公路路基設(shè)計中的常見問題及處理方法

高海燕

山東華遠公路勘察設(shè)計有限公司，山東 濰坊 261061

近年來，隨著交通網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，公路項目的建設(shè)數(shù)量日益增多，規(guī)模日益擴大。路基工程是影響公路建設(shè)水平的最關(guān)鍵因素，必須充分重視路基的設(shè)計質(zhì)量。如果路基設(shè)計方案不合理，可能導(dǎo)致公路在運營期間產(chǎn)生各種病害，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失、人員傷亡及不良的社會影響[1]。因此，研究公路路基設(shè)計中的常見問題及處理方法具有十分重要的工程意義。

1 公路路基設(shè)計常見問題

1.1 路基邊坡形式及防護方案不合理

路基邊坡穩(wěn)定易受到地形地貌、施工技術(shù)等因素干擾，尤其是山區(qū)公路，往往地會遇到較大規(guī)模的高填深挖，改變原有的應(yīng)力場和地質(zhì)條件。如果對邊坡設(shè)計不合理，會使得邊坡安全系數(shù)較低，從而引發(fā)邊坡大變形、滑坡、坍塌等災(zāi)害[2]。

1.2 路基排水不暢

水對公路路基的損毀十分嚴(yán)重，路基大多數(shù)病害都直接或間接和水相關(guān)。這是因為水分滲進路基后，路基在外界環(huán)境變化和反復(fù)車輛荷載的作用下抗變形能力和整體穩(wěn)定性降低，從而影響路面的使用性能。路基中的水分主要源于四個方面：

（1）中央分隔帶下滲水。如果中央分隔帶未鋪防水層或設(shè)置內(nèi)部排水設(shè)施，雨水容易下滲進路面結(jié)構(gòu)層和路基內(nèi)部。

（2）路面下滲水。降雨結(jié)束后，一部分雨水會通過路面裂縫滲入路基內(nèi)部。

（3）側(cè)向滲入水。當(dāng)?shù)乇泶嬖诖罅糠e水且路堤高度較低，或路基坡面未做防護時，水容易從邊坡坡面滲入路基內(nèi)部。

（4）毛細水上升。如果路基填料為粉質(zhì)土，且處于地下水位較高的區(qū)域，那么地下水會沿著土顆粒間的孔隙上升至路基，上升高度與土體孔隙大小、初始含水率、壓實度等參數(shù)密切相關(guān)。

1.3 軟弱土層處治不當(dāng)

相對于碎石、砂礫土等優(yōu)質(zhì)路基填料，軟土具有承載力低、含水率高、流變性明顯的特點，屬于不良地質(zhì)的范疇，不宜在軟土地基上直接填筑路基或?qū)④浲磷鳛槁坊盍?。在軟土地基上填筑路基之前，?yīng)先對軟土進行處理。

1.4 路基沉降過大

公路路基沉降處治不當(dāng)，可能導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)破壞、路面開裂等病害，會對路面使用性能、通行能力等產(chǎn)生直接的影響。路基沉降=路堤本身沉降+地基沉降，其中地基沉降基本占路基總變形的75%以上。隨著路基填土高度的增加，填土自重荷載越大，在地基土中產(chǎn)生的附加應(yīng)力越大，會使得路堤本身沉降和地基沉降量不斷增加。尤其是高填方路基，沉降過大的現(xiàn)象十分普遍[3]。

2 公路路基設(shè)計問題的處理方法

2.1 對邊坡形式及防護方案不合理的處理辦法

（1）邊坡形式確定。公路路基邊坡形式主要有直線形、折線形、臺階形三種，如圖1所示，h為邊坡高度，b為邊坡寬度。其中，直線形邊坡設(shè)計施工簡單，從坡頂至坡腳坡度相同，適用于路基邊坡高度較小（不超過10m）的路段；折線形邊坡從坡頂至坡腳坡度不同，一般上陡下緩，變坡點通常布置在巖土性質(zhì)差異較大處，同時，為了控制邊坡施工質(zhì)量，折線變坡點往往以2～3次最佳[4]；臺階形邊坡是每8～10m布設(shè)一個平臺以減小降雨對坡面的沖刷，提高邊坡穩(wěn)定性，平臺寬度不小于2m，并設(shè)置2%～4%橫坡。

圖1 路基邊坡形式

（2）邊坡坡度確定。土質(zhì)路基邊坡在確定坡度時應(yīng)主要考慮邊坡高度、地下水位、用地范圍等因素，巖石路基邊坡應(yīng)綜合考慮巖性完整性、堅硬度、地質(zhì)構(gòu)造、水位高低等因素確定坡度，尤其對于風(fēng)化嚴(yán)重的巖石邊坡，邊坡坡度可適當(dāng)放緩，設(shè)計人員可參考《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30—2015）中對邊坡坡度的建議值。

當(dāng)路塹邊坡高度大于20m或填土路堤邊坡高度大于20m或填石路堤高度邊坡大于30m時，應(yīng)計算路基邊坡安全系數(shù)，并根據(jù)計算結(jié)果確定合適的邊坡形式、邊坡坡度等。

（3）邊坡防護方案確定。公路工程中常用的邊坡防護措施主要有剛性防護、柔性防護和復(fù)合型防護三種類型，具體邊坡防護形式如表1所示。

表1 邊坡常見防護措施

2.2 路基排水處理方法

路基排水設(shè)計一定要建立完整的排水系統(tǒng)，邊溝、排水溝、截水溝等常用排水設(shè)施要根據(jù)項目特征和排水需求來擬訂方案。此外，還可從以下方面加強路基排水效果[5]：（1）中央分隔帶設(shè)置地下排水設(shè)施來收集滲進中央分隔帶內(nèi)部的水分，且每隔100～200m設(shè)置集水井與橫向排水管將水排出。如果條件允許，還可在中央分隔帶植草綠化。（2）路基邊緣處設(shè)置縱向碎石排水盲溝，坡度與路線縱坡保持一致?？v向盲溝可用于匯集滲進老路路面結(jié)構(gòu)的各種水分。（3）設(shè)置路基排水層，該結(jié)構(gòu)與路面墊層類似，排水材料可選擇碎石、砂礫等，其功能是阻隔地下水或路基兩側(cè)水流以毛細水的形式上升至路基內(nèi)部，降低水分對路基強度及整體穩(wěn)定性的影響。路基排水層往往設(shè)置在路基內(nèi)部（距離天然地表10～20cm），還應(yīng)保持至少4%的橫坡，以便路基內(nèi)部水分排出。

2.3 軟弱地基處理方法

（1）換填法。換填法在軟土地基處理中的應(yīng)用范圍最廣，是將地基中的軟土挖除，再分層回填壓實強度高、顆粒級配良好、透水性好的砂石料作為路基持力層。換填法施工方法簡單，造價低，適用于軟土深度不超過3m的地基處理。

（2）強夯法。強夯法是通過起重裝置將一定重量的夯錘抬高至設(shè)計高度，然后使夯錘脫鉤自由降落，利用夯錘的沖擊能來夯實軟土地基，以提高其強度與承載力。強夯法的加固機理是基于動力固結(jié)理論，即夯錘在土層中產(chǎn)生較強的應(yīng)力波，使得土體原來的骨架結(jié)構(gòu)被破壞，加速土體的固結(jié)，減小土顆粒間距和孔隙體積，形成新的土骨架結(jié)構(gòu)。

（3）水泥攪拌樁加固法。水泥在軟土地基中攪拌形成復(fù)合地基，將原地基分成加固區(qū)和非加固區(qū)，其加固機理主要體現(xiàn)在增強體的設(shè)置對加固區(qū)土體有擠密作用、加筋作用等。同時，水泥攪拌樁間的粗粒土透水性好，會在地基中形成良好的排水通道，這些排水通道會大幅減小軟基中的排水距離，加速軟土固結(jié)，以提高軟土地基承載力。

2.4 路基沉降處理方法

首先，要加強野外勘察，充分收集公路沿線地質(zhì)資料，盡可能避免高填方路堤。如果高填方路基處在填挖交界或縱坡較大路段，可開挖臺階來提高路基的整體穩(wěn)定性，減小路基沉降。其次，進行路基設(shè)計時要選擇合理的處治措施，比如鋪土工格柵、采用輕質(zhì)填料等。

（1）鋪土工格柵。填方路基各層之間鋪土工格柵，可以形成加筋土，提高土體的抗剪強度、抗壓強度和壓縮模量，降低填料的可壓縮性，從而減小路基沉降變形。

（2）采用輕質(zhì)填料。輕質(zhì)材料一般重度較小，因而路基填筑采用輕質(zhì)材料能有效地降低作用在地基上的荷載，從而減小土體中的附加應(yīng)力和沉降變形。在填筑輕質(zhì)材料路段和一般路基之間要開挖臺階設(shè)置過渡段，臺階高度在0.5～1.0m，坡比宜為1：1～1：2，以確保路基的整體穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

文章分析了公路路基設(shè)計中的常見問題，并提出了相應(yīng)的處治措施，主要得到以下結(jié)論：（1）為了提高路基邊坡的穩(wěn)定性，設(shè)計時應(yīng)當(dāng)選擇合理的邊坡形式、邊坡幾何參數(shù)及坡面防護方案。（2）路基排水設(shè)計應(yīng)當(dāng)根據(jù)項目特征和排水需求建立完整的排水系統(tǒng)。（3）路基遇到軟弱地基時，可采用換填法、強夯法、水泥攪拌樁加固法等處理，后再填筑。（4）進行路基設(shè)計時可通過鋪土工格柵、采用輕質(zhì)填料等措施來減小路基沉降。