低等级公路改建工程中的填砂路基设计

徐路琦

(湖南常德路桥建设集团有限公司， 湖南 常德　415000)



低等级公路改建工程中的填砂路基设计

徐路琦

(湖南常德路桥建设集团有限公司， 湖南 常德415000)

摘要：对于缺土富砂的地区，采用河砂填筑路基具有较好的社会和经济效益。以低等级公路改建工程为例，从路基断面、路基填料、边坡、路基排水等四个方面对填砂路基进行合理性设计，期望获得较好的实际效果。

关键词：改建工程； 填砂路基； 压实特性； 边坡防护

0前言

在国家提倡节约土地资源的大背景下，如何解决路基填料匮乏是目前公路建设中遇到的一大难题。在冲积平原地区河流分布较多，河砂较为丰富，用砂代替土、石填筑路基不仅可有效解决上述难题，还可以疏浚河道、保护生态环境、节约大量耕地，对于低等级公路改建工程而言，填砂路基还可以减少工后沉降，改善新老路基搭接不顺的情况，因此低等级公路改建工程中采用填砂路基具有显著社会和经济效益。

1总体设计

由于河砂不易压实，且失水后容易导致路基稳定性差等缺点，在低等级公路改建工程的填砂路基设计中，需重点解决路基边坡的稳定性、防冲刷、压实以及排水问题。本文从路基断面、路堤填料、边坡及坡面防护、路基排水等四个方面[1]考虑设计的合理可行性，从而达到预期的实际效果。

1.1路基断面

目前国内部分高速公路采用了填砂路基[2]设计，填砂路基一般由河砂、包边土和顶封层等部分组成(如图1)。

图1　高速公路填砂路基断面

而对于低等级公路特别是改建工程，目前采用填砂路基的设计和工程实例较少，在填砂路基断面设计时，应根据公路等级和公路改建的特点，按照“经济实用、安全可靠”的原则对其进行修正设计，具体填砂路基断面如图2所示。

图2　低等级公路填砂路基断面图(单位： cm)

与高速公路采用的填砂路基相比，修正设计主要增加了底封层、内部排水和台阶搭接等处理，且要求路基高度不得高于8 m[3]。

1.2路基填料

填砂路基的填料主要包括填充路基内部的河砂、用于包边和封层的黏土。填砂路基的质量好坏与填料的性质和压实度有很大的关系，所以在进行填砂路基设计时，应重视路基填料的选择和压实标准的确定。

1.2.1填料选择

1) 河砂。

河砂具有无塑性、透水性强、粘聚力小和内摩擦力大的特点，采用河砂填筑而成的路基强度较大，水稳性也好，易松散不易压实，但河砂压实后的变形较小。因此在选择河砂时应考虑级配、最大粒径、含泥量和最小强度要求等，具体要求为：

① 不得采用含草皮、生活垃圾、树根、腐殖质的河砂；不得使用含有沼泽土、淤泥的河砂；特细河砂不宜作填料。

② 含泥量一般在3%～8%之间，且不能结团集中。含泥量大小会直接影响填砂路基的质量，当含泥量为0时，其粘聚力为0，表面风干易松散且不易压实，而具有一定含泥量的河砂可提高其持水性和粘聚力，有利于路基的压实和边坡稳定性；但河砂中泥土过多会导致水在砂中滞留，不易压实，压实时表层易结块，从而造成表实里不密。

③ 河砂的级配要良好，最大粒径应小于150 mm，有机质含量不应超过5%，细度模数宜为2.0～3.2。

④ 河砂的最小强度要求见表1。

表1 路基填料最小强度要求类别路面底面以下深度/m填料最小强度CBR/%上路堤0.8～1.58.0下路堤>1.57.0

2) 黏土。

黏土具有较大的可塑性、透水性小，粘聚力大和内摩擦力小等特点，干燥时较坚硬，浸水后承载力大大降低，所以在最佳含水率下充分压实后的包边土能较好地保证边坡的稳定性，封层土(包括顶封层和底封层)能保证填砂层上下面的密封，黏土的具体要求主要有：

① 液限指数不大于50%，塑性指数不大于26。

② 最佳含水率为10%～15%，最大干密度为1.6～2.0 g/cm3。

1.2.2压实特性

路基填料的压实是整个填砂路基设计的核心，填料压实与否对路基的质量产生重大影响，所以应对各种填料进行压实特性研究。具体内容包括底封层的压实、路基芯料的压实、包边土和顶封层的压实。

1) 底封层的压实。

设置底封层的目的是为了封住路基与地基之间水的移动，保证填砂路基的水难以渗入到地基中，地基中的水也难以上升到路基中，在设计中采用40 cm的清表回填黏土作为底封层，压实一般分两层进行，压实机械可用静力光轮压力机或者关闭振动的振动压路机。

2) 路基芯料的压实。

填砂路基的芯料是河砂，由于其粘聚力很小，松散不易压实，在压实时按设计断面( 包括包边土范围)分层填筑河砂，然后采用振动压路机分层压实3～4遍，每层厚度不大于30 cm，最后用关闭振动的振动压路机静压1～2遍，为保证河砂与黏土结合紧密，宜在压实后的河砂表面铺1 cm的细砂。

3) 包边土的压实。

设置包边土是为了包住河砂，保持边坡稳定，同时防止边坡上的水流入路基内部，包边土一般采用黏土，在包边土填筑前，应先在碾压好的全断面河砂路基上反挖到原包边部位，为做好包边土与河砂的搭接，还应在河砂边坡上开挖台阶，台阶尺寸为30 cm高(河砂压实层厚)，50 cm宽，然后分层填筑黏土，分层静力压实，包边土厚度一般为50～100 cm。

4) 顶封层的压实。

顶封层位于路基芯料与包边土的顶部，路面结构层的底部[4]，与包边土连在一起，形成倒碗状的路基外壳。主要功能是隔离河砂、防水和抗冲刷。在顶封层设计中一般采用20 cm的黏土，分一层进行静力压实。

1.3边坡设计

与普通路基填料相比，河砂粘聚力偏低，且不易压实，虽然包边土采用黏土，但由于内外路基填料的不同，对填砂路基的边坡稳定性影响甚大，设计中应单独考虑边坡的形式、坡度和边坡防护。

1.3.1边坡形式与坡度

1) 边坡形式。

在冲积平原地区，低等级公路的路基填筑高度一般不大于8 m，所以填砂路基的边坡形式为一级边坡，采用直线型。

2) 边坡坡度。

边坡坡度的大小会影响边坡的稳定性，研究表明[3]，其他条件不变的情况下，坡度越缓，边坡稳定性越好，但坡度太缓会导致占地过多，对于低等级公路而言，填砂路基的边坡宜为1∶1.5。

1.3.2边坡防护

由于河砂粘聚力较低且易松散，为保证路基的稳定性，边坡防护也是填砂路基设计中重点。其中包边土的设置就属于边坡防护的措施之一，其主要功能是包住路基芯料，防止河砂流失，保护边坡免受水流的冲刷，提供植被防护和圬工防护的载体。对于填砂路基而言，边坡防护宜采用骨架植物护坡，其中骨架采用浆砌片石或者水泥混凝土块，骨架内种植物，实现双层防护。

1.4排水设计

对于填砂路基而言，排水设计对路基的稳定性也影响很大，填砂路基排水分为地面排水和地下排水。

1.4.1地面排水

地面排水不畅，容易导致水分从路基顶面和边坡渗入，造成路基内部局部含水率过大。地面排水一般通过横坡和边沟排水，在填砂路基排水设计中，土路肩的横坡度宜比路面横坡增加1%～2%，以加强排水。边坡排水应结合边坡防护同时进行，在边坡坡底1 m以外应设置梯形排水沟。

1.4.2地下排水

由于河砂的透水性好，水分一旦进入路基内部，就易聚集到路基底部的底封层，由于底封层与包边、顶封层形成封闭整体，若不做好地下排水，水分无法完全排出，易导致填砂路基出现翻浆、沉陷等病害，所以在地下排水设计中，在填砂路基底部(即底封层顶面)设置碎石盲沟，盲沟一端深入到路基芯料中，另一端与边坡相接，以将路基内部水分排出，盲沟的纵向间距一般设置为10 m；另外在填砂路基中部还应设置斜向下的Φ10PVC塑料排水管，加强内部排水，排水管间距一般为10 m，呈梅花状分布。

2结语

用河砂填筑路基是解决缺土富砂地区路基用土不足的有效方法，对于填砂路基总体设计而言，路基填料、路基压实(特别是砂土和包边粘土结合处搭接)、边坡防护和排水等问题是设计的重点。这些问题虽然在文中提出了相应的解决办法，但还值得继续探讨，从而为今后大量的低等级公路改建工程带来新技术、新工艺和新材料。

参考文献：

[1] JTG D30-2015，公路路基设计规范[S].

[2] DB36/T 655-2012，公路填砂路基施工技术规范[S].

[3] 蒋鑫，等.高速公路填砂路基边坡稳定性分析[J].铁道工程学报，2008(9)：1-6.

[4] 蒋鑫，凌建明，李进.高速公路填砂路基设计若干关键问题[J].地下空间与工程学报，2011(3)：570-575.

[5] 欧彩云.高等级公路填砂路基压实技术研究[J].路基工程，2013(4)：140-144.

中图分类号：U 416.1

文献标识码：B

文章编号：1008-844X(2016)01-0046-03