改扩建道路路线及路面路基的设计探讨

张昌兴

（福建省永信交通设计院有限公司，福建 三明 366000）

0 引言

公路在我国社会经济发展中发挥着重要作用，但一部分公路由于修建年代久远，路面损坏严重，已经难以满足当下的使用需求，所以亟需对道路进行改扩建。在对旧有道路进行改扩建时，为保证施工质量与效率，降低施工成本，满足人们的实际需求，要结合实际工程项目做好改扩建道路路线及路面路基的设计。对旧道路进行加宽与扩容等改扩建施工，增加道路内的车道，不仅能让车辆行驶更加安全，还能提高效率，减少拥堵。本文结合G356线永安曹远樟至泥坪公路的改造对改扩建道路路线及路面路基的设计进行分析探讨。

1 工程概况

G356线永安曹远樟至泥坪公路工程全长11.195km，是福建省西部山区通往沿海的重要通道。本段旧路为三级道路，设计时速30km/h，路基宽7.5m，路面宽7.5m。路面为全幅式混凝土。由于旧路存在急弯陡坡线路，且路面破损严重，已经难以适应当下的实际需求，所以亟需对该路段进行改扩建，拓宽道路宽度，提升道路的稳固性。

2 改扩建道路的路线设计

2.1 平面线形的设计

平面线形设计要求能结合原有道路线形，确保在改扩建之后道路的安全性与稳定性。直线段、缓和曲线等是平面线形设计的主要内容，在设计期间为尽量减少对交通的影响，要按照车辆行驶轨迹进行设计[1]。直线段设计时，为保证安全性，避免过于单调引起驾驶员疲劳，对于直线段长度必须合理设计，避免长度不合理而引起交通事故。在道路行车安全中，平曲线半径会让车辆在驾驶期间于平曲线上做离心运动，车辆在行驶过程中当发生摩擦力不足的情况，容易出现车辆的侧倾情况，驾驶员的心理会受到影响，从而影响其安全驾驶。所以限制行车速度与减小平面曲线的半径是研究的重点所在。在平面线形设计中要做好各项参数设计与确定，具体见表1。

表1 平面线形设计指标参数

2.2 纵面线形设计

纵面线形设计要与原有道路相结合，利用好原有道路的线形，并不断优化设计，确保车辆行车安全[2]。在竖向平面内道路线形发生变化，主要有坡长、坡度与竖曲线半径。如果坡度设计过大，加上车辆刹车不灵敏，就会增加安全事故的发生率。所以为减小坡度对行车安全的影响，应合理控制道路坡度设计。为避免发生安全事故，在设计竖曲线半径时，需限定最小值。在该项目中出于安全以及原有道路的实际情况，采取不同程度的绕行，并结合平面线形与纵面线形综合考虑。在直线基础上，利用部分圆曲线与缓和曲线设计，以此避免公路投运后驾驶员出现疲劳驾驶问题。在该项目中采用的最大纵面为7%，平均纵坡设计采用值为≤5%，任意连续3km平均纵坡为≤5%。竖曲线最小半径与竖曲线长度的各项参数见表2。

表2 竖曲线最小半径与竖曲线长度的各项参数

2.3 线路布置原则

（1）在线路布置时要对线路所在区域的地质、水文等情况进行了解，对线路进行科学布置；

（2）利用好地形，选择合适的技术指标，控制好成本费用；

（3）加强对环境的保护，减少对生态环境的破坏与污染，布线设计要与周围环境相协调，减少高填深挖路基工程；

（4）空间线形需保持连续，协调好平、纵与横线形，为行车提供更加安全与舒适的路线。

2.4 安全设计

为减少安全事故的发生率，确保能为全线交通提供更加安全的环境，要求在线路设计过程中重视安全设计，安全设计主要有道路交通标志、标线等。在线路中交通标志能为司机提供指引，一般会设置在道路两边与上方。标志牌主要有警告、禁令等几种类型，需分别设置在不同位置。合理设置交通标线能对交通流进行引导。在桥梁两侧、急坡等位置设置防撞护栏，为行车提供安全防护。

3 改扩建道路的路面路基设计

3.1 路面结构设计

结合当地实际情况，坚持安全性、经济性等基本理念，以双轮组单轴载100kN（BZZ-100）为标准轴载，使用水泥混凝土路面。路面结构设计必须重视3个要点：

（1）结构层选择。在结构层选择前，要了解项目所在区域内的筑路材料，可以选择碎石、砂砾石等作为路面基层及垫层材料。通过调查分析及施工经验等，最终确定路面基层、底基层的材料分别为5%水泥稳定碎石与级配碎石，能保证水泥混凝土路面具有较强的稳定性。

（2）路面结构的确定。水泥混凝土路面结构设计基准期为20年。车道的标准轴载在设计基准期内为2738.785×104次，道路属于重型交通。面层为26cm厚的水泥混凝土；基层为20cm厚的5%水泥稳定碎石；底基层为0~18cm的级配碎石。同时要求土基回弹量控制在60MPa以内。

（3）路面排水。采用分散漫流排水方式作为排水，沿路线纵坡和路拱横坡路面水会流到路基边坡进入到路基边沟，并将其排在路基以外。

3.2 路基设计

3.2.1 不良地质的处理

在路基正式施工前要对不良地质进行了解与处理，在该项目中所在区域地质结构稳定，地质构造简单，并没有出现断裂破坏等问题，且不存在泥石流、地裂等各类不良地质。地形相对比较简单，在项目附近没有发现可以诱发不良地质的因素。所以在施工前无需对不良地质进行处理。

3.2.2 路面横断面布设及超高、加宽方式

为满足现有的交通运输需求，公路的横向加宽在改扩建道路中比较常见。在公路加宽时有单侧分离加宽、单侧拼接加宽。该项目公路属于二级公路，设计速度为40km/h，路基宽度为12m。其中车道宽度为3.5m，路肩宽度规范标准与采用标准分别为0.75m与2.5m，路基总宽度规范标准与采用标准分别为10m与12m，路拱横坡度规范标准与采用标准分别为≥1.5m与2m。超高设置在平曲线半径<600m的位置，绕行车道中心线采取超高旋转方式。

3.2.3 路基设计要点

深挖地段的判定标准是路堑边坡高度＞20m，土质与石质边坡坡率分别为1∶0.75~1∶1.2与1∶0.5~1∶1。将1m宽碎落台设置在路基边沟外，将截水沟设置在边坡顶水平距>5m处。填方边坡高度超过8m的路堤地段，按8m高度在上部边坡分阶，按12m高度在下部分阶。设2m的平台于边坡处，在一部分填方边坡坡脚处可以设置路堤墙等。

将过渡段设置在填方和挖方结合部的纵向，在挖方内设置过渡段，过渡段长度、深度需分别控制在10m以内、0.8~1.5m开挖结合部的挖方段形成路槽。填方和挖方结合部的横向为加强结合部的整体性，要求开挖宽≥2m的台阶在填方的边坡上，台阶面属于向内横坡，坡度为2%~4%。将横向盲沟设置在挖填方高度的交界处，设置一层透水性材料在路基的回坡脚位置。路槽需在挖方路基设计标高下开挖，开挖深度为0.3~0.8m。在处理浅层淤泥路段期间，可以采取“清淤+换填碎石土”的工艺。

3.2.4 路基填料

（1）填料选择。路基填料主要由级配较好的砾类土、砂类土等组成，控制好最大料径，不宜超过150mm。路基的土石方工程量较大，一部分作为填料，剩余的全部运输到弃土场；填料在路床中的粒径不宜超过100mm，砾类土、砂类土等作为填方路基的填料，粒径不宜超过150mm；填料的液限需<50%，塑性指数需<26；不得在浸水路堤段使用粉质土填料。

（2）路基填料最小强度（CBR）。CBR是表征路基土、粒料的指标。在该项目中采用水泥混凝土路面，要求路基填料最小强度符合要求。在填方路基中上路床在路面地面以下深度为0~30cm处，CBR为6%；下路床路面地面以下深度为30~80cm、80~150cm、150cm以下的，CBR分别为4%、3%、2%。对于零填及挖方路基，在路面地面以下深度为0~30cm与30~80cm的CBR分别为6%、4%。

（3）路基压实要求。分层铺筑路基，保持压实均匀，且采用重型标准压实。对于压实度的控制需符合具体要求。填方路堤路槽底面以下深度为0~80cm、80~150cm、＞150cm的压实度需分别控制为≥95%、≥94%、≥92%。

3.2.5 补强设计

在原有路基改扩建之后，要考虑路基横断面之间的宽度差。对拼宽部分路基压实度要求较高，所以必须采取更加可靠的方式。通过合理的补强措施，提升路基的稳固性。使用切割设备将旧路切割整齐。在铺筑前需更换破碎板，对裂缝进行修补和填封，将错台磨平，板底脱空可采取压浆填封措施，将旧混凝土面层表面的松散碎屑等清理干净，将接缝中失效的填缝料等剔除，重新封缝。在旧混凝土路面表面洒布粘层油。设搭板过渡于水泥混凝土路面与沥青混凝土路面的纵横向接头处。对半刚性基层路面反射裂缝进行防治期间，可以将一层3m宽的玻纤网铺设在新旧路基的结合部的中面层顶面，采用专用锚具固定玻纤网，之后洒布粘层油。玻纤网要求具有较强的强度，其各项指标参数控制为：网孔尺寸15mm×15mm、抗拉强度＞50kN/m、最大负荷延伸率＜3%、搭接宽度20cm。

3.2.6 路基支挡、加固及防护

（1）路基支挡钢护设计。为对路基的稳定与坡脚的河沟等进行保护，在收缩边坡时对挡土墙、护肩等圬工构造物也进行了设置，设置的基本形式结构为石混凝土结构。

（2）路基坡面防护设计。在该项目中，为确保路基边坡的稳定与安全，按照要求采取不同的防护措施。拱形骨架护坡是填方路基采用的护坡形式，将草皮种植在护坡表面，起到有效减少雨水冲刷与美化环境的作用。在开挖边坡表面采用“护面墙+窗孔式护坡”形式。采用护面墙+路堑挡墙的组合进行开挖受限地段的防护。对于一般填方路段，边坡坡度为1∶1.5的可以采用种草护坡。

3.2.7 路基排水

路基排水需设置排水沟，呈倒梯形，设计尺寸为60cm×60cm，如果路段受限可以采用矩形沟，设计尺寸为60cm×60cm，采用C20片石混凝土作为沟深。道路两边现有相连的排水系统可以使用涵洞进行连接，要求边沟纵坡控制在0.5%以内。

3.2.8 取土、弃土设计

在该项目中，土石方数量总体挖方大于填方，为避免影响环境、占用良田，在指定地点集中弃土。在沿线附近的指定地点作为废弃土方的处理点，当弃方场的环保指标不达标时，不要靠近库线，且减少弃土运距。在K2+700左侧500m空地处、K7+800右侧山垇处分别设置1#弃土场与2#弃土场。路线用地除路线本身占用土地外，对施工场所采用租地的办法并尽量少占耕地，对不得已而占用的耕地在施工完成后应整地还耕。

4 结束语

改扩建道路路线及路面路基的设计关系着公路技改后的安全与稳定，所以要求做好改扩建各个环节的设计。通过科学合理的设计，能为路线及路面路基施工提供支持，确保道路在改扩建之后能满足实际需求，且能有效避免交通事故，充分发挥道路在我国社会经济发展以及各地交流与沟通中的作用。随着我国社会经济的快速发展，旧有道路越来越无法满足交通实际需求，未来道路改扩建工程会不断增加，该项目是未来其他改扩建道路工程的成功范例，其经验值得总结和借鉴。