市政道路路基設計方法與原則研究

楊智勇

（滄縣交通運輸局公路管理站，河北 滄州 061000）

1 引言

市政道路作為城市基礎(chǔ)設施的重要組成部分， 對城市的發(fā)展和運行起著至關(guān)重要的作用。 而市政道路的穩(wěn)定性、安全性和可持續(xù)性離不開一個關(guān)鍵的因素，即路基設計[1]。 路基作為道路的基礎(chǔ)，直接承載著交通荷載，其設計質(zhì)量直接影響著道路的使用壽命和交通運行的安全性。 然而一些城市的市政道路路基設計存在問題，質(zhì)量水平不高，影響了城市交通、市容與城市建設。 因此，本研究提出市政道路路基設計原則，深入分析市政道路路基設計方法， 旨在提供市政道路路基設計的最新科學指導，為城市交通運行和可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

2 市政道路路基設計原則與方法

2.1 市政道路路基設計原則

市政道路路基設計是確保道路穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。 在設計過程中，首先要注重路基的承載能力， 確保其能夠穩(wěn)定承受交通荷載和路面結(jié)構(gòu)的重力，從而防止路基沉降和損壞[2]。同時，差異沉降的控制原則也是不可忽視的，要避免路基出現(xiàn)大幅度的沉降差異，保持道路平整和穩(wěn)定。 此外，分散荷載的原則有助于將交通荷載合理分散到路基上，避免局部荷載集中，從而減輕對路基和路面的不利影響。

市政道路路基設計還要考慮經(jīng)濟性和環(huán)?？沙掷m(xù)性。 在設計過程中，要力求在滿足穩(wěn)定和安全要求的前提下，最大限度地降低成本，提高投資回報率。 環(huán)保與可持續(xù)性原則要求選擇環(huán)保材料和技術(shù)，減少資源浪費，降低對環(huán)境的影響，實現(xiàn)道路的可持續(xù)發(fā)展。 同時，還應考慮氣候條件，根據(jù)所在地區(qū)的氣候特點選擇合適的材料和設計參數(shù)， 確保路基在各種氣候條件下的穩(wěn)定性和耐久性[3]。

2.2 市政道路路基設計方法

進行市政道路路基設計時， 需要采用一系列詳細的技術(shù)方法來確保道路的穩(wěn)定性、安全性和可持續(xù)性。 本文對路基斷面、路基填料、路基高度邊坡以及路基排水4 個技術(shù)內(nèi)容做出詳細描述。

路基斷面的設計是十分重要的一環(huán)， 直接影響道路的穩(wěn)定性、安全性和交通效率。 路基斷面的設計需要充分考慮預測交通流量和不同類型車輛的荷載要求， 高交通流量和重載車輛通行的道路需要更寬厚的路基斷面， 以確保路基具有足夠的承載能力。 同時在城市密集區(qū)域，路基斷面會受到周圍建筑物和地形的限制， 需要進行合理的調(diào)整， 如果周圍建筑物較高， 可能會造成路基受到遮擋和擠壓， 需要適當調(diào)整路基斷面，確保路基穩(wěn)定和安全。

路基填料的選擇直接影響路基的承載能力和耐久性。 路基填料應與原土壤特性相匹配，包括土壤類型、質(zhì)地、含水量等。 填料應具有良好的壓實性和穩(wěn)定性，能夠與原土壤緊密結(jié)合，形成均質(zhì)的路基體。 填料的承載能力必須滿足交通荷載要求，特別是在高交通流量和重載車輛通行的路段，選擇具有足夠強度和穩(wěn)定性的填料是確保路基承載能力的關(guān)鍵。 填料應具備良好的排水性能，避免積水對路基穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，良好的排水性能有助于減緩水分滲透， 防止路基發(fā)生軟弱變形。 如果所在地區(qū)氣候寒冷，填料必須具備良好的抗凍性，能夠在低溫條件下保持穩(wěn)定性，避免由于凍脹引發(fā)路基破壞。 同時也要考慮路基填料的環(huán)保性與成本問題， 環(huán)保填料有利于減少對生態(tài)環(huán)境的影響，提高道路的可持續(xù)性，經(jīng)濟實用的填料選擇能夠降低工程成本，提高施工效率。

路基高度、寬度、邊坡形狀和坡度是決定道路穩(wěn)定性和安全性的關(guān)鍵因素。 路基高度需要根據(jù)道路位置和荷載需求確定。 路基寬度與流量、車道數(shù)相關(guān)，需保障車輛的安全通行和合理分流。

邊坡設計應適合土壤、地質(zhì)、地形，防止滑坡。 邊坡坡度確定應考慮土壤穩(wěn)定和側(cè)向抗力，必要時可采取加固措施。

此外，路基排水是重要內(nèi)容。 高吸力土工布是一種特殊的土工合成材料，具有出色的吸水能力和快速傳導水分的特性，它由高分子材料制成，具有較大的孔隙空間和吸水率，能夠迅速吸收并傳導路基中的水分。 高吸力土工布在路基中的排水過程如圖1 所示。

圖1 高吸力土工布在路基中排水過程示意圖

由圖1 知，高吸力土工布能快速吸收路基降雨或水源，并迅速將水分傳導到土工布表面。 通過優(yōu)異的導水能力，能迅速將水分排出路基，實現(xiàn)高效排水。 土工布的大表面積有利于水分快速蒸發(fā)，從而保持路基穩(wěn)定。 正確使用高吸力土工布可作為優(yōu)質(zhì)材料，幫助道路結(jié)構(gòu)有效排水。

3 市政道路路基設計方法實例分析

3.1 破舊路基存在的問題

路基設計包括路基穩(wěn)定性、 荷載承載能力和結(jié)構(gòu)布局等重要因素， 這些因素對于確保道路使用的安全性和耐久性起著決定性作用。本研究針對某既有道路路基進行改進研究。某既有道路位于市中心，已運營10 余年，其交通流量大且常有重載車輛通行，使道路路基產(chǎn)生許多病害問題。

首先，路基穩(wěn)定性較弱，長期的高交通流量和較多的重載車輛通行會對路基施加巨大的動荷載， 超出了路基的設計承載力， 導致路基材料疲勞損傷累積， 從而降低了其整體穩(wěn)定性。 并且路基內(nèi)部存在不均勻沉降和荷載集中，進一步加劇了路基穩(wěn)定性的下降。

其次，路基排水性較差。 道路位于繁忙的市中心，由于長時間的壓實和車輛荷載，經(jīng)過10 余年的使用，路基土壤滲透性減弱，雨水排水困難。 同時，路基材料老化和裂縫的產(chǎn)生也進一步影響了排水效果。 市中心的硬質(zhì)路面和高樓大廈阻礙了雨水滲透，加劇了路面積水問題。 再有，長期較大的車輛荷載的作用，使道路路基下沉及不均勻沉降現(xiàn)象顯著，引發(fā)路面平整度不足。 此外，施工過程中，可能存在不當?shù)氖┕ぜ夹g(shù)和原材料選用，以及地下水位變化等因素，加速了路基下沉過程。

最后，路基邊坡穩(wěn)定性不足。 設計階段未充分考慮市區(qū)的地質(zhì)條件和地形地貌， 加之市中心區(qū)域常常受到人為活動和城市建設的干擾， 導致原本的邊坡設計在實際施工中受到限制或調(diào)整，影響了穩(wěn)定性。 另外，缺乏詳細的地質(zhì)勘測和工程分析也可能導致設計階段的誤差。

3.2 路基設計改進與結(jié)果

針對此項目路基穩(wěn)定性不足的問題， 需要在路基設計階段考慮采取以下措施來增強路基的承載能力： 首先是進行詳細的地質(zhì)勘察，以了解地下地質(zhì)條件，然后進行載荷分析，確定路基的承載要求。 根據(jù)這些信息，設計路基的橫截面，考慮路寬、路堤高度等因素，并選擇適當?shù)穆坊牧?，保證路基和地基的穩(wěn)定性。 路基設計前后穩(wěn)定性對比如圖2 所示。

圖2 路基設計前后穩(wěn)定性對比圖

由圖2 可知，破舊路基經(jīng)過設計改進前穩(wěn)定系數(shù)最高僅為0.93，最低達到了0.75，設計改善后平均穩(wěn)定系數(shù)達到0.97，最低為0.94，最高為1.00。 從穩(wěn)定系數(shù)的變化可以看出，經(jīng)過設計改善后，破舊路基的穩(wěn)定性有了明顯的提升，關(guān)鍵部位的穩(wěn)定性得到了顯著改善，整體路基的穩(wěn)定性也達到了更高的水平。

要改善破舊路基的排水性問題， 可以考慮重新設計和布置排水系統(tǒng)。 增加排水溝、雨水收集池等設施，確保雨水能夠及時排除，減少積水現(xiàn)象。 在排水設計中，要充分考慮周圍自然環(huán)境，加強對路基邊坡的防護，以防止自然災害對路基質(zhì)量造成不利影響，確保路基高度和邊坡的合理性。 此外，選擇適當?shù)呐潘牧希?如高吸力土工布， 可以有效提升路面排水性能。 本文對路基設計前后的排水性能選取指標進行歸一化處理并進行對比，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 路基設計前后的排水性能對比

由圖3 可知，設計改善前，排水系數(shù)、滲透率、表面排水速率和蒸發(fā)速率分別為0.71、0.66、0.65 和0.62， 而在設計改善后，這些指標分別提升至0.86、0.83、0.89 和0.82。 數(shù)據(jù)結(jié)果表明，本次設計改善有效提升了路基的排水性能，有望增強路基的穩(wěn)定性和耐久性，進而改善整體道路質(zhì)量。

針對道路路基下沉現(xiàn)象，進行路基設計前，應充分勘察周邊環(huán)境并收集地質(zhì)信息，研究填筑高度與沉降的關(guān)系，可有效緩解路基下沉。 同時，進行地基固結(jié)沉降計算和分析，確保地基變形控制在允許范圍內(nèi)。 解決路基邊坡穩(wěn)定性問題，需結(jié)合合理的邊坡設計和防護工作。 在設計階段， 充分考慮地質(zhì)條件、地形地貌等因素，確定適宜的邊坡坡度和防護措施。 此外，采用植被覆蓋、擋土墻、護坡網(wǎng)等措施，加強邊坡的穩(wěn)定性和抗侵蝕能力。

4 結(jié)論

針對市政道路路基設計問題， 研究提出了市政道路路基設計方法與原則。 通過對位于市中心的某道路路基的穩(wěn)定性、排水性能、道路路基下沉和路基邊坡穩(wěn)定性等問題進行改進與研究，取得了明顯的改善效果。結(jié)果表明，設計改進后，路基穩(wěn)固性顯著提升；排水性能方面，排水系數(shù)、滲透率、表面排水速率和蒸發(fā)速率均有明顯提高， 有效增強了路基的排水性能。 同時，針對道路路基下沉和路基邊坡穩(wěn)定性問題，通過加固技術(shù)和科學的設計措施， 成功緩解了路基下沉和邊坡穩(wěn)定性的困擾， 為城市道路的建設與維護提供了科學依據(jù)和實踐指導。