公路路基設計中的常見問題及處理方法

高海燕

山東華遠公路勘察設計有限公司，山東 濰坊 261061

近年來，隨著交通網絡的不斷完善，公路項目的建設數量日益增多，規模日益擴大。路基工程是影響公路建設水平的最關鍵因素，必須充分重視路基的設計質量。如果路基設計方案不合理，可能導致公路在運營期間產生各種病害，造成嚴重的經濟損失、人員傷亡及不良的社會影響[1]。因此，研究公路路基設計中的常見問題及處理方法具有十分重要的工程意義。

1 公路路基設計常見問題

1.1 路基邊坡形式及防護方案不合理

路基邊坡穩定易受到地形地貌、施工技術等因素干擾，尤其是山區公路，往往地會遇到較大規模的高填深挖，改變原有的應力場和地質條件。如果對邊坡設計不合理，會使得邊坡安全系數較低，從而引發邊坡大變形、滑坡、坍塌等災害[2]。

1.2 路基排水不暢

水對公路路基的損毀十分嚴重，路基大多數病害都直接或間接和水相關。這是因為水分滲進路基后，路基在外界環境變化和反復車輛荷載的作用下抗變形能力和整體穩定性降低，從而影響路面的使用性能。路基中的水分主要源于四個方面：

（1）中央分隔帶下滲水。如果中央分隔帶未鋪防水層或設置內部排水設施，雨水容易下滲進路面結構層和路基內部。

（2）路面下滲水。降雨結束后，一部分雨水會通過路面裂縫滲入路基內部。

（3）側向滲入水。當地表存在大量積水且路堤高度較低，或路基坡面未做防護時，水容易從邊坡坡面滲入路基內部。

（4）毛細水上升。如果路基填料為粉質土，且處于地下水位較高的區域，那么地下水會沿著土顆粒間的孔隙上升至路基，上升高度與土體孔隙大小、初始含水率、壓實度等參數密切相關。

1.3 軟弱土層處治不當

相對于碎石、砂礫土等優質路基填料，軟土具有承載力低、含水率高、流變性明顯的特點，屬于不良地質的范疇，不宜在軟土地基上直接填筑路基或將軟土作為路基填料。在軟土地基上填筑路基之前，應先對軟土進行處理。

1.4 路基沉降過大

公路路基沉降處治不當，可能導致邊坡失穩破壞、路面開裂等病害，會對路面使用性能、通行能力等產生直接的影響。路基沉降=路堤本身沉降+地基沉降，其中地基沉降基本占路基總變形的75%以上。隨著路基填土高度的增加，填土自重荷載越大，在地基土中產生的附加應力越大，會使得路堤本身沉降和地基沉降量不斷增加。尤其是高填方路基，沉降過大的現象十分普遍[3]。

2 公路路基設計問題的處理方法

2.1 對邊坡形式及防護方案不合理的處理辦法

（1）邊坡形式確定。公路路基邊坡形式主要有直線形、折線形、臺階形三種，如圖1所示，h為邊坡高度，b為邊坡寬度。其中，直線形邊坡設計施工簡單，從坡頂至坡腳坡度相同，適用于路基邊坡高度較小（不超過10m）的路段；折線形邊坡從坡頂至坡腳坡度不同，一般上陡下緩，變坡點通常布置在巖土性質差異較大處，同時，為了控制邊坡施工質量，折線變坡點往往以2～3次最佳[4]；臺階形邊坡是每8～10m布設一個平臺以減小降雨對坡面的沖刷，提高邊坡穩定性，平臺寬度不小于2m，并設置2%～4%橫坡。

圖1 路基邊坡形式

（2）邊坡坡度確定。土質路基邊坡在確定坡度時應主要考慮邊坡高度、地下水位、用地范圍等因素，巖石路基邊坡應綜合考慮巖性完整性、堅硬度、地質構造、水位高低等因素確定坡度，尤其對于風化嚴重的巖石邊坡，邊坡坡度可適當放緩，設計人員可參考《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）中對邊坡坡度的建議值。

當路塹邊坡高度大于20m或填土路堤邊坡高度大于20m或填石路堤高度邊坡大于30m時，應計算路基邊坡安全系數，并根據計算結果確定合適的邊坡形式、邊坡坡度等。

（3）邊坡防護方案確定。公路工程中常用的邊坡防護措施主要有剛性防護、柔性防護和復合型防護三種類型，具體邊坡防護形式如表1所示。

表1 邊坡常見防護措施

2.2 路基排水處理方法

路基排水設計一定要建立完整的排水系統，邊溝、排水溝、截水溝等常用排水設施要根據項目特征和排水需求來擬訂方案。此外，還可從以下方面加強路基排水效果[5]：（1）中央分隔帶設置地下排水設施來收集滲進中央分隔帶內部的水分，且每隔100～200m設置集水井與橫向排水管將水排出。如果條件允許，還可在中央分隔帶植草綠化。（2）路基邊緣處設置縱向碎石排水盲溝，坡度與路線縱坡保持一致。縱向盲溝可用于匯集滲進老路路面結構的各種水分。（3）設置路基排水層，該結構與路面墊層類似，排水材料可選擇碎石、砂礫等，其功能是阻隔地下水或路基兩側水流以毛細水的形式上升至路基內部，降低水分對路基強度及整體穩定性的影響。路基排水層往往設置在路基內部（距離天然地表10～20cm），還應保持至少4%的橫坡，以便路基內部水分排出。

2.3 軟弱地基處理方法

（1）換填法。換填法在軟土地基處理中的應用范圍最廣，是將地基中的軟土挖除，再分層回填壓實強度高、顆粒級配良好、透水性好的砂石料作為路基持力層。換填法施工方法簡單，造價低，適用于軟土深度不超過3m的地基處理。

（2）強夯法。強夯法是通過起重裝置將一定重量的夯錘抬高至設計高度，然后使夯錘脫鉤自由降落，利用夯錘的沖擊能來夯實軟土地基，以提高其強度與承載力。強夯法的加固機理是基于動力固結理論，即夯錘在土層中產生較強的應力波，使得土體原來的骨架結構被破壞，加速土體的固結，減小土顆粒間距和孔隙體積，形成新的土骨架結構。

（3）水泥攪拌樁加固法。水泥在軟土地基中攪拌形成復合地基，將原地基分成加固區和非加固區，其加固機理主要體現在增強體的設置對加固區土體有擠密作用、加筋作用等。同時，水泥攪拌樁間的粗粒土透水性好，會在地基中形成良好的排水通道，這些排水通道會大幅減小軟基中的排水距離，加速軟土固結，以提高軟土地基承載力。

2.4 路基沉降處理方法

首先，要加強野外勘察，充分收集公路沿線地質資料，盡可能避免高填方路堤。如果高填方路基處在填挖交界或縱坡較大路段，可開挖臺階來提高路基的整體穩定性，減小路基沉降。其次，進行路基設計時要選擇合理的處治措施，比如鋪土工格柵、采用輕質填料等。

（1）鋪土工格柵。填方路基各層之間鋪土工格柵，可以形成加筋土，提高土體的抗剪強度、抗壓強度和壓縮模量，降低填料的可壓縮性，從而減小路基沉降變形。

（2）采用輕質填料。輕質材料一般重度較小，因而路基填筑采用輕質材料能有效地降低作用在地基上的荷載，從而減小土體中的附加應力和沉降變形。在填筑輕質材料路段和一般路基之間要開挖臺階設置過渡段，臺階高度在0.5～1.0m，坡比宜為1：1～1：2，以確保路基的整體穩定性。

3 結論

文章分析了公路路基設計中的常見問題，并提出了相應的處治措施，主要得到以下結論：（1）為了提高路基邊坡的穩定性，設計時應當選擇合理的邊坡形式、邊坡幾何參數及坡面防護方案。（2）路基排水設計應當根據項目特征和排水需求建立完整的排水系統。（3）路基遇到軟弱地基時，可采用換填法、強夯法、水泥攪拌樁加固法等處理，后再填筑。（4）進行路基設計時可通過鋪土工格柵、采用輕質填料等措施來減小路基沉降。