高速公路路基设计中相关技术问题分析

刘宏伟，李胜华

(重庆市设计院，重庆 400015)

1 工程概况

崇州市沿山抗灾快速通道工程位于四川盆地西北崇州市，起于崇州市三郎镇四公桩，与川西旅游环线相交，终点为白头镇，接成温邛高速公路白头镇立交连接线。该公路设计速度为60 km/h，路基宽度为14.5 m，路线全长34.974 km，行车道、硬路肩横坡采用2%，土路肩横坡采用4%。沿线地形、地貌、地质、水文、气象等自然条件复杂，对于路基设计有极大的难度。

2 路基总体设计原则

路基设计根据项目区的实际情况，充分收集沿线地形、地貌、地质、水文、气象、地震等基础资料，并在深入分析研究的基础上，采取因地制宜、就地取材的原则，在充分考虑采用机械化施工方法、应用新技术、新材料、新工艺，并结合地形地质条件、路基填挖高度、环境景观等选择适当的路基横断面形式及边坡坡率，进行路基排水、防护、弃土、取土等的综合设计，加强环境保护及水土保持工作。

2.1 填方路基设计

2.1.1 填方高度控制

根据钻探资料，沿线地下水埋深一般在0.5～3.0 m，为确保土基处于干燥或中湿状态，借鉴成都地区经验，结合沿线沟渠排灌，路基最小填土高度一般不小于1.5 m。

2.1.2 填方断面形式

填方高度小于11 m 时，采用一坡到底，边坡率为1∶1.5;当路基填方高度大于11 m 时，第一级填高为8 m，边坡率为1∶1.5，第二级填高为10 m，边坡率为1∶1.75，第一、二级之间设边坡平台一道，以下填高每隔10 m 设一道边坡平台，边坡坡率均为1∶1.75。填方边坡平台宽度为1.5m，外倾坡率3%。

2.1.3 地表处理

地表横坡缓于1∶5 时，应清除草皮、耕植土及松软土等;在地面自然横坡陡于1∶5 的斜坡上修筑路堤时，路堤基底应在原地表基岩上挖台阶，台阶宽度不小于2 m，并形成2%～4%向内倾斜的坡度。当地下水影响路堤的稳定性时，应拦截、引排地下水或在路堤底部填筑透水性好的材料。地基表面应碾压密实，碾压后的压实度应不小于90%。经过水(鱼)塘路段，采用排水、清淤、抛填片石等方式处理。

2.2 挖方路基设计

挖方路基设计主要考虑边坡稳定、土石方平衡、与周围自然景观相协调等因素进行综合设计。尽可能的减少高填、深挖路段，最大限度的增加边坡绿化以保护自然环境，且应进行植物防护，恢复生态，与周围环境相协调。

挖方边坡的稳定受地貌、气候、水文、工程地质等自然因素及施工方法、排水系统、防护工程等人为因素的影响。稳定性设计主要从边坡坡率、边坡形式、防护工程入手，参照规范有关规定和对现场有关边坡勘察揭示的岩土类别、岩性、风化程度等，采用工程地质类比法和力学验算法进行设计。

2.2.1 土质路堑边坡

当土质为残坡积层时，路堑边坡坡率可采用1∶1;如果挖方边坡上有水田时，坡率采用1∶1.25;如果因地形限制需采用陡坡时，需增加防护工程。

2.2.2 岩质路堑边坡

岩质边坡主要受节理控制，开挖后容易产生掉块、垮塌。

泥岩边坡坡率考虑自身稳定和与环境相协调，一般取0.75～1.1，个别因地形限制可考虑采用1∶0.5，根据边坡自身情况考虑是否设防护。

3 特殊路基设计

3.1 高填深挖路基设计

公路设计中路基稳定性安全至关重要，特别是高填深挖地段，该路段地形地质条件复杂，是塌方沉降事故的高发地段。对于高填方区域，为了保证路堤稳固，通常将路肩加宽1.0 m，在路肩下10～20 m 高度设置边坡平台，并在边坡内侧每隔一定间距铺设一层土工网，且同时做好边坡种草籽防护。在护坡脚也应设置浆砌片石脚墙。对于深挖区域，主要采用逐级放坡形式，且严格控制放坡坡率，总体上按高程控制，下部为路堑挡土墙，上部为植被护坡防护。

3.2 不良地质路段路基设计

不良地质路段只要根据地质勘查结果进行确定，公路设计中常见的不良地质主要为软弱土。

软弱土主要分布在平原区及丘陵区沟谷水田段，表层一般分布种植土厚0.2～0.5 m，结构疏松，有机质含量高，土体变形大，难以压实;种植土下分布黄褐色粘土，结构稍密，厚度1～4 m，粘土下为卵石土。由于长期浸水，软塑状粘土承载力低，一般70～100 kPa。路基填筑后，软塑状填土容易产生较大变形影响路基稳定，所以需进行处理。对于线路经过水塘淤泥段，一般采用抛石挤淤处理;水田段软弱土厚度小于4 m 的采用换填处理，厚度超过4 m 采用碎石桩处理。

3.3 斜坡路基及填挖交界

3.3.1 斜坡路基

对地面横坡陡于1∶5 的，沿路基垂直方向开挖台阶，台阶宽不小于2.0 m，台阶做成向内倾斜4%的坡度。横坡陡于1∶3.5 缓于1∶2.5 除挖台阶外，还在斜坡段加土工格栅，一般从底部加起，每一米一层，至原始边坡坡度小于1∶3.5为止。对于斜坡陡于1∶2.5 的段落，根据对项目沿线的岩土参数，进行滑移稳定性验算，稳定性偏低的，在坡脚或路肩处设置挡墙，以确保路基的稳定。设置挡墙路段只沿路基方向开挖台阶，不再设置土工格栅。

3.3.2 横向半填半挖

在地面自然横坡陡于1∶5 的半填半挖段，路堤基底应挖台阶，台阶宽不小于2m，并设2%～4%内倾横坡，填方侧用砂卵石填筑。设两层土工格栅，第一层位于上路床底部，第二层位于下路床底部。

3.3.3 纵向填挖交界

纵向填挖交界处应设置过渡段，过渡段采用级配较好的砾(角砾)类土、砂类土、卵石填筑，过渡段长度10 m。对地面自然横坡陡于1∶5 的斜坡须开挖成向内倾斜2%～4%的反向台阶，台阶宽度不得小于2.0 m，设两层土工格栅，第一层位于上路床底部，第二层位于下路床底部。

填挖交界处需采用重型震动压路机碾压处理，以确保达到路基所要求的压实度，压实遍数根据填料及震动碾型号通过实验确定。

3.4 桥头路基及台背回填

为了减少路基在构造物两侧产生不均匀沉降，提高车辆行驶的舒适性，需对桥涵构造物台背进行换填处理，通常采用填筑后沉降变形较小的砂卵石土填筑，砂卵石中卵石含量不下于70%，压实度不小于95%。

3.5 低填浅挖及土质路堑

凡填方高度小于1.5 m 的路段视为零填路基，对零填路基及土质路堑，路床范围(即路面底面以下0～80 cm)填料或土体必须认真处理，当土层最小强度CBR 满足规范要求且含水量适度时，可采取翻挖后压实处理。当土层含水量较大时，可通过开沟排水，翻挖晾晒或换填砂卵石土后压实处理。当土层最小强度CBR 不能满足要求时，应进行换填，处理后上、下路床压实度均不得小于95%。

4 路基填料及路基压实

4.1 填料来源

路基填料通常采用因地制宜、就地取材的原则，可利用路基挖方土石方量以及隧道挖方量，还有附近河流中的砂卵石进行填筑。

4.2 路基填料要求

路堤采用土质或土石混合填料，按土质路堤或土石路堤的填筑要求执行。路堤分层填筑、采用机械分层压实。一般情况下土质路堤最大松铺厚度不超过30 cm;土石路堤最大松铺厚度不超过40 cm。当石料含量超过70%时，应先铺筑大块石料，且大面朝下，再铺筑小块石料、石渣找平，然后碾压;填料粒径应满足相关规范要求。

5 路基防护工程设计

路基防护以经济实用、与周围环境协调且施工方便为原则，采取工程防护和植物防护相结合的防护措施。路基边坡的坡率应当与当地地形相协调，因地制宜、顺势而为，灵活自然、不宜采用单一的坡度，与自然融为一体，以减少人工痕迹。

在具体设计中，通常按照路基的高度确定采用哪种防护方式。对于高度不大于3 m 的填方边坡、高度不大于3 m 的土质或强风化挖方边坡采取直接喷播灌、草、花的方式;对于坡比不陡于1∶1;高度大于3 m 且不大于8 m 的填方或泥岩边坡，采用挂三维网喷播灌草并穴植灌木、乔木的方式进行生态防护;填方边坡高于8 m、挖方坡比不大于1∶0.75，但存在局部垮塌的土质和泥岩边坡可采用拱形骨架植被防护。

6 路基排水工程设计

在路基综合排水系统的设计方面，以及保证路基稳定和减少水土流失以及尽量减少对沿线环境影响等角度出发，在路基两侧应设置路侧排水沟以及线外涵洞、急流槽等连通排水沟，尽量避免污水直接排入农田、生活水源而造成对当地水利资源的污染和危害。通过设置各种通道、桥涵等构造物，确保沿线的排水、灌溉体系的正常运作。设计的总体原则如下:

(1)公路修筑后，尽量做到不干扰、不改变农田原有的排灌系统，以确保农业的正常生产。

(2)山坡下坡面方向，若对水质无特别要求的山坡林带草丛，不设置排水沟。

(3)为确保斜坡路段截水沟的施工可行性，截水沟均顺等高线布设。

(4)路基排水沟与沿线通道、灌渠交叉产生干扰时，采取线外涵等立体交叉的排水形式，尽量做到不干扰、不破坏原有的排灌体系，同时避免路面污水直接排入农田。

(5)为使排水通畅，便于维修、养护，路侧排水沟、边沟修筑材料均采用混凝土。

(6)在挖方路堑边坡平台上根据边坡防护形式设置平台排水沟，防止降雨对边坡的冲蚀。

7 结论

(1)在高速公路设计中，应采用人与自然相和谐的原则，把选线设计与路基环保设计理念融为一体。

(2)对公路工程路基设计的总体原则进行了总结。

(3)对高速公路设计中的常见的特殊路基设计方法进行了分析，并根据具体工程提出了合理的建议。

(4)对路基的填料以及排水要求等设计原则进行了总结与分析。

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