城市道路路基設(shè)計(jì)的方法與要點(diǎn)及實(shí)例分析

樊立

摘要：本文結(jié)合蕪湖市長江南路的工程實(shí)例，根據(jù)實(shí)際情況論述了該條路段的路基設(shè)計(jì)方法，提出了相關(guān)解決方法以及要求，總結(jié)設(shè)計(jì)方法，并且對(duì)路基邊坡防護(hù)措施和方法進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：新時(shí)期；城市道路；設(shè)計(jì)

引言

路基是按照道路路線和橫斷面要求修筑的帶狀結(jié)構(gòu)物，是路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，路基要承受路面結(jié)構(gòu)的自重以及行車、行人與非機(jī)動(dòng)的重量，還需要承受氣候變化、地表及地下水位變化所造成的水溫影響。路基設(shè)計(jì)時(shí)，必須使路基具有足夠的強(qiáng)度、整體穩(wěn)定性及耐久性。以下結(jié)合蕪湖市長江南路闡述城市道路路基設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1、工程概況

長江南路為蕪湖市區(qū)通往三山區(qū)、蕪湖長江大橋開發(fā)區(qū)新區(qū)的一條南北向城市主干道，工程南起臨江工業(yè)園區(qū)的華電大道交叉口，北至峨山路交叉口，總長17.87Km。道路紅線寬度為60米，設(shè)計(jì)時(shí)速為設(shè)計(jì)時(shí)速：70Km/h，雙向8車道。道路主要穿過農(nóng)田、溝塘路段，存在大量軟土路基。

2、路基設(shè)計(jì)原則

在城市道路工程的路基設(shè)計(jì)工作中，要確保設(shè)計(jì)工作符合工程建設(shè)規(guī)范，就必須按照一定的基礎(chǔ)原則開展相關(guān)的規(guī)劃。其一，城市中的道路不僅要確保交通的安全與順暢，還要考慮到城市的美化以及整體觀賞性，這是城市發(fā)展中文化進(jìn)步和市容改進(jìn)的客觀要求，所以在路基的規(guī)劃布局中就要從基礎(chǔ)上保證道路外貌的呈現(xiàn)，能夠反映出一座城市的文化風(fēng)貌和特性品格，要突出特色設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并且要遵守環(huán)保這一基本原則，保護(hù)好城市的生態(tài)環(huán)境，讓道路的存在使得城市更加美麗，人們出行更加便捷。其二，要確保道路符合城市規(guī)劃和各區(qū)域發(fā)展產(chǎn)生的需求，滿足城市交通的基本條件，對(duì)于路基的強(qiáng)度、厚度等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析與研究，根據(jù)城市道路的通行標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)置相應(yīng)的指標(biāo)參數(shù)。要充分的利用城市有限的土地資源，盡量避免耗費(fèi)過多的土地資源，從城市整體布局的大局處著眼，用長遠(yuǎn)的發(fā)展眼光來看待路基設(shè)計(jì)工作中的各項(xiàng)要求和出現(xiàn)的問題。所以設(shè)計(jì)人員要切實(shí)遵循實(shí)用性與科學(xué)性的原則。其三，城市道路建設(shè)也要遵循當(dāng)?shù)厥袌霭l(fā)展的客觀規(guī)律，要與當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展水平相適應(yīng)，遵循市場化的相關(guān)原則，確保交通道路的多元化用途，為其他市政建設(shè)留下空間和余地，實(shí)現(xiàn)最大化的社會(huì)發(fā)展效益以及市場經(jīng)濟(jì)效益。

3、城市建設(shè)道路中路基設(shè)計(jì)策略分析

3.1、路基基礎(chǔ)處理的方案設(shè)計(jì)

城市基礎(chǔ)具有很多軟弱地層，在這些地層上建設(shè)道路，需要關(guān)注路基基礎(chǔ)的特性。以軟土為例，軟土路基的力學(xué)性能差，如果沒有經(jīng)過處理或者處理不當(dāng)，對(duì)施工過程以及整個(gè)道路的運(yùn)營階段都有很大的安全威脅。首先，軟土路基的孔隙率高、壓縮性強(qiáng)，使得路基基礎(chǔ)產(chǎn)生永久性的塑性變形，以及很大的不均勻沉降，很容易造成路面施工及運(yùn)營過程中的局部塌陷問題；其次，軟土路基的流變和觸動(dòng)性大，使得路基結(jié)構(gòu)在車輛荷載，特別是重載車流作用下出現(xiàn)局部破壞和凹凸等問題；最后，軟土路基的承載性能差，在施工中很容易失去承載力，對(duì)施工人員的安全造成很大的威脅，特別是高路基結(jié)構(gòu)的施工。軟弱路基的上述問題，使得設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該考慮相應(yīng)的處置方案，處置方案的制訂需要根據(jù)軟土路基的分布特點(diǎn)、范圍及風(fēng)險(xiǎn)程度進(jìn)行選擇。

3.2、填方路基的設(shè)計(jì)

當(dāng)路堤邊坡高度H≤10.0m時(shí)，其邊坡坡率采用1∶1.5；當(dāng)路堤邊坡高度10m

3.3、挖方路基的設(shè)計(jì)

挖方路塹邊坡坡度根據(jù)地形、巖土性質(zhì)、構(gòu)造發(fā)育情況、水文地質(zhì)條件、邊坡高度等因素，結(jié)合工程地質(zhì)類比法綜合設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)原則如下：①坡率：弱風(fēng)化至微風(fēng)化層采用1∶0.5～1∶0.75，強(qiáng)風(fēng)化層1∶0.75～1∶1，全風(fēng)化巖石、土質(zhì)及碎石土層則采用1∶1～1∶1.5；②邊坡高度一般按10m分級(jí)，坡腳碎落臺(tái)及平臺(tái)碎落臺(tái)寬2.0m。直接用作路基填筑的填料，其液限應(yīng)≤50，塑性指數(shù)≤26。填方路基應(yīng)分層碾壓，每層虛方厚度≤30cm。橋涵臺(tái)背和擋土墻墻背應(yīng)選用透水性填料，如砂礫、石渣等。

3.4、軟土路基的設(shè)計(jì)

長江南路路線較長，跨越地質(zhì)條件差異較大，軟基處理是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)、難點(diǎn)。（1）沿線對(duì)于填土壓實(shí)度能滿足規(guī)范要求或地基承載力≥100kPa的土質(zhì)較好的填筑土路段，對(duì)表層清除50cm后即可進(jìn)行碾壓回填；若達(dá)不到要求，則進(jìn)行換填處理。（2）雜填土、素填土的路段，采用原土翻壓回填或借土回填，地下水位較高的路段底部加設(shè)50cm石渣或開山石墊層；地基為淤泥質(zhì)粘土、軟塑狀粉質(zhì)粘土的路段，采用借土碾壓回填，地下水位較高的路段底部加設(shè)50cm石渣或開山石墊層。（3）沿線借土換填材料可選用土質(zhì)較好的砂性土；當(dāng)使用石屑時(shí)，要求過0.075篩孔的質(zhì)量百分率不大于10%。（4）池塘、河流、溝渠等路段，按設(shè)計(jì)設(shè)置圍堰進(jìn)行排水后施工。圍堰采用內(nèi)裝粘土的編織袋填筑而成，圍堰頂面應(yīng)比施工期間可能出現(xiàn)的最高水位高70cm，堰頂寬為1m，堰外邊坡為1∶0.5；堰內(nèi)邊坡為1∶0.2；坡腳與基坑邊緣距離應(yīng)據(jù)池塘土質(zhì)和基坑深度而定，且不得小于1m。（5）回填的土層采用機(jī)械振動(dòng)碾壓法碾壓，壓實(shí)度須達(dá)到95%以上（重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)），當(dāng)為橋頭或涵底路段時(shí)，可結(jié)合重錘夯實(shí)法進(jìn)行處理。

（2）土路床預(yù)壓及補(bǔ)充碾壓：

路基處理完畢后，為完成施工期沉降、減小工后沉降，設(shè)計(jì)要求對(duì)于軟基處理段（陸地片石處理、溝塘片石處理、水泥攪拌樁）進(jìn)行堆載預(yù)壓：

①、基準(zhǔn)期及容許工后沉降

基準(zhǔn)期采用柔性路面，設(shè)計(jì)使用年限15年，即從開放交通之日起至路面設(shè)計(jì)使用年限末所發(fā)生的總沉降視為工后沉降。其容許值對(duì)于一般路段取30 cm，涵洞處取20cm，橋臺(tái)與路堤相鄰處取10cm。

②、加載速率

為了確保路堤填土的安全，防止地基失穩(wěn)，加載填土的施工速率應(yīng)由施工單位根據(jù)地質(zhì)條件和地基強(qiáng)度增長情況，以及觀測(cè)路堤坡變形，分析地基土的塑性變形產(chǎn)生失穩(wěn)的狀態(tài)等綜合考慮確定。設(shè)計(jì)采用的平均速率：水泥攪拌樁處理路段及填高小于4m的路段取15cm/d，同時(shí)考慮每月填土高度小于等于1m，施工中可根據(jù)路堤穩(wěn)定觀測(cè)的結(jié)果予以適當(dāng)調(diào)整。

③、預(yù)壓期

軟基路段預(yù)壓期采用180天。

④、預(yù)壓高度

軟基路段的預(yù)壓方式為等載預(yù)壓，預(yù)壓高度=路面設(shè)計(jì)高度+預(yù)壓期沉降量+20cm（路面結(jié)構(gòu)層荷載換算為壓實(shí)后的土柱高度時(shí)增加的土柱高度）。

預(yù)壓期沉降量當(dāng)填筑高度≤1.8m按10cm控制，填筑高度每增加0.5m，預(yù)壓期沉降量按10cm遞增控制。

若因工期要求，不能進(jìn)行堆載預(yù)壓，設(shè)計(jì)要求在軟基處理段（陸地片石處理、溝塘片石處理、水泥攪拌樁）的機(jī)動(dòng)車道范圍采用沖擊式壓實(shí)機(jī)進(jìn)行路床頂面補(bǔ)充碾壓。碾壓方法為橫向錯(cuò)輪碾壓（路基橫斷面兩側(cè)邊緣約0.5m部分不壓），碾壓遍數(shù)不小于5遍，并注意做好碾壓前后的沉降量記錄。沖擊式壓實(shí)機(jī)碾壓結(jié)束后，需用重型鋼輪壓路機(jī)將表面不平整的地方壓平，繼續(xù)觀察沉降，待沉降穩(wěn)定后，再進(jìn)行下步施工。施工時(shí)可先選取100m長的試驗(yàn)路段施工，試驗(yàn)段施工過程中，應(yīng)通知設(shè)計(jì)人員到場查看沖壓效果，以作必要的調(diào)整。

（3）施工觀測(cè)

施工觀測(cè)是控制路堤穩(wěn)定的有效方法，是驗(yàn)證設(shè)計(jì)的重要手段；同時(shí)觀測(cè)的沉降量也是計(jì)量支付的依據(jù)、推算路面鋪筑時(shí)間一的基礎(chǔ)資料。施工觀測(cè)項(xiàng)目包括沉降觀測(cè)和穩(wěn)定觀測(cè)兩項(xiàng)。建議觀測(cè)工作由富有經(jīng)驗(yàn)的單位負(fù)責(zé)，現(xiàn)場的測(cè)試設(shè)備和標(biāo)志注意加強(qiáng)保護(hù)，請(qǐng)施工單位配合。

1）、觀測(cè)點(diǎn)位的布設(shè)

觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)在路堤中心及兩側(cè)路肩，一般軟土路段沿縱向每隔100～200m布設(shè)一觀測(cè)斷面，預(yù)壓施工高度超過5m的路段，縱向每50m設(shè)一觀測(cè)斷面。橋頭路段應(yīng)設(shè)置2～3個(gè)觀測(cè)斷面。橋頭縱向坡腳、填挖交界的填方端、沿河塘等特殊路段均應(yīng)酌情增設(shè)觀測(cè)點(diǎn)。此外在跨度小于30m的樁基結(jié)構(gòu)物某一端設(shè)一觀測(cè)斷面。

2）、觀測(cè)頻率

①施工期：每填一層觀測(cè)一次，路堤填高超過極限高度之后，每天需觀測(cè)一次，因故停止施工，每三天觀測(cè)一次。

②預(yù)壓期間：第一個(gè)月每三天觀測(cè)一次，第二個(gè)月至第三個(gè)月每七天觀測(cè)一次，從第四個(gè)月起每半個(gè)月觀測(cè)一次，直到鋪筑路面前。

③水準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)置

水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)設(shè)在不受垂直向和水平向變形影響的堅(jiān)固的地基上或永久建筑物上，其位置應(yīng)盡量滿足觀測(cè)時(shí)不轉(zhuǎn)點(diǎn)的要求，每三個(gè)月用路線測(cè)設(shè)中設(shè)置的水準(zhǔn)點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)設(shè)置的臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)校核一次。

3）、側(cè)向位移（穩(wěn)定）觀測(cè)

①側(cè)向位移點(diǎn)其基樁的布設(shè)

側(cè)向位移點(diǎn)布設(shè)在路堤兩側(cè)的坡腳處，基樁必須布設(shè)在坡腳外路堤沉降影響范圍以外，一般情況下應(yīng)布設(shè)在離坡腳20m以外。觀測(cè)斷面僅在預(yù)壓施工高度超過5m的路段上設(shè)置，縱向間距為50m。

②觀測(cè)及其頻率

側(cè)向位移樁和基樁設(shè)置好以后，采用鋼尺量測(cè)位移樁與基樁之間的距離，量測(cè)鋼尺的拉力為5公斤（或由量測(cè)人自定），有條件時(shí)也可用紅外測(cè)距儀量測(cè)。觀測(cè)工作在路堤填高超過極限高度時(shí)開始，其頻率為每天觀測(cè)一次，直至路堤達(dá)到設(shè)計(jì)的施工標(biāo)高。

4）、不穩(wěn)定狀態(tài)的判斷標(biāo)準(zhǔn)

路堤在填筑過程中，若中心日沉降量達(dá)到1.0cm/d，或日測(cè)向位移量達(dá)到0.5cm/d時(shí)，標(biāo)志著不穩(wěn)定狀態(tài)的出現(xiàn)，應(yīng)立即停止加載。

5）、路面鋪筑時(shí)間的確定

路面鋪筑必須待沉降穩(wěn)定后進(jìn)行，采用雙標(biāo)準(zhǔn)控制；即要求推算的工后沉降量小于設(shè)計(jì)容許值，同時(shí)要求連續(xù)2～3個(gè)月觀測(cè)的沉降量橋頭每月平均不超過3mm、路基每月平均不超過5mm，并根據(jù)實(shí)測(cè)沉降值對(duì)計(jì)算沉降值進(jìn)行修正，以滿足一般路堤后沉降小于30cm、與橋梁等構(gòu)造物相鄰路段的差異沉降小，于10cm的控制指標(biāo)。如不滿足上述要求，則需延長預(yù)壓時(shí)間，待滿足要求后方可開始鋪筑路面結(jié)構(gòu)。

3.5、路基分層填筑壓實(shí)的工藝設(shè)計(jì)

道路路基工程建設(shè)中，填筑以及壓實(shí)這兩項(xiàng)施工作業(yè)程序是極為關(guān)鍵的，如果在這兩個(gè)環(huán)節(jié)中出現(xiàn)了質(zhì)量問題，或者遺留下安全隱患和不確定性的風(fēng)險(xiǎn)，那么就會(huì)給路基工程項(xiàng)目造成很大的安全漏洞，也會(huì)付出相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)代價(jià)。所以在路基建設(shè)中，要根據(jù)道路建設(shè)的強(qiáng)度和厚度指標(biāo)來確定分層作業(yè)的次數(shù)和頻率。在填筑作業(yè)中，要合理選用材料，確保其性能和質(zhì)量過硬；在壓實(shí)作業(yè)中，除了要確保壓實(shí)碾壓的次數(shù)符合規(guī)定之外，還要合理的選擇最適宜的碾壓設(shè)備和裝備，科學(xué)控制碾壓行進(jìn)的速度和節(jié)奏，在作業(yè)告一段落后按照要求及時(shí)采取養(yǎng)護(hù)措施。填筑壓實(shí)是路基施工的核心，涵蓋了填料的攤鋪和碾壓兩個(gè)工序，由于該工序的重要性，在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該明確詳細(xì)的工藝方案。攤鋪過程一般采用自卸車運(yùn)輸?shù)教罘铰范?，按照每層松散厚度進(jìn)行卸料，每卸料完成一層就進(jìn)入攤鋪和平整施工。攤鋪不均勻會(huì)對(duì)后續(xù)的施工工藝和時(shí)間產(chǎn)生直接影響。碾壓也是采用專用機(jī)械進(jìn)行，首先通過推土機(jī)進(jìn)行初始的平整，并通過推土機(jī)自重進(jìn)行初始碾壓，形成初步壓實(shí)，而后進(jìn)行靜力壓實(shí)和振動(dòng)壓實(shí)，壓實(shí)過程需要確保壓路機(jī)的行駛速度均勻。分層填筑壓實(shí)的設(shè)計(jì)，不僅要對(duì)工藝的基本流程進(jìn)行確定，還要考慮分層壓實(shí)中的設(shè)備，確定設(shè)備的最佳組合方式、碾壓速度以及次數(shù)，明確碾壓過程的工序和攤鋪適宜厚度，估算材料含水率等參數(shù)，使得施工能夠快速進(jìn)行，攤鋪壓實(shí)后的各層填土或者填石能夠滿足施工質(zhì)量要求，如圖1是不同含水率下的土質(zhì)在壓實(shí)作用下的干密度，該曲線可以確定最佳壓實(shí)方法，以指導(dǎo)實(shí)際的施工。

3.6、路基施工與邊坡防護(hù)方案

本路段涉及挖方和填方路基的施工。挖方路塹在開挖前需要進(jìn)行排水處理。首先，在路塹開挖前做好截水溝，土方工程施工期間修建臨時(shí)排水溝。其次，路塹施工時(shí)注意經(jīng)常維修排水溝道，保證流水暢通。最后，引走一切可能影響邊坡穩(wěn)定的地面水和地下水，在路塹的線路方向上保持一定的縱向坡度（單向或雙向）以利排水。路塹開挖采用通道縱挖法，通道可作為機(jī)械通行、運(yùn)輸土方車輛的道路，便于土方挖掘和外運(yùn)的流水作業(yè)。填方路堤則對(duì)填料具有嚴(yán)格要求，不得使用淤泥、沼澤土、有機(jī)土、含草皮土、生活垃圾、樹根和有腐朽特征的土。液限大于50、塑性指數(shù)大于26的土以及含水量超過規(guī)定的土，不得直接作為路堤填料。這些填料需要使用時(shí)，必須采取滿足設(shè)計(jì)要求的技術(shù)措施處理，經(jīng)檢查合格后方可使用。

本區(qū)域內(nèi)路基的邊坡高度較小，不存在危險(xiǎn)性很大的高邊坡問題，因此路基邊坡防護(hù)形式以植被防護(hù)為主，力求多樣化、綠色化，做到路景配合，使道路和環(huán)境協(xié)調(diào)，同時(shí)提高城市的綠色與景觀效果。一般邊坡防護(hù)采用噴播植草或三維網(wǎng)植草防護(hù)。在路基邊坡放坡受限制的路段設(shè)置漿砌片石擋墻或者鋼筋混凝土擋墻。魚塘、湖泊、低洼積水路段設(shè)置漿砌片石護(hù)坡，防護(hù)高度為設(shè)計(jì)水位以上0.5m。漿砌片石的鋪筑應(yīng)在排水、清淤、換填、路基沉實(shí)后再進(jìn)行。生態(tài)防護(hù)通過植被涵水原理進(jìn)行固定土壤從而穩(wěn)定邊坡，其護(hù)坡的基本原理是利用植物深根進(jìn)行巖土錨固，利用淺根進(jìn)行加筋作用，降低坡體的孔隙水壓力，同時(shí)具有控制土粒流失、降雨截流、削弱雨水濺蝕的目的。從環(huán)境效應(yīng)來看可以恢復(fù)因?yàn)榈缆方ㄔO(shè)而引起的生態(tài)環(huán)境破壞，可以降低道路上車輛噪聲、光等污染，確保行車的安全性，同時(shí)可以促進(jìn)有機(jī)污染物的降解并凈化空氣。常見的城市道路生態(tài)防護(hù)技術(shù)包括人工種草護(hù)坡、平鋪草皮護(hù)坡、直接噴草護(hù)坡、蜂窩網(wǎng)格植草護(hù)坡等手段。

根據(jù)本路段的建設(shè)環(huán)境，邊坡防護(hù)采用植草措施，選用常規(guī)草皮進(jìn)行邊坡防護(hù)，并在路基最終施工完成后在邊坡表面設(shè)置排水溝，在邊坡底部設(shè)置截水溝，保證邊坡的長期使用性能。

3.7、排水設(shè)計(jì)

路基排水設(shè)計(jì)主要是根據(jù)道路的等級(jí)、道路所在區(qū)位、道路橫斷面布置形式及路基類型來確定所采用的排水設(shè)施，并根據(jù)規(guī)范確定地表水雨水徑流量及設(shè)置的幾何尺寸。工程位于城市外丘陵區(qū)，存在較高的挖方區(qū)與填方區(qū)，橫斷面布置方式為四幅路形式，排水系統(tǒng)以管道排水系統(tǒng)為主，主要設(shè)施為雨水口、管道與連接管等，暴雨強(qiáng)度設(shè)計(jì)重現(xiàn)期采用二年，填方區(qū)結(jié)合路基防護(hù)設(shè)置排水邊溝，挖方段則根據(jù)自然地面排水方向及挖方邊坡的工程地質(zhì)情況設(shè)置截水溝、急流槽等設(shè)施。

4、結(jié)語

通過對(duì)長江南路路基設(shè)計(jì)的總結(jié)分析，找出了丘陵區(qū)城市道路路基設(shè)計(jì)的要點(diǎn)與重點(diǎn)，得出了丘陵區(qū)城市道路路基設(shè)計(jì)的一般方法；通過實(shí)例展示了淺層加固及深層加固處理在路基設(shè)計(jì)當(dāng)中的運(yùn)用方法，可為類似工程項(xiàng)目提供參考。從長江南路后期建成效果來看，當(dāng)年路基處理方法經(jīng)濟(jì)、有效。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：合肥工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限公司）