高速公路路基最小填土高度的计算与探讨

张葆永 王 林

(中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710068)

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高速公路路基最小填土高度的计算与探讨

张葆永 王 林

(中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710068)

针对平原微丘区高速公路路基多以低填为主、土石方多以借方为主的情况，提出路基填土的高度直接关系到高速公路的安全运营和土石方数量的大小，因此确定路基的最小填土高度显得尤其重要，对路基最小填土高度的计算进行了详细的介绍。

平原微丘区，路基工程，最小填土高度

我国地域广袤，西部山峦起伏，东部多为平原及低缓丘陵。平原微丘区往往人烟稠密，耕地密布，土地价值较高。高速公路在平原微丘区通过时，路基以填方为主，路基填料来源较少。填土高度过低，易因地下水位及行车荷载作用，对路基造成不利影响，导致路基路面出现病害、使用寿命减短。填土高度过高，则路基土石方数量较大，占地面积较大，造成建设费用和土地资源的浪费。因此，确定合理的路基填土高度，是高速公路安全运营的保障，也能避免公路建设以及土地资源的浪费。

1 高速公路的最小填土高度

高速公路沿河及受水浸淹的路基，路基高度应高出1/100的洪水频率的计算水位加壅水高、波浪侵袭高和50 cm安全高度。一般路段路基高度应不受地表积水及地下水的浸润影响。同时，路基设计时应综合考虑项目所在区域的地形、地貌，通道分离立交设置情况，以及路基填料情况、排水系统等因素确定路基填土高度。本文就从以下三方面来探讨高速公路路基最小填土高度：

1)由路床顶面干湿状态确定的最小填土高度；2)由路基受力状态确定最小填土高度；3)由高速公路中央分隔带排水需要确定最小填土高度。

2 路基最小填土高度的计算与探讨

2.1 由路床顶面干湿状态确定的最小填土高度

为了保证路基的稳定，路基设计时路床顶面应保持干燥或中湿状态。即要求路床顶距地下水或地表积水的距离不小于干燥、中湿状态所对应的临界高度。如图1所示，H2为路床处于中湿状态的临界高度(至地下水位)；Hc为路面结构层厚度；W为半幅路基宽度；i%为路拱横坡；h为地下水位距地表高度；H为路基最小填土高度。要保持路床处于中湿状态，须H-Hc-W×i%+h>H2，则由路床顶面干湿状态确定的路基最小填土高度H>H2+Hc+W×i%-h。

2.2 由路基的受力状态确定的最小填土高度

路基是公路的承重主体。路基承受行车荷载作用，主要应力作用在路基工作区范围之内。为满足轮载在地基中引起的变形和剪应力要求，需对路基受力范围内的填料加强碾压，以提供足够的强度和应力扩散能力。

1)路基工作区。车轮荷载引起的应力σz和路基土自重所引起的应力σB构成了路基内任意一点Za处的垂直应力。当车轮荷载引起的垂直应力σz与路基土自重所引起的应力σB的比例很小时(不超过1/n=1/10～1/5)，该深度Za范围的路基称为路基工作区。路基工作区深度Za可用下式计算：

从而得出路基工作区深度Za：

其中，Za为路基工作区深度，包含路面厚度，m；P为车轮荷载，BZZ-100，kN；K为应力系数，取0.5；γ为土的容重，kN/m3；n为系数，n=5～10。

2)路基土层当量厚度。高速公路一般采用沥青结合料类面层及无机结合料类基层。路面材料与土基为非均质体。要计算路基工作区Za，需将路面材料与土基折算为均质体再进行计算。柔性路面的当量厚度换算公式为：

其中，Ze为各层路面换算为路基土层的当量厚度之和，m；hi为路面各结构层厚度，m；Ei为路面各结构层抗压回弹模量，MPa；E0为土基的抗压回弹模量，MPa；m为开方指数，对于多层柔性路面，m=2.5(介于塑性体m=2与弹性—刚性体m=3之间)。

换算当量厚度Ze的路面结构应包含路床顶面以上的所有层位。路基工作区在路面以下土基中的深度即为Za减去Ze。要保证路基的工程质量，就要使路基工作区满足车辆荷载引起的变形和剪应力强度要求。而为了减少换填基底工程数量，最好保证路基工作区在路堤内部。因此，由路基的受力状态确定的最小填土高度H=Za-Ze+∑hi。

2.3 由中央分隔带排水需要确定的最小填土高度

降雨量较大的地区，中央分隔带应设置完善的防排水设施，保证雨水渗入后能及时排除，避免对路基造成不利影响，降低路基路面承载能力。中央分隔带内部宜设置由防水层、纵向排水渗沟、急流槽和横向排水管等组成的防排水系统，见图2。

要保证横向排水管能将中央分隔带水顺利排除，则路基高度要保证中央分隔带横向排水要求。假定路面厚度为Hc，半幅路基宽为W，横向排水管坡度i%(一般与路拱横坡一致)。则由中央分隔带排水需要确定最小填土高度H=Hc+W×i%(计算时尚应根据各项目中央分隔带排水设计具体情况适当调整)。

3 结语

平原微丘区高速公路路基最小填土高度为由路床顶面干湿状态、路基的受力状态、中央分隔带排水需要三者确定的最小填土高度的最大值。高速公路在平原微丘区布线时，在满足路基最小填土高度要求的同时，要避免填方过高造成浪费。若受地物限制，无法满足以上三者确定的最小填土高度，则应采取工程措施，保证路基稳定。

[1] JTG D30—2004，公路路基设计规范[S].

[2] JTGT D33—2012，公路排水设计规范[S].

[3] JTG D50—2006，公路沥青路面设计规范[S].

[4] 交通部第二公路勘察设计院.公路设计手册——路基[M].北京：人民交通出版社，1996.

[5] 陈忠达.路基路面工程[M].北京：人民交通出版社，2009.

[6] 毛爱民.路基换填深度的计算与探讨[J].山西建筑，2009，35(7)：273-274.

Study on highway minimum subgrade filling height

Zhang Baoyong Wang Lin

(ChinaCommunication1stHighwaySurvey&DesignAcademyCo.,Ltd,Xi’an710068,China)

In light of plain area highway subgrade features, such as low-filling orientation, earthwork with debtor as orientation, the paper points out that: subgrade soil-filling height directly determines highway safety operation and earthwork amount. Therefore, it is important to determine minimum subgrade soil-filling height, and finally introduces minimum subgrade soil-filling height computation.

plain area, subgrade engineering, minimum soil-filling height

2015-04-03

张葆永(1987- )，男，工程师； 王 林(1983- )，男，硕士，工程师

1009-6825(2015)17-0109-02

U416.1

A