改扩建公路路基路面设计优化探讨

肖隽

（江苏纬信工程咨询有限公司，江苏 南京 210014）

近年来，随着交通运输业的快速发展，使得重载车辆不断增多，对公路承载能力也提出更高的要求。而部分早期修建的公路受到当时技术条件和资金等方面的限制，建设标准相对较低，现已无法满足车辆通行需要。针对此类公路，可以进行拓宽改建，在改扩建的过程中要做好路基路面设计优化[1]。

1 工程概况

某公路工程修建的年代较为久远，在服役期间出现大量的病害问题，于2005 年采用“白改黑”的方案，对该公路全线改造，目前为沥青混凝土路面。随着车流量的进一步增大，原本的双向四车道已经无法满足通行需要，经研究后决定对该公路拓宽改建，以两侧拼宽的方法，将四车道改为八车道。与此同时，提高行车速度至100km/h，拓宽后的路基宽度为42m。

2 公路改扩建中路基路面设计优化措施

2.1 路基设计

2.1.1 原路基填料分析

在查阅该公路有关资料的基础上，通过现场勘查获悉路基采用的是亚黏性土填料，软土路基以碎石桩加塑料排水板的方式处理，由勘查结果得知，路基基本处于稳定状态。为进一步了解原路基所用填料的物理力学性质，在路基拼宽范围内共计布设测点8 个，对填料取样试验，检测结果如表1 所示。

表1 原路基填料试验检测结果

由表1 中的数据可知，原路基填料的性质为弱- 中等膨胀性，路肩的压实度与现行规范标准的规定要求不符。

2.1.2 地质情况

在本工程沿线上，多处分布软土，基本上都被黏性土覆盖，以淤泥质粉质黏土为主，埋深深度在0-5.0m 之间，厚度最大的部位达到16.5m。通过检测得到软土的物理力学性质指标，具体如表2 和表3 所示。

表2 软土物理性质

表3 软土力学性质

2.1.3 设计原则

在开展路基设计时，要遵循资源再利用、保护生态环境、安全舒适的原则，按照路基的挖填高度，合理应用新技术、新工艺、新材料，选取适宜的路基断面型式、填料设计参数、搭接模式、不良地质处理方案，确保改建后的路基结构稳定[2]。

2.1.4 路基横断面设计

本次改扩建将公路的双向四车道改为八车道，行车时速提升至100km/h，按照拼宽方案，并参考现行的公路路基设计规范标准，拟定以下几种断面形式：两侧拼接、右侧单侧拼接等。

2.1.5 填料设计

2.1.5.1 该公路地表土体以弱- 中等膨胀黏性土为主，依据土体的物理力学指标，采用路堤填土掺灰5%、路床8%；挖方路基将路面以下1.2m 左右全部翻挖，承载比不达标的路床，通过石灰改良土体性质后回填；要求0.3m 以内的承载比值达到8，0.3-1.2m 的承载比值应达到5。

2.1.5.2 台背、管涵以及通道等部位，用碎石土直接填筑。纵坡抬升高度达到2.0m 以上的路段，选用气泡轻质混合土作为填料；池塘清淤后，用旧路的水泥混凝土板经破碎处理后回填，欠缺的部分用5%石灰土回填，压实度要达到规范要求。

2.1.6 衔接设计

2.1.6.1 双侧拼宽路基的衔接衔接设计方法如下：在填方路段上，对原路边坡进行清表、削坡，开挖台阶。如图1 所示,首级台阶的尺寸为1.5×1.5m，之后每一级台阶的尺寸均为1.0×1.0m，而最后一级台阶的尺寸小于1.5m 时，可一次性开挖，超过1.5m 时分成两次开挖；在路床位置处开挖三级台阶，并在顶部铺设厚度为15cm 的旧料，其余部位回填掺灰土，当旧料不足时，可以用掺灰土替代。同时在路床顶面以下30cm 和75cm 的地方，分别铺设土工格栅。对于填方高度超过8.0m 的路堤，可在中部增设土工格栅。

图1 路基拼宽示意图

2.1.6.2 将原路堤的挡土墙拆除，基础保留不拆，同时拆除原路肩挡土墙的上部，下部不拆，具体的工序为填土、拆墙、填土，搭接方式同填方路段；对挖方路段的路床进行开挖，开挖位置选择在距离路基边线1.7m 处，挖好之后，在顶部铺设厚度为15cm 的旧料，随后用掺灰土对其余部分回填；对于岩质挖方路段，在路基拼接时，可以不对路床做任何处理。

2.1.7 不良地质设计

结合本工程地质勘查报告，以软土的物理和力学指标作为主要依据，得出如下结果：软土地基处理完毕后，路基拼接部位的沉降量为1.1-1.5cm 左右，边坡坡脚位置处的沉降量约为1.0cm，与规范要求的工后沉降相符。原路基的地基土体在公路结构自重和车辆荷载的作用下，已经基本固结，现场检测地基土的固结度在85-96%左右，为避免拼宽后的新路基与原路基之间出现较大的沉降差异，针对含有软弱土体的路段，设计如下措施：

2.1.7.1 软土厚度在3.0m 以内的路段，采用土体换填的处置措施，选用级配良好的碎石作为换填材料，同时并将表层的淤泥直接清除。对于高度在5.0m 以上的路堤，选用临时钢板桩支护措施，需注意防止路堤开挖过程中导致原路下沉[3]。

2.1.7.2 软土厚度在15m 以内的路段，采用水泥搅拌桩处理措施，桩径为500mm，桩间距设定为1.2m，按三角形布设；软土厚度在15m 以上的路段，设计采用预制管桩处理措施，桩径300mm，管壁的厚度为70mm 桩的中心间距控制在2.2-3.2m 之间，呈正方形布设，桩顶深入桩帽50mm，选用强度等级为C30的混凝土对桩帽进行现场浇筑。

2.2 路面设计

2.2.1 新路面结构

为满足该公路路面拼宽后重载车辆的通行需要，以路面行驶大型车辆为依据，计算轴载，车道的系数取0.5，使用年限为15a，经过计算得到的累计轴载为3.224 次，据此对拼宽后的沥青混凝土路面弯沉值进行设计取值，为0.189mm。原沥青路面结构层的厚度为18cm，拼宽后的沥青面层的总厚度为28cm。为进一步减小基层内荷载应力，在沥青混凝土面层下设置沥青稳定碎石联结层，该公路拼宽后的主线路面结构如下：上面层为厚度4.0cm 的改性沥青混凝土，中面层为厚度6.0 的改性沥青混凝土，下面层为厚度8.0cm 的改性沥青混凝土，联结层为厚度10cm 的沥青稳定碎石。通过测算，增设厚度10cm 的沥青稳定碎石联结层后，路面结构的整体性能得到显著提升，使沥青路面能够承受40-45a 左右的工可预测交通量。

2.2.2 拼接设计

原路肩的路面结构缺少底基层，拼宽改建后路肩的承载力无法满足行车需要。故此，在拼接设计中，需要将之挖除重建。该路段的承载比值为6%，依据现行规范要求设计路床处置措施，要充分考虑拼宽后的行车道行驶重载车量的要求，选用4%水泥处置路床。

2.2.3 排水设计

拼宽后的新路面要高于原路面，降雨后会引起旧路积水无法从横坡顺利排出，可采取如下排水举措：出水口的间距设定为100m，在临时排水路面上开槽，每隔20m 铺设一道钢筋管，横向排水选用直径30mm 的HDPE 管，外部用混凝土包覆。

3 结论

综上所述，为使改建后的公路满足日益增长的交通流量，要合理进行路基路面设计工作。路基设计时应注重分析原路基的填料及地质情况，合理设计填料，满足拓宽路基填筑要求；路面设计时将重点放在结构和拼接两个方面。