新疆特殊地区公路设计要点

2023-08-30 理论教育版权反馈

【摘要】：盐渍土地区路基高度需考虑毛细水上升高度。表2.13毛细水强烈上升高度盐胀深度是指含有硫酸盐的土基受降温作用产生盐胀的有限深度。图2.19路基土体温度随深度变化曲线设置隔断层时，路堤最小高度应满足防冻层最小厚度及隔断层埋深的要求。表2.15盐渍土地区路堤边坡坡率盐渍土路基边坡坡度，应根据土的类别和盐渍化程度确定。

1.路基横断面

路基横断面形式应根据公路等级、技术标准、路线纵断面设计与当地土质盐渍化程度、地下水埋深、地表排水条件等情况，结合路基处理措施进行设计。

盐渍土地区的路基应采用路堤形式，当受条件限制采用路堑或零填路堤时，应根据沿线工程条件，对地基进行超挖并回填水稳性非盐材料、设置隔断层等处理。

盐渍土地区地势多低洼，地下水位埋藏较浅，水质矿化度高，易形成盐渍土路基病害，选择以路堤通过可避免或减轻病害的产生。当受地形限制，不得已采用路堑或零填路基时，必须对路床范围的盐渍土进行超挖换填水稳性良好的不含盐材料（如砂沙砾碟、碎石等），并设置隔断层等处理，切断盐分上升。

2.路基高度

盐渍土路堤高度应根据盐渍土类型、公路等级，结合毛细水上升高度、冻胀深度、盐胀深度、安全高度及拟采用的隔断形式等综合确定。

（1）不设隔断层时，路堤最小高度不应低于表2.12规定。

表2.12　不设隔断层时盐渍土地区路堤最小高度

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注：① 高速公路、一级公路应按表列数值乘以系数1.5～2.0，二级公路应乘以系数1.0～1.5。
② 氯盐渍土及亚氯盐渍土可取低值。

路基高度不仅是工程问题，它还牵涉社会、经济、周边自然环境等多种因素。确定路基高度时，应综合考虑社会、经济、自然环境和工程技术，并做好现有设施的衔接设计。从工程角度看，盐渍土地区的路基高度应考虑毛细水的上升高度、盐胀深度以及地下水深度或地表积水高度等方面。

盐渍土地区路基高度需考虑毛细水上升高度。毛细水的上升带来了水、盐迁移，可造成路基次生盐渍化。影响毛细水上升高度的最直接因素是土质的差异性。

参考室内试验和以往路祝观测资料，毛细水强烈卜升高度可参考表2.13。

表2.13　毛细水强烈上升高度

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盐胀深度是指含有硫酸盐的土基受降温作用产生盐胀的有限深度。试验表明，盐渍土的盐胀量存在敏感温度区间，此区间因不同土质、含盐量存在一定差异性，其中细粒土在5 °C减小到－5 °C时，盐胀量递增很快。新疆 S201 线关于土体温度的观测结果显示，随路基深度不同路基填料温度变化具有一定差异性，负温出现的区域不同。但存在共性的是各断面上部温度变化明显大于下部，温度在土体中竖向的传播幅度随深度按指数规律衰减。当路面下深度达 1.5 m 处时土体的平均最低地温在 5 °C 以上，这与以往的观测基本吻合（图 2.19 显示了其中一个观测点的结果）。因此，在路面 1.5 m 以下土体温度变化幅度较小，地温基本高于盐胀温度敏感区，说明降温盐胀最大的区间在路面顶部 1.5 m 左右。以往的观测结果也显示路面下 0～1.6 m 盐胀量占总盐胀量的 85% 以上。在盐渍土地区路基设计中应对路基盐胀深度进行一定的控制，保证一定的非盐胀安全区，因此引人设计控盐深度的概念。设计控盐深度直接与盐胀深度相关，依据不同等级公路安全需求、地基盐渍化程度的差异进行确定。

因此，确定盐渍土地区路堤高度时，需考虑毛细水的上升高度、盐胀深度以及地下水深度或地表积水高度等方面，避免路基工作区受地下水、地表水的影响，防止产生盐分聚集而导致路基盐胀和溶陷病害。根据工程经验和科研成果，表2.12列出了不设隔断层的路堤最小高度。

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图2.19　路基土体温度随深度变化曲线

（2）设置隔断层时，路堤最小高度应满足防冻层最小厚度及隔断层埋深的要求。

3.路基填料

路基填料宜采用水、温稳定性好的材料，填料的选择应视不同公路等级、路堤填筑部位、填料土质类型以及当地气候特征、水文地质条件，按表2.14确定。

盐渍土用作路基填料，与路基的稳定有密切的关系，以往由于施工中对填土要求不严造成路基破坏的教训很多。由于填土的不同含盐量和含盐性质对路基稳定性的影响差异很大，不同的气候区和不同的水文地质条件下，盐渍土作为路基填料的可用性也不一样；同时路堤不同层位（路床、上路堤、下路堤）的填土对路基稳定性的影响有所不同；不同等级的公路对路基的稳定性、耐久性要求也应有所区别。

表2.14　盐渍土用作路基填料的可用性

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注：表中○——可用；
×——不可用；
▲1——除细粒土质砂（砾）以外的粗粒土可用；
▲2——地表无长期集水、地下水位在3 m以下的路段可用；
▲3——过干旱地区经论证可用。

因此，盐渍土用作路基填料的可用性，按氯盐及亚氯盐渍土、硫酸盐及亚硫酸盐渍土不同含盐性质以及不同公路等级、不同层位、不同土质类型分别进行控制。设计时需对以下情况的填料含盐量进行从严控制：① 高等级公路路床范围的填土；② 硫酸盐和亚硫酸盐渍土；③ 隔断层以上粉质土、黏质土填料；④ 受毛细水或地下水影响。

当既有路基填料换填受到限制时，可在原填料中掺入加固剂处治。加固剂的类型、成分和掺入剂量可根据填料土质通过试验确定。加固剂的种类很多，其不同的物理性质和化学组成成分决定了不同的类别、特点和固化方法，使用时，可根据路用土质与加固剂的成分、类型通过试验选用效果最佳的。化学处理硫酸盐溃土，可使土中易溶盐成分和性质发生变化，减轻盐胀，常用的化学掺加剂有 CaCl2、BaCl2。为了使化学处理过的盐渍土不受下层水分和盐分的影响，其底部应设置隔离层。

4.路基边坡

应根据公路等级、盐渍化程度、地下水位埋深、地表排水条件、筑路材料等，因地制宜，选用隔断层路堤、沙砾路堤、风积砂路堤等结构形式。盐渍土路堤边坡坡率，应根据填筑材料的土质和盐渍化程度，按表2.15确定。

表2.15　盐渍土地区路堤边坡坡率

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盐渍土路基边坡坡度，应根据土的类别和盐渍化程度确定。受水淹的路堤边坡宜采用1∶2～1∶3。

5.路基处理

地下水埋深较浅、毛细水上升较高或易受地表水影响的路段，应在路基内部设置隔断层，降低路基高度，防止路基产生次生盐渍化。隔断层设计应符合下列要求：

（1）隔断层的设置层位应高出地表或地表长期积水位 0.2 m 以上，并满足最大冻深的要求。新建高速公路、一级公路路基隔断层宜设置在路床之下。

（2）隔断层的路拱横坡不应小于2%，最大横坡不应超过5%。

（3）隔断层材料应遵循因地制宜、就地取材的原则选用。高速公路、一级公路宜采用透水性好的砾（碎）石做隔断层，厚度宜为 0.3～0.5 m，最大粒径应小于 50 mm，粉黏粒含量应小于 5%。二级及以下公路可选用复合土工布做隔断层。

为抑制盐渍土地区路基病害时，路基必须要有一定的路基高度。但单纯采用提高路基的方法来保证路基的稳定性，将会造成路基高度较高，占地多、土方大。在路基中设置隔断层，可阻断毛细水上升带来的路基盐渍化，能有效降低路基高度，防治盐渍土路基病害。因此，设置隔断层是盐渍土地区降低路基高度的有效措施。

路线通过中强盐渍土，特别是硫酸盐渍土地段，受地面水或地下毛细水影响的路基，高程受限制的挖方路堑或被利用的既有路基含盐量超限路段，路基处理时宜考虑以隔断层配合其他措施综合治理。

隔断层按其材料的透水性可分为透水与不透水隔断层。透水隔断层材料为砾（碎）石、沙砾、砂，不透水隔断层材料为土工合成材料（土工膜、复合土工膜、防排水板等）、沥青砂。土工膜隔断层虽然具有较好的隔水、隔盐、施工简便的特点，但不利于路基中水气逸散，膜下易形成水分和盐分聚积，易使膜下土层软化，造成路基新的不均匀变形。为防止膜下水分和盐分聚积，土工合成材料隔断层需选用复合土工膜（两布一膜）、复合防排水板等。隔断层所用材料应按照因地制宜、就地取材的原则，经过技术经济论证后选用。

隔断层位置设置不当，往往达不到预定的目标或不经济。为保证路床填土质量及稳定性，新建高速公路及一级公路，隔断层一般设置在路面顶以下0.8～1.6 m处，要求与路面层底之间距离应大于当地最大冻土深度，并高出边沟流水位。

1）土工布隔断层

土工布隔断是盐渍土路基隔断处理中最常用的方式。复合土工布隔断层，具有较好的隔水、隔盐和耐久性，施工简便，特别是可大幅度降低路基高度，在盐渍土地区双车道公路的建设中广泛采用，并取得较好的效果。

调研资料表明，盐渍土路基的土工布隔断深度依据气候条件、水文条件、盐渍化程度有一定差异性。隔断深度在0.8～1.2 m 范围内，隔断层上填筑非盐的透水性材料，土类分为砾石土和风积沙。

2）砾石隔断层

新疆砾石隔断层主要应用于盐渍土地区高速公路、一级公路。采用透水性的砾（碎）石作隔断层，厚度宜为0.3～0.5 m，选用的砾石级配最大粒径小于 50 mm，粉黏粒含量小于 5%。砾石隔断层顶部加铺透水土工布作为反滤层。隔断层设置深度为 1.4～1.6 m，距离路面顶部满足冻深要求。

新疆主要应用工程：G045 线奎屯—赛里木湖一级公路、G045 线乌鲁木齐—奎屯高速公路、G314线和硕—库尔勒一级公路、G314线小草湖—托克逊一级公路等。运营后，使用状况良好。

3）风积沙隔断层

采用风积沙或河沙作填料或隔断时，须考虑其无黏聚性的特点，选择土或沙砾等材料包边。如果不包边，边坡应放缓至1∶2～1∶3，保持边坡稳定。

6.路基排水

盐渍土路基排水设计应采取防、排、疏相结合的综合措施，设置完善的排水系统，处理好与公路盐渍土病害防治、路面排水和桥涵排水设施的衔接配合，并与农田排灌系统相协调。

（1）地表水丰富、水文地质条件较差的路段，路基两侧宜设置护坡道。护坡道宽度不宜小于2 m，横坡不应小于路肩横坡。

（2）地下水位较高或公路旁有农田排、灌水渠的路段，可在路基一侧或两侧设排（截）水沟，以降低地下水位或截阻农田排灌水，排（截）水沟距路基坡脚不应小于 2 m。有条件时可设置排碱渠，排碱沟渠与路堤坡脚之间的距离不应小于5 m，沟深应低于地表以下不小于1.0 m。

（3）地表排水困难的路段，在占地容许的情况下可设置蒸发池，蒸发池边缘与路基坡脚之间距离宜大于10 m。

盐渍土地区路基排水主要考虑排除地表积水和降低、拦截地下水。做好路基排水设计非常重要，必须根据沿线地质、水文情况，设置必要的地面排水、地下排水设施，配合自然河流、农田灌溉渠，形成良好的排水系统。设置排水沟、截水沟、边沟、蒸发池等，将地表水疏引、排除至路基范围以外。地下水应采取隔断、疏干、降低等措施，以达到地下水不影响路基的稳定。

盐渍土严重的区域一般地势低平，地表及地下水排泄不畅、流速缓滞，易汇集在路基坡脚影响路基。盐渍土地区的公路排水主要采用深挖边沟（排水沟）、排碱渠、蒸发池、设置排水垫层等措施。结合盐渍土处理方案为减少地表水影响和增加路基的稳定性，采取反压护坡道的形式也较为常见。

7.改建设计

应详细调查原有公路的使用状况，划分沿线盐渍土路段及其病害程度。对原有路基土质的含水量、密实度、含盐性质、含盐量及其路侧地表排水、地下水变化等情况，应按《盐渍土地区公路设计与施工指南》的勘察要求调查试验，分析病害成因并对原有公路做出评价。

改建工程中，对原有公路的利用或舍弃，应视公路等级、原路状况、占地、环保等进行技术经济方案比选、论证后确定。一般原则：修建高速公路、一级公路宜另辟新线，必须占用原有公路的路段，一般只利用其线位；改建为二级公路或三、四级公路，应尽量利用原有公路的线位和路基路面及桥涵等可用资源，采取合理措施提高其强度和稳定性。

改建工程中利用原有公路的路段，应尽可能避免挖除原有路面。当改建设计的路基标高受到限制时，或原有路面下土基中硫酸钠含量超过1.2% 以上，或路基含水量高、密实度严重不足的路段，应对原有路面采取必要的挖除或翻修处理，以保证改建设计质量。一般路段不应挖除老路，宜尽量利用原有路面作为新建路面的垫层或隔断层的一部分。

改建拓宽路段，路基加宽应充分考虑原有公路的线形、路基高度、桥涵及防护构造物状况，分段采用一侧或两侧加宽措施。加宽处新老路基应很好衔接，防止产生不均匀沉陷。开挖台阶后按表2.14填土要求分层填筑。

8.干涸盐湖地段路基设计

（1）干涸盐湖地段路基设计应查明盐湖形成条件、干涸过程、含盐特征、岩盐种类、物理化学和工程性质、地下卤水位等情况。

（2）干涸盐湖地段填筑路堤，可利用岩盐作为填料。三、四级公路，可采用低路堤，路堤高度不宜小于 0.3 m，路基宽度宜在标准断面的基础上每侧加宽 0.2 m，路堤边坡坡率宜采用1∶1.75～1∶3。

（3）当盐湖地表下有饱和盐水时，宜采用设有排水沟及护坡道的路基横断面。护坡道宽度应大于2 m。

（4）有溶洞、溶塘、溶沟等不良地段，应换填沙砾、风积沙、片卵石或盐盖等材料。

新疆特殊地区公路设计要点

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