淺談改擴建路基路面設(shè)計優(yōu)化研究

彭宇

摘要 為了提升改擴建公路設(shè)計水平，文章總結(jié)了公路改擴建原則和方案，從基底處理、拼寬臺階開挖、路基壓實度控制、新舊路基不均勻沉降控制、路基排水等方面分析了改擴建路基設(shè)計要點。同時，從路面結(jié)構(gòu)拼接和路面排水兩方面探討了改擴建路面的設(shè)計要點。

關(guān)鍵詞 改擴建；公路；路基設(shè)計；路面設(shè)計；不均勻沉降

中圖分類號 U416.02文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）11-0110-03

0 引言

隨著經(jīng)濟快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化的不斷推進，交通量逐年增加，原有的公路因設(shè)計理念落后、工程造價限制、施工水平低下等，其路用性能和服務(wù)水平降低，難以滿足交通需求。而新建公路造價高，征地和拆遷規(guī)模大，選擇經(jīng)濟、合理的改擴建方案，并確保路基工后滿足設(shè)計要求，路面性能能保證行車安全性和舒適度，已經(jīng)成為設(shè)計人員需要解決的關(guān)鍵問題。但是，我國公路改擴建建設(shè)起步較晚，相關(guān)設(shè)計理論不完善，設(shè)計人員在選擇改擴建路基路面設(shè)計方案時盲目套用其他項目圖紙，導致設(shè)計方案適用性差或不經(jīng)濟[1]。因此，進一步研究公路改擴建路基路面的設(shè)計具有重要的工程價值。

1 公路改擴建原則及方案對比

1.1 公路改擴建原則

公路改擴建設(shè)計之前，要詳細收集當?shù)噩F(xiàn)在的交通量數(shù)據(jù)和未來設(shè)計使用年限內(nèi)的預測結(jié)果，再結(jié)合外業(yè)調(diào)查資料，選擇恰當?shù)母臄U建方案，以提高道路的通行能力和服務(wù)水平。公路工程在改擴建設(shè)計時應(yīng)堅持以下原則：①盡量減小對周邊路網(wǎng)的干擾。公路工程在改擴建期間一般要局部或全部封閉交通，部分車輛會轉(zhuǎn)向周邊國省道行駛，超過其國省道設(shè)計通行能力，可能造成大面積擁堵現(xiàn)象；②經(jīng)濟性。公路工程改擴建時設(shè)計時要在滿足現(xiàn)行設(shè)計標準的基礎(chǔ)上，盡量利用老路上的結(jié)構(gòu)物和預留土地，合理選擇路基路面拼接方案，減小沿線征地拆遷規(guī)模，降低項目建設(shè)成本；③便于施工。路基路面拼接方案不應(yīng)過于繁瑣，類似病害的處治措施要盡量歸并，以方便施工單位控制施工質(zhì)量和施工進度。

1.2 公路改擴建方案

公路工程改擴建方案一般采用整體拼寬和新建分離兩種。不同改擴建方案的加寬特點總結(jié)見表1[2]。

2 公路改擴建路基設(shè)計

公路在拼寬后容易出現(xiàn)邊坡沿著新舊路基結(jié)合面失穩(wěn)或因新舊路基不均勻沉降導致路面開裂，影響行車安全性和舒適。因此，在公路改擴建路基設(shè)計時要從這2方面入手。

2.1 基底處理及開挖臺階

2.1.1 基底處理

地基清表是公路改擴建路基設(shè)計的基礎(chǔ)，清表厚度一般在20～50 cm，主要是挖除舊路路基邊坡表土（長期暴露在外界環(huán)境中，受到雨水徑流反復沖刷，強度劣化）及改擴建路基范圍內(nèi)的地表樹根、草皮、腐殖質(zhì)等。根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30—2015），二級及二級以上公路清表后的基底壓實度≥90%；而三級、四級公路清表后的基底壓實度≥85%。

2.1.2 開挖臺階

為了增強公路新舊路基之間的銜接性和整體抗變形能力，應(yīng)當在新舊路基結(jié)合位置開挖臺階，臺階設(shè)計寬度至少1 m，臺階設(shè)計高度應(yīng)在0.6～1 m。新舊路基結(jié)合處的臺階要向內(nèi)傾斜，橫坡取2%～4%，而臺階開挖坡率可結(jié)合舊路路基邊坡坡率選擇。舊路路基邊坡坡率為1∶1.5、1∶1.25、1∶1時，臺階坡度分別取1∶1.5～1∶1.75、1∶1.25～1∶1.5、1∶1～1∶1.25。大量工程實踐表明，拼寬路基是細粒土填料時，臺階坡度可取下限；拼寬路基填料是巨粒土或土石混填，臺階坡度取上限[3]。

2.2 路基壓實度控制

改擴建公路路基壓實度控制主要體現(xiàn)在壓實度取值和碾壓遍數(shù)確定兩方面：一方面，在填土壓實時，為了保證壓實質(zhì)量，路基兩側(cè)要超寬填筑30 cm，嚴禁“貼坡”。如果路基加寬寬度較小，達不到一個碾壓寬度，也可翻挖老路基。同時，改擴建路基壓實度在設(shè)計時，還要考慮新舊路基的不均勻沉降，新路基的壓實度可比《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30—2015）中的要求值提高1%～2%；另一方面，新路基壓實遍數(shù)不宜過多或過少，壓實遍數(shù)較小，壓實度達不到設(shè)計要求。壓實遍數(shù)過多，對路基壓實質(zhì)量的提升效果有限，且不經(jīng)濟。以沖擊碾壓為例，該文統(tǒng)計了某改擴建公路試驗段中沖擊碾壓遍數(shù)與路基壓實度的關(guān)系，如圖1所示[4]。

由圖1可知，隨著沖擊碾壓遍數(shù)的增加，路基壓實度也隨之提高，但是變化速率不固定。當沖擊碾壓遍數(shù)≤20遍，路基壓實度快速增加。當沖擊碾壓遍數(shù)＞20遍，路基壓實度增加幅度不明顯。當沖擊碾壓遍數(shù)從20遍增加至30遍，路基壓實度僅提高1%。上述現(xiàn)象表明，在改擴建路基設(shè)計時，盲目提高路基沖擊碾壓遍數(shù)既不合理，也不經(jīng)濟。

2.3 新舊路基不均勻沉降控制方法

既有公路經(jīng)過長期運營，路基土和地基土基本固結(jié)完成，工后沉降小。而拼接新路基后，新填路基會產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力，工后沉降也更大，這就使得新舊路基之間產(chǎn)生較大的不均勻沉降。在選擇新舊路基方案時，應(yīng)遵循“就地取材”的原則，地基土性質(zhì)差、工期緊的項目可同時采取多種措施，以加寬新填筑路基的固結(jié)沉降。

（1）強夯法。強夯法是將重錘提升到一定高度自由下落，利用重錘下降過程中積累的動能來夯實地基土，提高地基的承載力，降低拼寬處地基的可壓縮性，從而減小新舊路基間的不均勻沉降。強夯法適用范圍廣，施工速度快，造價較低，對飽和度低的黏性土處治效果好，但是夯擊產(chǎn)生的振動能力和噪聲會對周邊居民的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生較大的影響。為了保障強夯法對拼寬地基的處治效果，建議在強夯前鋪一層厚30～50 cm的碎石墊層或灰土墊層。

（2）土工格柵。土工格柵在公路改擴建項目中應(yīng)用廣泛，尤其在新舊路基銜接處，可以協(xié)調(diào)新舊路基的受力，提高拼寬路基的整體穩(wěn)定性。改擴建路基設(shè)計時常用的土工格柵是抗拉強度高、延伸率低的雙向土工格柵。土工格柵一般鋪設(shè)在路基基底、上路床頂面、下路床頂面等位置，每幅土工格柵搭接至少30 cm，并用鋼筋錨釘定位，錨固間距一般取2 m×2 m。

（3）水泥攪拌樁。水泥攪拌樁是加固土樁的一種，是將水泥、外摻劑等按一定的比例攪拌均勻，并以粉噴或漿噴的方式噴入軟土地基中，形成復合地基共同承擔外荷載。根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30—2015），粉噴樁處理深度≤12 m，漿噴樁處理深度≤20 m。

水泥土攪拌樁的設(shè)計水泥摻量、樁長、樁間距等參數(shù)要結(jié)合路基工后沉降計算結(jié)果確定。如果水泥攪拌樁用于增強路基的抗滑穩(wěn)定性，樁長要深入潛在滑動面以下至少2 m。

（4）水泥粉煤灰碎石樁。水泥粉煤灰碎石樁簡稱“CFG樁”，是由碎石、粉煤灰、水泥等材料混合而成，其承載能力大，對路基工后沉降控制效果好，可用于處治厚度較大的軟土地基。CFG樁的樁長和樁間距應(yīng)結(jié)合設(shè)計對承載力和變形的要求確定，最大樁長≤30 m，并將樁端盡量放置于承載力高的持力層上，樁間距宜取4～5倍的樁徑。同時，為了提高CFG樁復合地基的應(yīng)力擴散能力，建議在樁頂鋪一層30～50 cm的砂礫墊層或碎石墊層（最大粒徑小于30 mm）。

（5）處治段落選擇。在路基填土較低的路段，填土對地基產(chǎn)生的附加應(yīng)力較小。如果地基土性能不是特別差，新加寬路基可按一般路基對地基的技術(shù)要求處理即可，即清表+鋪土工格柵。如果路基填土較高，填土在地基中引起的附加應(yīng)力大，從而導致路基工后沉降過大，軟土地基必須采用復合地基處治措施，具體方案可經(jīng)技術(shù)性和經(jīng)濟性比選后確定[5]。

2.4 路基排水設(shè)計

改擴建公路路基排水設(shè)計時要充分利用現(xiàn)有排水系統(tǒng)和自然地形條件，堅持“防、排、疏”相結(jié)合的原則，通過設(shè)置路堤邊溝、路塹邊溝、平臺截水溝、急流槽等排水設(shè)施排出落入公路用地界內(nèi)的雨水，防止降雨徑流沖刷路基邊坡。

邊溝是改擴建公路排水設(shè)計中最常用的排水設(shè)施，有矩形、梯形、三角形等形式，不同邊溝的特點見表2。

3 公路改擴建路面拼接設(shè)計

3.1 路面結(jié)構(gòu)拼接

相對于新建公路而言，拼接路面的受力更加復雜，主要體現(xiàn)在以下幾個方面[6]：①新路基沉降大，在路面中產(chǎn)生附加應(yīng)力；②新舊路面的結(jié)構(gòu)強度不同，在車輛反復荷載和外界環(huán)境作用下的受力不同；③新舊路面拼接處有裂縫，易產(chǎn)生附加應(yīng)力。鑒于此，改擴建公路的路面拼接一般是先分層開挖臺階，再回填相應(yīng)的路面材料，如圖2所示。需注意，新路設(shè)計標高和老路標高可能有高差，使得新舊路面各結(jié)構(gòu)層間產(chǎn)生錯位，施工時可進行微調(diào)。

（1）拼接處材料。新舊路面拼接位置要鋪一層或多層連接材料，最常用的是玻纖格柵。玻纖格柵是網(wǎng)格型，只有加筋作用，不能防水。隨著技術(shù)進步，有學者提出了將聚酯玻纖布用于新舊路面拼接中。聚酯玻纖布不僅能防止路面反射裂縫，還有良好的防水性能。

（2）拼接設(shè)計難點。新舊基層拼接：新舊基層層間應(yīng)噴灑水泥凈漿（水灰比1.1～1.2），以增加層間黏結(jié)效果，同時在基層頂面搭接處鋪一層聚酯玻纖布。

新舊面層拼接：面層層間拼接應(yīng)當先對封面進行清理，隨后要均勻噴灑黏層油，并在面層接縫處涂抹乳化瀝青和熱瀝青作為黏結(jié)材料。同時，也要在新舊路面拼接處鋪一層聚酯玻纖布，增強新舊路面強度和整體穩(wěn)定性。

3.2 路面排水設(shè)計

由《公路排水設(shè)計規(guī)范》（JTG/T D33—2012）可知，如果公路項目所在區(qū)域?qū)儆跐駶櫠嘤甑貐^(qū)，且年降水量＞600 m，應(yīng)設(shè)計路面內(nèi)部排水系統(tǒng)，以排出路表滲入路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的雨水徑流。結(jié)合大量工程實踐，該文建議在舊路面邊緣處設(shè)計1道碎石盲溝，匯集下滲到舊路面的雨水，并利用橫向出水管將下滲雨水排出到拼寬路基外，如圖3所示。

4 結(jié)論

該文主要分析了公路改擴建方案、路基路面設(shè)計要點等，得到了以下幾個方面的結(jié)論：

（1）公路工程改擴建方案有單側(cè)拼寬和雙側(cè)拼寬兩種，在選擇時應(yīng)考慮對路網(wǎng)的干擾、經(jīng)濟性、便于施工等。

（2）改擴建路基在設(shè)計時要控制好基底和路基填料壓實度、拼寬臺階尺寸及新舊路基間的不均勻沉降。

（3）拼寬路基新舊路基間的不均勻沉降控制可采用強夯、土工格柵、水泥攪拌樁、CFG樁等方案。

（4）改擴建路面拼接一般是先分層開挖臺階，再回填相應(yīng)的路面材料，但要注意新舊路面結(jié)構(gòu)層間的高差和路面內(nèi)部的排水。研究成果可為改擴建路基路面設(shè)計提供理論指導。

參考文獻

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