改擴建道路路線及路面路基的設(shè)計探討

張昌興

（福建省永信交通設(shè)計院有限公司，福建 三明 366000）

0 引言

公路在我國社會經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，但一部分公路由于修建年代久遠，路面損壞嚴重，已經(jīng)難以滿足當(dāng)下的使用需求，所以亟需對道路進行改擴建。在對舊有道路進行改擴建時，為保證施工質(zhì)量與效率，降低施工成本，滿足人們的實際需求，要結(jié)合實際工程項目做好改擴建道路路線及路面路基的設(shè)計。對舊道路進行加寬與擴容等改擴建施工，增加道路內(nèi)的車道，不僅能讓車輛行駛更加安全，還能提高效率，減少擁堵。本文結(jié)合G356線永安曹遠樟至泥坪公路的改造對改擴建道路路線及路面路基的設(shè)計進行分析探討。

1 工程概況

G356線永安曹遠樟至泥坪公路工程全長11.195km，是福建省西部山區(qū)通往沿海的重要通道。本段舊路為三級道路，設(shè)計時速30km/h，路基寬7.5m，路面寬7.5m。路面為全幅式混凝土。由于舊路存在急彎陡坡線路，且路面破損嚴重，已經(jīng)難以適應(yīng)當(dāng)下的實際需求，所以亟需對該路段進行改擴建，拓寬道路寬度，提升道路的穩(wěn)固性。

2 改擴建道路的路線設(shè)計

2.1 平面線形的設(shè)計

平面線形設(shè)計要求能結(jié)合原有道路線形，確保在改擴建之后道路的安全性與穩(wěn)定性。直線段、緩和曲線等是平面線形設(shè)計的主要內(nèi)容，在設(shè)計期間為盡量減少對交通的影響，要按照車輛行駛軌跡進行設(shè)計[1]。直線段設(shè)計時，為保證安全性，避免過于單調(diào)引起駕駛員疲勞，對于直線段長度必須合理設(shè)計，避免長度不合理而引起交通事故。在道路行車安全中，平曲線半徑會讓車輛在駕駛期間于平曲線上做離心運動，車輛在行駛過程中當(dāng)發(fā)生摩擦力不足的情況，容易出現(xiàn)車輛的側(cè)傾情況，駕駛員的心理會受到影響，從而影響其安全駕駛。所以限制行車速度與減小平面曲線的半徑是研究的重點所在。在平面線形設(shè)計中要做好各項參數(shù)設(shè)計與確定，具體見表1。

表1 平面線形設(shè)計指標(biāo)參數(shù)

2.2 縱面線形設(shè)計

縱面線形設(shè)計要與原有道路相結(jié)合，利用好原有道路的線形，并不斷優(yōu)化設(shè)計，確保車輛行車安全[2]。在豎向平面內(nèi)道路線形發(fā)生變化，主要有坡長、坡度與豎曲線半徑。如果坡度設(shè)計過大，加上車輛剎車不靈敏，就會增加安全事故的發(fā)生率。所以為減小坡度對行車安全的影響，應(yīng)合理控制道路坡度設(shè)計。為避免發(fā)生安全事故，在設(shè)計豎曲線半徑時，需限定最小值。在該項目中出于安全以及原有道路的實際情況，采取不同程度的繞行，并結(jié)合平面線形與縱面線形綜合考慮。在直線基礎(chǔ)上，利用部分圓曲線與緩和曲線設(shè)計，以此避免公路投運后駕駛員出現(xiàn)疲勞駕駛問題。在該項目中采用的最大縱面為7%，平均縱坡設(shè)計采用值為≤5%，任意連續(xù)3km平均縱坡為≤5%。豎曲線最小半徑與豎曲線長度的各項參數(shù)見表2。

表2 豎曲線最小半徑與豎曲線長度的各項參數(shù)

2.3 線路布置原則

（1）在線路布置時要對線路所在區(qū)域的地質(zhì)、水文等情況進行了解，對線路進行科學(xué)布置；

（2）利用好地形，選擇合適的技術(shù)指標(biāo)，控制好成本費用；

（3）加強對環(huán)境的保護，減少對生態(tài)環(huán)境的破壞與污染，布線設(shè)計要與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，減少高填深挖路基工程；

（4）空間線形需保持連續(xù)，協(xié)調(diào)好平、縱與橫線形，為行車提供更加安全與舒適的路線。

2.4 安全設(shè)計

為減少安全事故的發(fā)生率，確保能為全線交通提供更加安全的環(huán)境，要求在線路設(shè)計過程中重視安全設(shè)計，安全設(shè)計主要有道路交通標(biāo)志、標(biāo)線等。在線路中交通標(biāo)志能為司機提供指引，一般會設(shè)置在道路兩邊與上方。標(biāo)志牌主要有警告、禁令等幾種類型，需分別設(shè)置在不同位置。合理設(shè)置交通標(biāo)線能對交通流進行引導(dǎo)。在橋梁兩側(cè)、急坡等位置設(shè)置防撞護欄，為行車提供安全防護。

3 改擴建道路的路面路基設(shè)計

3.1 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況，堅持安全性、經(jīng)濟性等基本理念，以雙輪組單軸載100kN（BZZ-100）為標(biāo)準(zhǔn)軸載，使用水泥混凝土路面。路面結(jié)構(gòu)設(shè)計必須重視3個要點：

（1）結(jié)構(gòu)層選擇。在結(jié)構(gòu)層選擇前，要了解項目所在區(qū)域內(nèi)的筑路材料，可以選擇碎石、砂礫石等作為路面基層及墊層材料。通過調(diào)查分析及施工經(jīng)驗等，最終確定路面基層、底基層的材料分別為5%水泥穩(wěn)定碎石與級配碎石，能保證水泥混凝土路面具有較強的穩(wěn)定性。

（2）路面結(jié)構(gòu)的確定。水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計基準(zhǔn)期為20年。車道的標(biāo)準(zhǔn)軸載在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)為2738.785×104次，道路屬于重型交通。面層為26cm厚的水泥混凝土；基層為20cm厚的5%水泥穩(wěn)定碎石；底基層為0~18cm的級配碎石。同時要求土基回彈量控制在60MPa以內(nèi)。

（3）路面排水。采用分散漫流排水方式作為排水，沿路線縱坡和路拱橫坡路面水會流到路基邊坡進入到路基邊溝，并將其排在路基以外。

3.2 路基設(shè)計

3.2.1 不良地質(zhì)的處理

在路基正式施工前要對不良地質(zhì)進行了解與處理，在該項目中所在區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，地質(zhì)構(gòu)造簡單，并沒有出現(xiàn)斷裂破壞等問題，且不存在泥石流、地裂等各類不良地質(zhì)。地形相對比較簡單，在項目附近沒有發(fā)現(xiàn)可以誘發(fā)不良地質(zhì)的因素。所以在施工前無需對不良地質(zhì)進行處理。

3.2.2 路面橫斷面布設(shè)及超高、加寬方式

為滿足現(xiàn)有的交通運輸需求，公路的橫向加寬在改擴建道路中比較常見。在公路加寬時有單側(cè)分離加寬、單側(cè)拼接加寬。該項目公路屬于二級公路，設(shè)計速度為40km/h，路基寬度為12m。其中車道寬度為3.5m，路肩寬度規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)與采用標(biāo)準(zhǔn)分別為0.75m與2.5m，路基總寬度規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)與采用標(biāo)準(zhǔn)分別為10m與12m，路拱橫坡度規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)與采用標(biāo)準(zhǔn)分別為≥1.5m與2m。超高設(shè)置在平曲線半徑<600m的位置，繞行車道中心線采取超高旋轉(zhuǎn)方式。

3.2.3 路基設(shè)計要點

深挖地段的判定標(biāo)準(zhǔn)是路塹邊坡高度＞20m，土質(zhì)與石質(zhì)邊坡坡率分別為1∶0.75~1∶1.2與1∶0.5~1∶1。將1m寬碎落臺設(shè)置在路基邊溝外，將截水溝設(shè)置在邊坡頂水平距>5m處。填方邊坡高度超過8m的路堤地段，按8m高度在上部邊坡分階，按12m高度在下部分階。設(shè)2m的平臺于邊坡處，在一部分填方邊坡坡腳處可以設(shè)置路堤墻等。

將過渡段設(shè)置在填方和挖方結(jié)合部的縱向，在挖方內(nèi)設(shè)置過渡段，過渡段長度、深度需分別控制在10m以內(nèi)、0.8~1.5m開挖結(jié)合部的挖方段形成路槽。填方和挖方結(jié)合部的橫向為加強結(jié)合部的整體性，要求開挖寬≥2m的臺階在填方的邊坡上，臺階面屬于向內(nèi)橫坡，坡度為2%~4%。將橫向盲溝設(shè)置在挖填方高度的交界處，設(shè)置一層透水性材料在路基的回坡腳位置。路槽需在挖方路基設(shè)計標(biāo)高下開挖，開挖深度為0.3~0.8m。在處理淺層淤泥路段期間，可以采取“清淤+換填碎石土”的工藝。

3.2.4 路基填料

（1）填料選擇。路基填料主要由級配較好的礫類土、砂類土等組成，控制好最大料徑，不宜超過150mm。路基的土石方工程量較大，一部分作為填料，剩余的全部運輸?shù)綏壨翀?；填料在路床中的粒徑不宜超過100mm，礫類土、砂類土等作為填方路基的填料，粒徑不宜超過150mm；填料的液限需<50%，塑性指數(shù)需<26；不得在浸水路堤段使用粉質(zhì)土填料。

（2）路基填料最小強度（CBR）。CBR是表征路基土、粒料的指標(biāo)。在該項目中采用水泥混凝土路面，要求路基填料最小強度符合要求。在填方路基中上路床在路面地面以下深度為0~30cm處，CBR為6%；下路床路面地面以下深度為30~80cm、80~150cm、150cm以下的，CBR分別為4%、3%、2%。對于零填及挖方路基，在路面地面以下深度為0~30cm與30~80cm的CBR分別為6%、4%。

（3）路基壓實要求。分層鋪筑路基，保持壓實均勻，且采用重型標(biāo)準(zhǔn)壓實。對于壓實度的控制需符合具體要求。填方路堤路槽底面以下深度為0~80cm、80~150cm、＞150cm的壓實度需分別控制為≥95%、≥94%、≥92%。

3.2.5 補強設(shè)計

在原有路基改擴建之后，要考慮路基橫斷面之間的寬度差。對拼寬部分路基壓實度要求較高，所以必須采取更加可靠的方式。通過合理的補強措施，提升路基的穩(wěn)固性。使用切割設(shè)備將舊路切割整齊。在鋪筑前需更換破碎板，對裂縫進行修補和填封，將錯臺磨平，板底脫空可采取壓漿填封措施，將舊混凝土面層表面的松散碎屑等清理干凈，將接縫中失效的填縫料等剔除，重新封縫。在舊混凝土路面表面灑布粘層油。設(shè)搭板過渡于水泥混凝土路面與瀝青混凝土路面的縱橫向接頭處。對半剛性基層路面反射裂縫進行防治期間，可以將一層3m寬的玻纖網(wǎng)鋪設(shè)在新舊路基的結(jié)合部的中面層頂面，采用專用錨具固定玻纖網(wǎng)，之后灑布粘層油。玻纖網(wǎng)要求具有較強的強度，其各項指標(biāo)參數(shù)控制為：網(wǎng)孔尺寸15mm×15mm、抗拉強度＞50kN/m、最大負荷延伸率＜3%、搭接寬度20cm。

3.2.6 路基支擋、加固及防護

（1）路基支擋鋼護設(shè)計。為對路基的穩(wěn)定與坡腳的河溝等進行保護，在收縮邊坡時對擋土墻、護肩等圬工構(gòu)造物也進行了設(shè)置，設(shè)置的基本形式結(jié)構(gòu)為石混凝土結(jié)構(gòu)。

（2）路基坡面防護設(shè)計。在該項目中，為確保路基邊坡的穩(wěn)定與安全，按照要求采取不同的防護措施。拱形骨架護坡是填方路基采用的護坡形式，將草皮種植在護坡表面，起到有效減少雨水沖刷與美化環(huán)境的作用。在開挖邊坡表面采用“護面墻+窗孔式護坡”形式。采用護面墻+路塹擋墻的組合進行開挖受限地段的防護。對于一般填方路段，邊坡坡度為1∶1.5的可以采用種草護坡。

3.2.7 路基排水

路基排水需設(shè)置排水溝，呈倒梯形，設(shè)計尺寸為60cm×60cm，如果路段受限可以采用矩形溝，設(shè)計尺寸為60cm×60cm，采用C20片石混凝土作為溝深。道路兩邊現(xiàn)有相連的排水系統(tǒng)可以使用涵洞進行連接，要求邊溝縱坡控制在0.5%以內(nèi)。

3.2.8 取土、棄土設(shè)計

在該項目中，土石方數(shù)量總體挖方大于填方，為避免影響環(huán)境、占用良田，在指定地點集中棄土。在沿線附近的指定地點作為廢棄土方的處理點，當(dāng)棄方場的環(huán)保指標(biāo)不達標(biāo)時，不要靠近庫線，且減少棄土運距。在K2+700左側(cè)500m空地處、K7+800右側(cè)山垇處分別設(shè)置1#棄土場與2#棄土場。路線用地除路線本身占用土地外，對施工場所采用租地的辦法并盡量少占耕地，對不得已而占用的耕地在施工完成后應(yīng)整地還耕。

4 結(jié)束語

改擴建道路路線及路面路基的設(shè)計關(guān)系著公路技改后的安全與穩(wěn)定，所以要求做好改擴建各個環(huán)節(jié)的設(shè)計。通過科學(xué)合理的設(shè)計，能為路線及路面路基施工提供支持，確保道路在改擴建之后能滿足實際需求，且能有效避免交通事故，充分發(fā)揮道路在我國社會經(jīng)濟發(fā)展以及各地交流與溝通中的作用。隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，舊有道路越來越無法滿足交通實際需求，未來道路改擴建工程會不斷增加，該項目是未來其他改擴建道路工程的成功范例，其經(jīng)驗值得總結(jié)和借鑒。