公路工程路基设计及软基处理
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摘要：近年来，我国公路工程事业飞速发展，特别是高速公路的建设。路基设计作为公路工程最基本的组成部分，它的好坏直接关系到工程的使用效果，尤其是软土地基的路段处理。本文结合工程实例，从公路工程路基设计及软土地基路段的处理两方面入手，特别是软基处理方面的成功经验值得借鉴。
关键词：公路工程；路基设计；路基边坡；极限高度；软基处理
近年来，我国公路工程建设事业突飞猛进，特别是高速公路建设更是向世界前列高速发展。由于公路工程比一般工程所要求的质量要更高，因此，公路工程路基设计显得尤为重要。
在路基设计中会经常碰到软土地基处理问题，在路基设计中有针对性地加强对公路软土地基的处理，是保证软土路段满足公路营运的必然选择。
1 工程概况
某公路工程全长32.6km，设计标准为双向四车道，设计速度为120km/h，路幅宽度为26.0m。沿线软土广泛分布且较厚，并呈现由河床至两岸逐渐变薄的趋势，厚度为0.8m～43.8m，最厚范围为里程K24+100～K32+600（厚度大于30m），顶部普遍分布有一层软可塑状亚粘土，厚0.5m～1.5m，软土下卧层多为亚粘土、砂性土或砾石，沿线分布有几段高边坡。
2 路基设计
2.1 一般路基设计
2.1.1 路基设计组成如下
(1)整体式路基整体式路基宽度为26.0m，其中，行车道2×2×3.75m、硬路肩2×3.0m（含右侧路缘带2×0.5m）、中间带3.50m（中央分隔带2.0m、左侧路缘带2×0.75m）、土路肩2×0.75m；
(2)分离式路基适用于隧道出入口的路基，单幅路基宽度为13.0m，其中：行车道2×3.75m、硬路肩3.0m（含右侧路缘带0.5m）、左侧路缘带1.0m、土路肩2×0.75m。
2.1.2 超高方式、设计标高及路拱横坡
超高方式、设计标高及路拱横坡的具体设置如下：
(1)路线平曲线半径小于5500m时，在曲线上设超高，对于整体式路基，超高采用绕中央分隔带外边缘旋转的方式，超高过渡在缓和曲线内完成；对于分离式路基，超高采用绕各自的行车道中心线旋转的方式，超高过渡在缓和曲线内完成；
(2）对于整体式路基，路基设计标高为距路线中心线1m处的路面标高（中央分隔带边缘路面标高），对于分离式路基，路基设计标高为各自行车道中心线处的路面标高；
(3）正常路段的行车道和硬路肩采用2%的路拱横坡，土路肩横坡为4%。
2.1.3 路基边坡坡率
路基边坡坡率具体设置如下：
(1）一般填方路段的边坡坡率见表1，护坡道宽2m，护坡道和边坡平台分别设置外倾3%和2%的横坡
(2）一般挖方路段边坡，按岩石风化情况、土质条件采用不同的坡率，全风化、土质边坡的坡率为1：1～1：1.5，强风化边坡坡率为1：0.75～1：1.25，弱风化边坡坡率为1：0.5～1：0.75，微风化边坡坡率为1：0.3～1：0.5，边坡高度均按10m控制，平台宽2.0m，平台内侧修筑40cm×40cm的拦水沟，第一级边坡坡脚设置2m宽的碎落台；
(3）深挖路堑（高边坡）是指土质边坡高度≥20m或岩质边坡高度≥30m的边坡，路堑高边坡坡率采用特殊设计。
表1 填方路堤边坡坡率
2.1.4 纵横向填挖交界处处治设计
本工程斜坡路基主要分布在沿山腰布设的地段，在路线纵向填挖交界处及一般斜坡路基横向填挖交界处，很容易出现路基开裂甚至滑移。为减少因不均匀沉降而引起的开裂和滑移，本项目采取了如下措施：
(1)对所有自然边坡坡度大于1：5的路段，均按要求挖台阶填筑，挖台阶后回填应严格按给定的压实度标准实施；
(2）在路线纵向填挖交界处及横向半填半挖处设置了三层TGDG50土工格栅和一层玻璃纤维土工格栅（设在沥青面层内），单向土工格栅应先进行预拉，并用U型锚钉锚固；
(3）为防止水对斜坡路基的影响，斜坡路基内设置纵横向排水设施。
2.1.5 路基边坡防护设计
(1)填方路段
填方路段防护设计如下：
①填土高度小于4m时，边坡采用植草或铺草皮防护；填土高度为4m～6m时，边坡采用三维网植草防护；填土高度为6m～8m时，边坡采用拱形骨架植草防护；填土高度为8m～12m时，分两级边坡，两级边坡分别采用拱形骨架植草和植草防护；填土高度大于12m时，分三级边坡，上两级边坡采用拱形骨架植草防护，最下一级边坡视该级边坡高度采用植草或拱形骨架植草防护；
②护坡道、土路肩、排水沟外侧至界桩范围均采用植草防护；
③过鱼塘、水田、菜地路段采用M7.5浆砌片石铺砌护坡或护脚。
(2) 路堑挖方边坡
路堑挖方边坡防护设计如下：
①一般土质边坡和全风化、强风化边坡采用植草或铺草皮（边坡坡度缓于1：1）、挂网植草、拱架植草防护；
②弱风化、微风化岩质边坡除高边坡采用护面墙外，其余地段均采用喷混植生防护；
③当采用护面墙时，边坡平台或碎落台种植爬山虎等攀爬植物；
④碎落台处填筑30cm粘性土，其上植草或铺草皮进行绿化；
⑤碎落台和边坡平台设置30cm厚的M7.5浆砌片石或喷射10cm厚的C20混凝土防护（岩石地段），并在边坡平台设置平台截水沟。
(3) 挡土墙防护设计
挡土墙防护设计如下：
①在边防公路、中天大道地段，由于直接放坡将侵占边防公路、中天大道，因此在路基右侧设置衡重式、重力式路肩或路堤挡土墙，墙身采用M7.5浆砌片石砌筑，墙底垫层采用C15片石混凝土，片石抗压强度不小于30MPa，墙面用M7.5砂浆勾凸缝；
②挡土墙与排水沟之间的护坡道铺砌40cm厚的M7.5浆砌片石，片石上填筑30cm的耕植土，并间隔0.5m种植爬山虎。
2.2 软基治理
2.2.1 地基极限高度分析
一般软土地区路堤的极限高度为3m～5m。本工程软基主要分布在互通立交及山间洼地等地段。互通立交范围内软土一般为淤泥、淤泥质亚粘土，厚度一般在15m左右，物理力学性质极差；山间洼地地段软基主要分布在K22+650～K23+250、K38+210～K40+012、K43+360～K43+450段落，软基埋深从4.2m～12.9m不等，软基厚度为1.0m～9.5m；其余段落，如K45+550～K45+670、K46+440～K46+500、K47+280、K47+360、K47+550～K47+800，均存在埋深小于5m的软基，软土一般为淤泥质粗砂、淤泥质砾砂、淤泥质亚粘土。极限高度计算方法如下。
均质薄层软土地基路堤极限高度为：
He=NS（CK/γ）
式中：
He―极限高度（m）
CK―软土的剪粘聚力（kPa）
γ―填土的容重（kg/m3）
NS―稳定因素，与边坡角β和深度因素nd（nd=（H+d）/H，其中，H为填土高度，d为软土厚度）有关，可由相关图表查得。均质厚层软土地基路堤极限高度为：
HE=5.52（CK/γ）
式中符号意义同前。
对于非均质软土地基的路基极限高度，由于非均质软土地基土层比较复杂，各层性质不同，其路堤极限高度需要用圆弧法计算确定。条件允许时可由筑堤试验确定。
对于有硬壳层的软土地基的路堤极限高度，当覆盖在软土层上强度稍高的表层上厚度>1.5m时，应考虑其应力扩散，减少地基沉降的效应，此时极限高度He为：
He=NS（CK/γ）+0.5H
式中：
H―硬壳层厚度（m）。
2.2.2 地基处理对策
根据分析结果和工期要求，软基处理方案如下：
(1）软基深度超过12m或填土高度超过6.5m的桥头软基路段采用管桩托板+钢塑土工格栅处理，并进行超载预压，预应力混凝土管桩采用PHC桩，直径为30cm，壁厚8cm，管桩离心混凝土强度为C70，桩顶托板采用C25钢筋混凝土；管桩参数分别为：管桩单桩设计承载力要求达到400kN，复合地基承载力设计值为150kPa，钢塑土工格栅为CATT60-60钢塑土工格栅，钢塑土工格栅每延米抗拉强度不小于60kN，屈服伸长率不超过3%，宽度为4m～5m；
(2）软基深度不超过12m或填土高度不超过6.5m的桥头、涵洞软基路段采用水泥搅拌桩+土工格室复合地基处理，并进行超载预压，水泥搅拌桩采用42.5#水泥，单桩设计承载力为120kN，复合地基承载力设计值为130kPa，土工格室采用100-400型，格室高10cm、宽40cm，要求格室片厚不小于1mm，格室焊接处结合力不小于1000N；
(3）最终沉降量小于1.2m或填土高度不超过6.5m、沉降量较小时，采用塑料排水板超载预压处理，并设置1～3层土工格栅，当填土高度小于4m时，不设置土工格栅；
(4）软基埋深不超过5m时，采用换填处理。
3 结语
本工程路基经过科学设计，在施工过根据实际情况不断优化，经过检测分析，路基质量完全符合工程标准。实践证明，软基处理是路基设计中的重要内容，在路基设计要用科学的态度处理好软基问题，采取合理的处理方法，对保证整个工程质量有着重要意义。
参考文献
[1] 甘善杰，浅谈高速公路路基设计特点[J]路基工程，2001.10
[2] 胡伟 程平 余良德 吴炎 郭翌葵 余泽新，湖北荆宜高速公路膨胀土路基设计[J]中外公路.2002.12
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。823
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