城市道路路基設計的方法與要點及實例分析

樊立

摘要：本文結合蕪湖市長江南路的工程實例，根據實際情況論述了該條路段的路基設計方法，提出了相關解決方法以及要求，總結設計方法，并且對路基邊坡防護措施和方法進行了探討。

關鍵詞：新時期;城市道路;設計

引言

路基是按照道路路線和橫斷面要求修筑的帶狀結構物，是路面結構的基礎，路基要承受路面結構的自重以及行車、行人與非機動的重量，還需要承受氣候變化、地表及地下水位變化所造成的水溫影響。路基設計時，必須使路基具有足夠的強度、整體穩定性及耐久性。以下結合蕪湖市長江南路闡述城市道路路基設計要點。

1、工程概況

長江南路為蕪湖市區通往三山區、蕪湖長江大橋開發區新區的一條南北向城市主干道，工程南起臨江工業園區的華電大道交叉口，北至峨山路交叉口，總長17.87Km。道路紅線寬度為60米，設計時速為設計時速：70Km/h，雙向8車道。道路主要穿過農田、溝塘路段，存在大量軟土路基。

2、路基設計原則

在城市道路工程的路基設計工作中，要確保設計工作符合工程建設規范，就必須按照一定的基礎原則開展相關的規劃。其一，城市中的道路不僅要確保交通的安全與順暢，還要考慮到城市的美化以及整體觀賞性，這是城市發展中文化進步和市容改進的客觀要求，所以在路基的規劃布局中就要從基礎上保證道路外貌的呈現，能夠反映出一座城市的文化風貌和特性品格，要突出特色設計要點，并且要遵守環保這一基本原則，保護好城市的生態環境，讓道路的存在使得城市更加美麗，人們出行更加便捷。其二，要確保道路符合城市規劃和各區域發展產生的需求，滿足城市交通的基本條件，對于路基的強度、厚度等各項指標進行分析與研究，根據城市道路的通行標準來設置相應的指標參數。要充分的利用城市有限的土地資源，盡量避免耗費過多的土地資源，從城市整體布局的大局處著眼，用長遠的發展眼光來看待路基設計工作中的各項要求和出現的問題。所以設計人員要切實遵循實用性與科學性的原則。其三，城市道路建設也要遵循當地市場發展的客觀規律，要與當地的經濟和社會發展水平相適應，遵循市場化的相關原則，確保交通道路的多元化用途，為其他市政建設留下空間和余地，實現最大化的社會發展效益以及市場經濟效益。

3、城市建設道路中路基設計策略分析

3.1、路基基礎處理的方案設計

城市基礎具有很多軟弱地層，在這些地層上建設道路，需要關注路基基礎的特性。以軟土為例，軟土路基的力學性能差，如果沒有經過處理或者處理不當，對施工過程以及整個道路的運營階段都有很大的安全威脅。首先，軟土路基的孔隙率高、壓縮性強，使得路基基礎產生永久性的塑性變形，以及很大的不均勻沉降，很容易造成路面施工及運營過程中的局部塌陷問題;其次，軟土路基的流變和觸動性大，使得路基結構在車輛荷載，特別是重載車流作用下出現局部破壞和凹凸等問題;最后，軟土路基的承載性能差，在施工中很容易失去承載力，對施工人員的安全造成很大的威脅，特別是高路基結構的施工。軟弱路基的上述問題，使得設計階段就應該考慮相應的處置方案，處置方案的制訂需要根據軟土路基的分布特點、范圍及風險程度進行選擇。

3.2、填方路基的設計

當路堤邊坡高度H≤10.0m時，其邊坡坡率采用1∶1.5;當路堤邊坡高度10m

坡道。本項目填方路段兩側有較多的魚塘、河溝等，且部分路段填方較高，為保證行人安全及慢行道外側路緣石的牢固，在填方路基外側設置1.0m寬土路肩（安全綠籬）。路基填土前應先清除草皮、表土、樹根等，然后進行填前碾壓或夯實，并達到密實度要求。原路基邊坡線或地面自然坡度（包括縱向）陡于1∶5時，填土前應挖臺階，臺階寬度應不小于2m，并挖成2%～4%的向內傾斜的坡度。

3.3、挖方路基的設計

挖方路塹邊坡坡度根據地形、巖土性質、構造發育情況、水文地質條件、邊坡高度等因素，結合工程地質類比法綜合設計，其設計原則如下：①坡率：弱風化至微風化層采用1∶0.5～1∶0.75，強風化層1∶0.75～1∶1，全風化巖石、土質及碎石土層則采用1∶1～1∶1.5;②邊坡高度一般按10m分級，坡腳碎落臺及平臺碎落臺寬2.0m。直接用作路基填筑的填料，其液限應≤50，塑性指數≤26。填方路基應分層碾壓，每層虛方厚度≤30cm。橋涵臺背和擋土墻墻背應選用透水性填料，如砂礫、石渣等。

3.4、軟土路基的設計

長江南路路線較長，跨越地質條件差異較大，軟基處理是設計的重點、難點。（1）沿線對于填土壓實度能滿足規范要求或地基承載力≥100kPa的土質較好的填筑土路段，對表層清除50cm后即可進行碾壓回填;若達不到要求，則進行換填處理。（2）雜填土、素填土的路段，采用原土翻壓回填或借土回填，地下水位較高的路段底部加設50cm石渣或開山石墊層;地基為淤泥質粘土、軟塑狀粉質粘土的路段，采用借土碾壓回填，地下水位較高的路段底部加設50cm石渣或開山石墊層。（3）沿線借土換填材料可選用土質較好的砂性土;當使用石屑時，要求過0.075篩孔的質量百分率不大于10%。（4）池塘、河流、溝渠等路段，按設計設置圍堰進行排水后施工。圍堰采用內裝粘土的編織袋填筑而成，圍堰頂面應比施工期間可能出現的最高水位高70cm，堰頂寬為1m，堰外邊坡為1∶0.5;堰內邊坡為1∶0.2;坡腳與基坑邊緣距離應據池塘土質和基坑深度而定，且不得小于1m。（5）回填的土層采用機械振動碾壓法碾壓，壓實度須達到95%以上（重型擊實標準），當為橋頭或涵底路段時，可結合重錘夯實法進行處理。

（2）土路床預壓及補充碾壓：

路基處理完畢后，為完成施工期沉降、減小工后沉降，設計要求對于軟基處理段（陸地片石處理、溝塘片石處理、水泥攪拌樁）進行堆載預壓：

①、基準期及容許工后沉降

基準期采用柔性路面，設計使用年限15年，即從開放交通之日起至路面設計使用年限末所發生的總沉降視為工后沉降。其容許值對于一般路段取30 cm，涵洞處取20cm，橋臺與路堤相鄰處取10cm。

②、加載速率

為了確保路堤填土的安全，防止地基失穩，加載填土的施工速率應由施工單位根據地質條件和地基強度增長情況，以及觀測路堤坡變形，分析地基土的塑性變形產生失穩的狀態等綜合考慮確定。設計采用的平均速率：水泥攪拌樁處理路段及填高小于4m的路段取15cm/d，同時考慮每月填土高度小于等于1m，施工中可根據路堤穩定觀測的結果予以適當調整。

③、預壓期

軟基路段預壓期采用180天。

④、預壓高度

軟基路段的預壓方式為等載預壓，預壓高度=路面設計高度+預壓期沉降量+20cm（路面結構層荷載換算為壓實后的土柱高度時增加的土柱高度）。

預壓期沉降量當填筑高度≤1.8m按10cm控制，填筑高度每增加0.5m，預壓期沉降量按10cm遞增控制。

若因工期要求，不能進行堆載預壓，設計要求在軟基處理段（陸地片石處理、溝塘片石處理、水泥攪拌樁）的機動車道范圍采用沖擊式壓實機進行路床頂面補充碾壓。碾壓方法為橫向錯輪碾壓（路基橫斷面兩側邊緣約0.5m部分不壓），碾壓遍數不小于5遍，并注意做好碾壓前后的沉降量記錄。沖擊式壓實機碾壓結束后，需用重型鋼輪壓路機將表面不平整的地方壓平，繼續觀察沉降，待沉降穩定后，再進行下步施工。施工時可先選取100m長的試驗路段施工，試驗段施工過程中，應通知設計人員到場查看沖壓效果，以作必要的調整。

（3）施工觀測

施工觀測是控制路堤穩定的有效方法，是驗證設計的重要手段;同時觀測的沉降量也是計量支付的依據、推算路面鋪筑時間一的基礎資料。施工觀測項目包括沉降觀測和穩定觀測兩項。建議觀測工作由富有經驗的單位負責，現場的測試設備和標志注意加強保護，請施工單位配合。

1）、觀測點位的布設

觀測點布設在路堤中心及兩側路肩，一般軟土路段沿縱向每隔100～200m布設一觀測斷面，預壓施工高度超過5m的路段，縱向每50m設一觀測斷面。橋頭路段應設置2～3個觀測斷面。橋頭縱向坡腳、填挖交界的填方端、沿河塘等特殊路段均應酌情增設觀測點。此外在跨度小于30m的樁基結構物某一端設一觀測斷面。

2）、觀測頻率

①施工期：每填一層觀測一次，路堤填高超過極限高度之后，每天需觀測一次，因故停止施工，每三天觀測一次。

②預壓期間：第一個月每三天觀測一次，第二個月至第三個月每七天觀測一次，從第四個月起每半個月觀測一次，直到鋪筑路面前。

③水準點的設置

水準點應設在不受垂直向和水平向變形影響的堅固的地基上或永久建筑物上，其位置應盡量滿足觀測時不轉點的要求，每三個月用路線測設中設置的水準點作為基準點，對設置的臨時水準點校核一次。

3）、側向位移（穩定）觀測

①側向位移點其基樁的布設

側向位移點布設在路堤兩側的坡腳處，基樁必須布設在坡腳外路堤沉降影響范圍以外，一般情況下應布設在離坡腳20m以外。觀測斷面僅在預壓施工高度超過5m的路段上設置，縱向間距為50m。

②觀測及其頻率

側向位移樁和基樁設置好以后，采用鋼尺量測位移樁與基樁之間的距離，量測鋼尺的拉力為5公斤（或由量測人自定），有條件時也可用紅外測距儀量測。觀測工作在路堤填高超過極限高度時開始，其頻率為每天觀測一次，直至路堤達到設計的施工標高。

4）、不穩定狀態的判斷標準

路堤在填筑過程中，若中心日沉降量達到1.0cm/d，或日測向位移量達到0.5cm/d時，標志著不穩定狀態的出現，應立即停止加載。

5）、路面鋪筑時間的確定

路面鋪筑必須待沉降穩定后進行，采用雙標準控制;即要求推算的工后沉降量小于設計容許值，同時要求連續2～3個月觀測的沉降量橋頭每月平均不超過3mm、路基每月平均不超過5mm，并根據實測沉降值對計算沉降值進行修正，以滿足一般路堤后沉降小于30cm、與橋梁等構造物相鄰路段的差異沉降小，于10cm的控制指標。如不滿足上述要求，則需延長預壓時間，待滿足要求后方可開始鋪筑路面結構。

3.5、路基分層填筑壓實的工藝設計

道路路基工程建設中，填筑以及壓實這兩項施工作業程序是極為關鍵的，如果在這兩個環節中出現了質量問題，或者遺留下安全隱患和不確定性的風險，那么就會給路基工程項目造成很大的安全漏洞，也會付出相應的經濟代價。所以在路基建設中，要根據道路建設的強度和厚度指標來確定分層作業的次數和頻率。在填筑作業中，要合理選用材料，確保其性能和質量過硬;在壓實作業中，除了要確保壓實碾壓的次數符合規定之外，還要合理的選擇最適宜的碾壓設備和裝備，科學控制碾壓行進的速度和節奏，在作業告一段落后按照要求及時采取養護措施。填筑壓實是路基施工的核心，涵蓋了填料的攤鋪和碾壓兩個工序，由于該工序的重要性，在設計階段就應該明確詳細的工藝方案。攤鋪過程一般采用自卸車運輸到填方路段，按照每層松散厚度進行卸料，每卸料完成一層就進入攤鋪和平整施工。攤鋪不均勻會對后續的施工工藝和時間產生直接影響。碾壓也是采用專用機械進行，首先通過推土機進行初始的平整，并通過推土機自重進行初始碾壓，形成初步壓實，而后進行靜力壓實和振動壓實，壓實過程需要確保壓路機的行駛速度均勻。分層填筑壓實的設計，不僅要對工藝的基本流程進行確定，還要考慮分層壓實中的設備，確定設備的最佳組合方式、碾壓速度以及次數，明確碾壓過程的工序和攤鋪適宜厚度，估算材料含水率等參數，使得施工能夠快速進行，攤鋪壓實后的各層填土或者填石能夠滿足施工質量要求，如圖1是不同含水率下的土質在壓實作用下的干密度，該曲線可以確定最佳壓實方法，以指導實際的施工。

3.6、路基施工與邊坡防護方案

本路段涉及挖方和填方路基的施工。挖方路塹在開挖前需要進行排水處理。首先，在路塹開挖前做好截水溝，土方工程施工期間修建臨時排水溝。其次，路塹施工時注意經常維修排水溝道，保證流水暢通。最后，引走一切可能影響邊坡穩定的地面水和地下水，在路塹的線路方向上保持一定的縱向坡度（單向或雙向）以利排水。路塹開挖采用通道縱挖法，通道可作為機械通行、運輸土方車輛的道路，便于土方挖掘和外運的流水作業。填方路堤則對填料具有嚴格要求，不得使用淤泥、沼澤土、有機土、含草皮土、生活垃圾、樹根和有腐朽特征的土。液限大于50、塑性指數大于26的土以及含水量超過規定的土，不得直接作為路堤填料。這些填料需要使用時，必須采取滿足設計要求的技術措施處理，經檢查合格后方可使用。

本區域內路基的邊坡高度較小，不存在危險性很大的高邊坡問題，因此路基邊坡防護形式以植被防護為主，力求多樣化、綠色化，做到路景配合，使道路和環境協調，同時提高城市的綠色與景觀效果。一般邊坡防護采用噴播植草或三維網植草防護。在路基邊坡放坡受限制的路段設置漿砌片石擋墻或者鋼筋混凝土擋墻。魚塘、湖泊、低洼積水路段設置漿砌片石護坡，防護高度為設計水位以上0.5m。漿砌片石的鋪筑應在排水、清淤、換填、路基沉實后再進行。生態防護通過植被涵水原理進行固定土壤從而穩定邊坡，其護坡的基本原理是利用植物深根進行巖土錨固，利用淺根進行加筋作用，降低坡體的孔隙水壓力，同時具有控制土粒流失、降雨截流、削弱雨水濺蝕的目的。從環境效應來看可以恢復因為道路建設而引起的生態環境破壞，可以降低道路上車輛噪聲、光等污染，確保行車的安全性，同時可以促進有機污染物的降解并凈化空氣。常見的城市道路生態防護技術包括人工種草護坡、平鋪草皮護坡、直接噴草護坡、蜂窩網格植草護坡等手段。

根據本路段的建設環境，邊坡防護采用植草措施，選用常規草皮進行邊坡防護，并在路基最終施工完成后在邊坡表面設置排水溝，在邊坡底部設置截水溝，保證邊坡的長期使用性能。

3.7、排水設計

路基排水設計主要是根據道路的等級、道路所在區位、道路橫斷面布置形式及路基類型來確定所采用的排水設施，并根據規范確定地表水雨水徑流量及設置的幾何尺寸。工程位于城市外丘陵區，存在較高的挖方區與填方區，橫斷面布置方式為四幅路形式，排水系統以管道排水系統為主，主要設施為雨水口、管道與連接管等，暴雨強度設計重現期采用二年，填方區結合路基防護設置排水邊溝，挖方段則根據自然地面排水方向及挖方邊坡的工程地質情況設置截水溝、急流槽等設施。

4、結語

通過對長江南路路基設計的總結分析，找出了丘陵區城市道路路基設計的要點與重點，得出了丘陵區城市道路路基設計的一般方法;通過實例展示了淺層加固及深層加固處理在路基設計當中的運用方法，可為類似工程項目提供參考。從長江南路后期建成效果來看，當年路基處理方法經濟、有效。

參考文獻：

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[2] 沈福.軟土地區某城市道路設計要點及穩定性分析[J].福建建材，2015（01）：49-51.

（作者單位：合肥工業大學設計院（集團）有限公司）