淺談改擴建路基路面設計優化研究

彭宇

摘要 為了提升改擴建公路設計水平，文章總結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計要點。同時，從路面結構拼接和路面排水兩方面探討了改擴建路面的設計要點。

關鍵詞 改擴建；公路；路基設計；路面設計；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

隨著經濟快速發展和城鎮化的不斷推進，交通量逐年增加，原有的公路因設計理念落后、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，征地和拆遷規模大，選擇經濟、合理的改擴建方案，并確保路基工后滿足設計要求，路面性能能保證行車安全性和舒適度，已經成為設計人員需要解決的關鍵問題。但是，我國公路改擴建建設起步較晚，相關設計理論不完善，設計人員在選擇改擴建路基路面設計方案時盲目套用其他項目圖紙，導致設計方案適用性差或不經濟[1]。因此，進一步研究公路改擴建路基路面的設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

公路改擴建設計之前，要詳細收集當地現在的交通量數據和未來設計使用年限內的預測結果，再結合外業調查資料，選擇恰當的改擴建方案，以提高道路的通行能力和服務水平。公路工程在改擴建設計時應堅持以下原則：①盡量減小對周邊路網的干擾。公路工程在改擴建期間一般要局部或全部封閉交通，部分車輛會轉向周邊國省道行駛，超過其國省道設計通行能力，可能造成大面積擁堵現象；②經濟性。公路工程改擴建時設計時要在滿足現行設計標準的基礎上，盡量利用老路上的結構物和預留土地，合理選擇路基路面拼接方案，減小沿線征地拆遷規模，降低項目建設成本；③便于施工。路基路面拼接方案不應過于繁瑣，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見表1[2]。

2 公路改擴建路基設計

公路在拼寬后容易出現邊坡沿著新舊路基結合面失穩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計的基礎，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的地表樹根、草皮、腐殖質等。根據《公路路基設計規范》（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，應當在新舊路基結合位置開挖臺階，臺階設計寬度至少1 m，臺階設計高度應在0.6～1 m。新舊路基結合處的臺階要向內傾斜，橫坡取2%～4%，而臺階開挖坡率可結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在壓實度取值和碾壓遍數確定兩方面：一方面，在填土壓實時，為了保證壓實質量，路基兩側要超寬填筑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《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）中的要求值提高1%～2%；另一方面，新路基壓實遍數不宜過多或過少，壓實遍數較小，壓實度達不到設計要求。壓實遍數過多，對路基壓實質量的提升效果有限，且不經濟。以沖擊碾壓為例，該文統計了某改擴建公路試驗段中沖擊碾壓遍數與路基壓實度的關系，如圖1所示[4]。

由圖1可知，隨著沖擊碾壓遍數的增加，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≤20遍，路基壓實度快速增加。當沖擊碾壓遍數＞20遍，路基壓實度增加幅度不明顯。當沖擊碾壓遍數從20遍增加至30遍，路基壓實度僅提高1%。上述現象表明，在改擴建路基設計時，盲目提高路基沖擊碾壓遍數既不合理，也不經濟。

2.3 新舊路基不均勻沉降控制方法

既有公路經過長期運營，路基土和地基土基本固結完成，工后沉降小。而拼接新路基后，新填路基會產生較大的附加應力，工后沉降也更大，這就使得新舊路基之間產生較大的不均勻沉降。在選擇新舊路基方案時，應遵循“就地取材”的原則，地基土性質差、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，但是夯擊產生的振動能力和噪聲會對周邊居民的生產和生活產生較大的影響。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用廣泛，尤其在新舊路基銜接處，可以協調新舊路基的受力，提高拼寬路基的整體穩定性。改擴建路基設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《公路路基設計規范》（JTG D30—2015），粉噴樁處理深度≤12 m，漿噴樁處理深度≤20 m。

水泥土攪拌樁的設計水泥摻量、樁長、樁間距等參數要結合路基工后沉降計算結果確定。如果水泥攪拌樁用于增強路基的抗滑穩定性，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結合設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，填土對地基產生的附加應力較小。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，具體方案可經技術性和經濟性比選后確定[5]。

2.4 路基排水設計

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

邊溝是改擴建公路排水設計中最常用的排水設施，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計

3.1 路面結構拼接

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

（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。玻纖格柵是網格型，只有加筋作用，不能防水。隨著技術進步，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）拼接設計難點。新舊基層拼接：新舊基層層間應噴灑水泥凈漿（水灰比1.1～1.2），以增加層間黏結效果，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定性。

3.2 路面排水設計

由《公路排水設計規范》（JTG/T D33—2012）可知，如果公路項目所在區域屬于濕潤多雨地區，且年降水量＞600 m，應設計路面內部排水系統，以排出路表滲入路面結構層內部的雨水徑流。結合大量工程實踐，該文建議在舊路面邊緣處設計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 結論

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

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

（2）改擴建路基在設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，再回填相應的路面材料，但要注意新舊路面結構層間的高差和路面內部的排水。研究成果可為改擴建路基路面設計提供理論指導。

參考文獻

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[2]陳金彪， 楊青. 公路改擴建工程路基路面拼接施工技術[J]. 工程機械與維修， 2023（2）： 72-74.

[3]解建東. 高速公路改擴建路基路面拼寬施工技術[J]. 科學技術創新， 2023（7）： 139-142.

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