高速公路路基最小填土高度的計算與探討

張葆永 王 林

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710068)

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高速公路路基最小填土高度的計算與探討

張葆永 王 林

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710068)

針對平原微丘區高速公路路基多以低填為主、土石方多以借方為主的情況，提出路基填土的高度直接關系到高速公路的安全運營和土石方數量的大小，因此確定路基的最小填土高度顯得尤其重要，對路基最小填土高度的計算進行了詳細的介紹。

平原微丘區，路基工程，最小填土高度

我國地域廣袤，西部山巒起伏，東部多為平原及低緩丘陵。平原微丘區往往人煙稠密，耕地密布，土地價值較高。高速公路在平原微丘區通過時，路基以填方為主，路基填料來源較少。填土高度過低，易因地下水位及行車荷載作用，對路基造成不利影響，導致路基路面出現病害、使用壽命減短。填土高度過高，則路基土石方數量較大，占地面積較大，造成建設費用和土地資源的浪費。因此，確定合理的路基填土高度，是高速公路安全運營的保障，也能避免公路建設以及土地資源的浪費。

1 高速公路的最小填土高度

高速公路沿河及受水浸淹的路基，路基高度應高出1/100的洪水頻率的計算水位加壅水高、波浪侵襲高和50 cm安全高度。一般路段路基高度應不受地表積水及地下水的浸潤影響。同時，路基設計時應綜合考慮項目所在區域的地形、地貌，通道分離立交設置情況，以及路基填料情況、排水系統等因素確定路基填土高度。本文就從以下三方面來探討高速公路路基最小填土高度：

1)由路床頂面干濕狀態確定的最小填土高度；2)由路基受力狀態確定最小填土高度；3)由高速公路中央分隔帶排水需要確定最小填土高度。

2 路基最小填土高度的計算與探討

2.1 由路床頂面干濕狀態確定的最小填土高度

為了保證路基的穩定，路基設計時路床頂面應保持干燥或中濕狀態。即要求路床頂距地下水或地表積水的距離不小于干燥、中濕狀態所對應的臨界高度。如圖1所示，H2為路床處于中濕狀態的臨界高度(至地下水位)；Hc為路面結構層厚度；W為半幅路基寬度；i%為路拱橫坡；h為地下水位距地表高度；H為路基最小填土高度。要保持路床處于中濕狀態，須H-Hc-W×i%+h>H2，則由路床頂面干濕狀態確定的路基最小填土高度H>H2+Hc+W×i%-h。

2.2 由路基的受力狀態確定的最小填土高度

路基是公路的承重主體。路基承受行車荷載作用，主要應力作用在路基工作區范圍之內。為滿足輪載在地基中引起的變形和剪應力要求，需對路基受力范圍內的填料加強碾壓，以提供足夠的強度和應力擴散能力。

1)路基工作區。車輪荷載引起的應力σz和路基土自重所引起的應力σB構成了路基內任意一點Za處的垂直應力。當車輪荷載引起的垂直應力σz與路基土自重所引起的應力σB的比例很小時(不超過1/n=1/10～1/5)，該深度Za范圍的路基稱為路基工作區。路基工作區深度Za可用下式計算：

從而得出路基工作區深度Za：

其中，Za為路基工作區深度，包含路面厚度，m；P為車輪荷載，BZZ-100，kN；K為應力系數，取0.5；γ為土的容重，kN/m3；n為系數，n=5～10。

2)路基土層當量厚度。高速公路一般采用瀝青結合料類面層及無機結合料類基層。路面材料與土基為非均質體。要計算路基工作區Za，需將路面材料與土基折算為均質體再進行計算。柔性路面的當量厚度換算公式為：

其中，Ze為各層路面換算為路基土層的當量厚度之和，m；hi為路面各結構層厚度，m；Ei為路面各結構層抗壓回彈模量，MPa；E0為土基的抗壓回彈模量，MPa；m為開方指數，對于多層柔性路面，m=2.5(介于塑性體m=2與彈性—剛性體m=3之間)。

換算當量厚度Ze的路面結構應包含路床頂面以上的所有層位。路基工作區在路面以下土基中的深度即為Za減去Ze。要保證路基的工程質量，就要使路基工作區滿足車輛荷載引起的變形和剪應力強度要求。而為了減少換填基底工程數量，最好保證路基工作區在路堤內部。因此，由路基的受力狀態確定的最小填土高度H=Za-Ze+∑hi。

2.3 由中央分隔帶排水需要確定的最小填土高度

降雨量較大的地區，中央分隔帶應設置完善的防排水設施，保證雨水滲入后能及時排除，避免對路基造成不利影響，降低路基路面承載能力。中央分隔帶內部宜設置由防水層、縱向排水滲溝、急流槽和橫向排水管等組成的防排水系統，見圖2。

要保證橫向排水管能將中央分隔帶水順利排除，則路基高度要保證中央分隔帶橫向排水要求。假定路面厚度為Hc，半幅路基寬為W，橫向排水管坡度i%(一般與路拱橫坡一致)。則由中央分隔帶排水需要確定最小填土高度H=Hc+W×i%(計算時尚應根據各項目中央分隔帶排水設計具體情況適當調整)。

3 結語

平原微丘區高速公路路基最小填土高度為由路床頂面干濕狀態、路基的受力狀態、中央分隔帶排水需要三者確定的最小填土高度的最大值。高速公路在平原微丘區布線時，在滿足路基最小填土高度要求的同時，要避免填方過高造成浪費。若受地物限制，無法滿足以上三者確定的最小填土高度，則應采取工程措施，保證路基穩定。

[1] JTG D30—2004，公路路基設計規范[S].

[2] JTGT D33—2012，公路排水設計規范[S].

[3] JTG D50—2006，公路瀝青路面設計規范[S].

[4] 交通部第二公路勘察設計院.公路設計手冊——路基[M].北京：人民交通出版社，1996.

[5] 陳忠達.路基路面工程[M].北京：人民交通出版社，2009.

[6] 毛愛民.路基換填深度的計算與探討[J].山西建筑，2009，35(7)：273-274.

Study on highway minimum subgrade filling height

Zhang Baoyong Wang Lin

(ChinaCommunication1stHighwaySurvey&DesignAcademyCo.,Ltd,Xi’an710068,China)

In light of plain area highway subgrade features, such as low-filling orientation, earthwork with debtor as orientation, the paper points out that: subgrade soil-filling height directly determines highway safety operation and earthwork amount. Therefore, it is important to determine minimum subgrade soil-filling height, and finally introduces minimum subgrade soil-filling height computation.

plain area, subgrade engineering, minimum soil-filling height

2015-04-03

張葆永(1987- )，男，工程師； 王 林(1983- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)17-0109-02

U416.1

A