考慮到橋梁的平面主要集中于曲線段上，曲線T形梁橋可采用直梁橋設計，并通過調整翼緣板寬度來達到緩解梁體彎扭的目的。此外，還應當強化橫向聯(lián)系，使得橋梁整體性得到保障。

（3）需要注意的是，設計環(huán)節(jié)應充分考慮由于混凝土收縮、徐變帶來的結構內長期效應，并注意橋墩墩頂初始偏位受到徐變所發(fā)生的持續(xù)變化，及時采取有效措施進行控制。

2.7 隧道設計

巖溶地質的處理是山區(qū)高速公路設計需要關注的內容，同時也是保障項目整體質量的有效措施。

（1）隧道平、縱斷面。巖溶地區(qū)隧道除了需要適應項目整體設計標準外，還需要明確項目所在地地質構造特點及地質環(huán)境，并采取以下措施進行處理：①避免穿越或縮短穿越距離;②采取高位穿越，對于分布復雜的巖溶地區(qū)，可采用人字坡形式。

（2）工程地質。巖溶地質具有一定的隱蔽性，因此在其發(fā)展初期往往難以被及時發(fā)現(xiàn)。在隧道附近匯集、滯留的大量承壓水將導致施工難以正常開展。所以，在施工前應當對建設地進行超前勘測，探明附近地下水分布情況，同時將超前勘察報告納入施工環(huán)節(jié)中進行統(tǒng)一管理。

（3）隧道預支護。隧道工程建設需要穿越斷層破碎帶等富含地下水的巖溶路段，采取注漿處理進行加固，以此來強化隧道巖體結構的穩(wěn)定性，并降低透水能力。如有必要，還可采取長管棚技術來建立穩(wěn)定、合適的施工條件。在注漿作業(yè)結束后還應及時檢測，評價其效果是否滿足預期要求，只有檢測合格才能開始后續(xù)開挖工作。

（4）隧道結構。隧道需要穿越富水斷層時，襯砌結構往往需要面對較高水平的水壓力作用，此時需要根據(jù)隧道路線確定內輪廓及支護參數(shù)，還需采用圓形內輪廓。需要注意的是，隧道施工早期的臨時支護應當滿足基本剛度要求，且在滿足要求后做到及時封閉。

2.8 不良地質路段的隧道設計

山區(qū)地質條件復雜，往往伴隨存在較多的采空區(qū)，在隧道的洞口位置也可能出現(xiàn)偏壓、陡崖等不良地形，需要基于工程實際做出相應的處理。

（1）隧道在穿越采空區(qū)時，應當盡可能采取避讓的處理方式，首先明確該地區(qū)的水文地質條件，基于采空區(qū)的分布、大小來選定相應的防治方案。當前，我國在采空區(qū)治理方面已經積累了大量的經驗，注漿填充和墩臺式支撐法是其中較為常見的兩類方法。墩臺式支撐即是通過在采空區(qū)內形成墩臺來限制結構的持續(xù)下陷。注漿法即是通過注漿孔將水泥—粉煤灰漿打入采空區(qū)內，以此形成結實體，預防巖層的持續(xù)下陷。

（2）當隧道需要穿越斷層等軟弱地層時，應首先明確其分布、大小以及基本性質，同時了解地下水的發(fā)育情況，為基礎建設提出針對性的措施。對于性質軟弱的巖層，一般可借助超前支護的方式來提升其穩(wěn)定性;巖體力學性質受到地下水影響較為顯著，通過注漿法進行處理;對于膨脹性較為突出的巖體，除了需要強化襯砌結構，抵抗地下水滲透作用外，還應預留出足夠的空間，并設置鋼支撐;對于存在有害氣體的隧道，襯砌應當封閉且具有良好氣密性。

（3）針對隧道洞口位置的偏壓、陡崖等地質現(xiàn)象，可根據(jù)實際情況采取不同措施：對于偏壓地形，應盡可能避免上下分離隧道及連拱隧道的出現(xiàn);對于陡崖地形，為了降低結構出現(xiàn)崩塌的風險，為施工過程創(chuàng)造安全穩(wěn)定的環(huán)境，設計時可采用提前進洞的方案;工程隧道洞口存在不良地質，借助超前長管棚、地表加固的方法來輔助進洞，其具體參數(shù)根據(jù)工程實際條件確定。

3 結語

山區(qū)公路建設環(huán)境較為復雜，往往需要面對多樣化的地質條件影響，其中不良地質有崩塌、滑坡、巖溶等。這些地質條件對公路路線方案的確定和設計起著決定性作用，若選擇不當，很可能導致項目質量下降、效益受損。因此，需要設計人員在早期設計時借助多種勘察技術建立起清晰準確的認識，查明不良地質條件可能導致的后果，有針對性地制定相應的措施。

參考文獻

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