公路路基设计中的常见问题及处理方法

高海燕

山东华远公路勘察设计有限公司，山东 潍坊 261061

近年来，随着交通网络的不断完善，公路项目的建设数量日益增多，规模日益扩大。路基工程是影响公路建设水平的最关键因素，必须充分重视路基的设计质量。如果路基设计方案不合理，可能导致公路在运营期间产生各种病害，造成严重的经济损失、人员伤亡及不良的社会影响[1]。因此，研究公路路基设计中的常见问题及处理方法具有十分重要的工程意义。

1 公路路基设计常见问题

1.1 路基边坡形式及防护方案不合理

路基边坡稳定易受到地形地貌、施工技术等因素干扰，尤其是山区公路，往往地会遇到较大规模的高填深挖，改变原有的应力场和地质条件。如果对边坡设计不合理，会使得边坡安全系数较低，从而引发边坡大变形、滑坡、坍塌等灾害[2]。

1.2 路基排水不畅

水对公路路基的损毁十分严重，路基大多数病害都直接或间接和水相关。这是因为水分渗进路基后，路基在外界环境变化和反复车辆荷载的作用下抗变形能力和整体稳定性降低，从而影响路面的使用性能。路基中的水分主要源于四个方面：

（1）中央分隔带下渗水。如果中央分隔带未铺防水层或设置内部排水设施，雨水容易下渗进路面结构层和路基内部。

（2）路面下渗水。降雨结束后，一部分雨水会通过路面裂缝渗入路基内部。

（3）侧向渗入水。当地表存在大量积水且路堤高度较低，或路基坡面未做防护时，水容易从边坡坡面渗入路基内部。

（4）毛细水上升。如果路基填料为粉质土，且处于地下水位较高的区域，那么地下水会沿着土颗粒间的孔隙上升至路基，上升高度与土体孔隙大小、初始含水率、压实度等参数密切相关。

1.3 软弱土层处治不当

相对于碎石、砂砾土等优质路基填料，软土具有承载力低、含水率高、流变性明显的特点，属于不良地质的范畴，不宜在软土地基上直接填筑路基或将软土作为路基填料。在软土地基上填筑路基之前，应先对软土进行处理。

1.4 路基沉降过大

公路路基沉降处治不当，可能导致边坡失稳破坏、路面开裂等病害，会对路面使用性能、通行能力等产生直接的影响。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总变形的75%以上。随着路基填土高度的增加，填土自重荷载越大，在地基土中产生的附加应力越大，会使得路堤本身沉降和地基沉降量不断增加。尤其是高填方路基，沉降过大的现象十分普遍[3]。

2 公路路基设计问题的处理方法

2.1 对边坡形式及防护方案不合理的处理办法

（1）边坡形式确定。公路路基边坡形式主要有直线形、折线形、台阶形三种，如图1所示，h为边坡高度，b为边坡宽度。其中，直线形边坡设计施工简单，从坡顶至坡脚坡度相同，适用于路基边坡高度较小（不超过10m）的路段；折线形边坡从坡顶至坡脚坡度不同，一般上陡下缓，变坡点通常布置在岩土性质差异较大处，同时，为了控制边坡施工质量，折线变坡点往往以2～3次最佳[4]；台阶形边坡是每8～10m布设一个平台以减小降雨对坡面的冲刷，提高边坡稳定性，平台宽度不小于2m，并设置2%～4%横坡。

图1 路基边坡形式

（2）边坡坡度确定。土质路基边坡在确定坡度时应主要考虑边坡高度、地下水位、用地范围等因素，岩石路基边坡应综合考虑岩性完整性、坚硬度、地质构造、水位高低等因素确定坡度，尤其对于风化严重的岩石边坡，边坡坡度可适当放缓，设计人员可参考《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）中对边坡坡度的建议值。

当路堑边坡高度大于20m或填土路堤边坡高度大于20m或填石路堤高度边坡大于30m时，应计算路基边坡安全系数，并根据计算结果确定合适的边坡形式、边坡坡度等。

（3）边坡防护方案确定。公路工程中常用的边坡防护措施主要有刚性防护、柔性防护和复合型防护三种类型，具体边坡防护形式如表1所示。

表1 边坡常见防护措施

2.2 路基排水处理方法

路基排水设计一定要建立完整的排水系统，边沟、排水沟、截水沟等常用排水设施要根据项目特征和排水需求来拟订方案。此外，还可从以下方面加强路基排水效果[5]：（1）中央分隔带设置地下排水设施来收集渗进中央分隔带内部的水分，且每隔100～200m设置集水井与横向排水管将水排出。如果条件允许，还可在中央分隔带植草绿化。（2）路基边缘处设置纵向碎石排水盲沟，坡度与路线纵坡保持一致。纵向盲沟可用于汇集渗进老路路面结构的各种水分。（3）设置路基排水层，该结构与路面垫层类似，排水材料可选择碎石、砂砾等，其功能是阻隔地下水或路基两侧水流以毛细水的形式上升至路基内部，降低水分对路基强度及整体稳定性的影响。路基排水层往往设置在路基内部（距离天然地表10～20cm），还应保持至少4%的横坡，以便路基内部水分排出。

2.3 软弱地基处理方法

（1）换填法。换填法在软土地基处理中的应用范围最广，是将地基中的软土挖除，再分层回填压实强度高、颗粒级配良好、透水性好的砂石料作为路基持力层。换填法施工方法简单，造价低，适用于软土深度不超过3m的地基处理。

（2）强夯法。强夯法是通过起重装置将一定重量的夯锤抬高至设计高度，然后使夯锤脱钩自由降落，利用夯锤的冲击能来夯实软土地基，以提高其强度与承载力。强夯法的加固机理是基于动力固结理论，即夯锤在土层中产生较强的应力波，使得土体原来的骨架结构被破坏，加速土体的固结，减小土颗粒间距和孔隙体积，形成新的土骨架结构。

（3）水泥搅拌桩加固法。水泥在软土地基中搅拌形成复合地基，将原地基分成加固区和非加固区，其加固机理主要体现在增强体的设置对加固区土体有挤密作用、加筋作用等。同时，水泥搅拌桩间的粗粒土透水性好，会在地基中形成良好的排水通道，这些排水通道会大幅减小软基中的排水距离，加速软土固结，以提高软土地基承载力。

2.4 路基沉降处理方法

首先，要加强野外勘察，充分收集公路沿线地质资料，尽可能避免高填方路堤。如果高填方路基处在填挖交界或纵坡较大路段，可开挖台阶来提高路基的整体稳定性，减小路基沉降。其次，进行路基设计时要选择合理的处治措施，比如铺土工格栅、采用轻质填料等。

（1）铺土工格栅。填方路基各层之间铺土工格栅，可以形成加筋土，提高土体的抗剪强度、抗压强度和压缩模量，降低填料的可压缩性，从而减小路基沉降变形。

（2）采用轻质填料。轻质材料一般重度较小，因而路基填筑采用轻质材料能有效地降低作用在地基上的荷载，从而减小土体中的附加应力和沉降变形。在填筑轻质材料路段和一般路基之间要开挖台阶设置过渡段，台阶高度在0.5～1.0m，坡比宜为1：1～1：2，以确保路基的整体稳定性。

3 结论

文章分析了公路路基设计中的常见问题，并提出了相应的处治措施，主要得到以下结论：（1）为了提高路基边坡的稳定性，设计时应当选择合理的边坡形式、边坡几何参数及坡面防护方案。（2）路基排水设计应当根据项目特征和排水需求建立完整的排水系统。（3）路基遇到软弱地基时，可采用换填法、强夯法、水泥搅拌桩加固法等处理，后再填筑。（4）进行路基设计时可通过铺土工格栅、采用轻质填料等措施来减小路基沉降。