平原地區高等級公路低路堤設計關鍵技術研究

何燕立

（廣州市道路養護中心，廣東 廣州 510000）

改革開放四十年以來，我國經濟日新月異，經濟的增長刺激著道路交通事業的飛速發展，特別是近二十年來，我國包括高速公路在內的高等級公路的建設里程、通達深度以及路網密度不斷攀升，取得了舉世矚目的成績。我國雖然幅員遼闊，但實際上是一個少耕地國家。公路建設方便了人們的出行，提高了社會經濟交流的速度，但按目前我國的建設理念，設計中為了追求公路的線形和穩定性功能，普遍采用高填方、深路塹的路基形式，建設中出現的路基各種病害以及占有大量農田等，使自然生態遭到破壞、水土流失嚴重、耕地面積減少、環境污染等問題日益嚴峻，這種公路高填方設計理念在一定程度上加劇了環境與人們之間的矛盾，其社會經濟效益越來越不符合人們的需求。這些使我國低路堤的建設成為了必然。在目前的高等級公路設計中路堤填土高度往往較高，平原地區一般在3m～4m之間，甚至最高路基可達可達到數十米。西歐和美國等發達國家同等建設規模的高等級公路路基大多數采用低路堤，平均填土高度僅在0.5～1.0m，而相對于中國來說人口密度更高的日本，其平原區高等級公路的路基高度一般為1 m左右，與周圍自然環境更好的融合。基于公路高填路基出現的占用耕地、割裂公路兩側交流以及交通安全等問題，交通部下發了《關于在公路建設中實行最嚴格的耕地保護制度的若干意見》，指出在環境和技術條件可以達到的情況下宜積極采用低路堤和淺路塹的建設方案，最大可能減少高填深挖。因此，在保障公路路基性能穩定的前提下采用低路堤的設計理念可以在公路建設過程中節約我國寶貴的土地資源，走自然與人們和諧的可持續發展之路[1]。

1 低路堤公路建設的必要性

在勘察設計方面，公路路堤高度降低后可減少由于路堤自身壓實度不足造成的工后沉降,提高路面結構的壽命和行車的舒適性，還可以消除駕駛員行駛的緊張感,并可利用路側的寬度提高行車的容錯能力，取消部分護欄。這樣不僅避免了高路堤和波形護欄鋼構件本身對行車安全帶來的隱患，提高行車的安全性，也有利于控制地基的固結沉降和養護，使得由于固結沉降引起的路面病害減少。在施工方面，低路堤不僅大大減少了高填方路堤地基處理、分層碾壓的工序，建設土石方工程數量少，極大縮減了工期，而且操作方便、質量容易控制，在平原軟土地區更為有利。在環境保護方面，低路堤公路適應地形地貌變化，對沿線原有自然生態破壞較小，還可改善公路本身的景觀效果，達到和諧統一的目的。在擴建改造方面，低路堤由于路基路面拼接容易、施工作業面大，工程造價低等優勢有利于公路的改擴建和,并降低了道路的標高，為以后相交道路的上跨預留了建設條件。在工程造價方面，路基高度平均降低1m，邊坡坡率1:1.5，每公里便可節約占用土地約4.5畝，減少軟基軟基處理面積約6畝，按雙向六車道32m寬的路基寬度，可減少土石方數量超3萬立方，工程造價可降低約2000萬，可顯著降低投資。

2 低路堤公路面臨的問題

低路堤的概念在我國現行公路規范中并沒有給出明確、嚴格的定義，工程上通常將平原地區高等級公路填筑高度不大于2.5m的路堤稱為低路堤[2]。低路堤雖然有諸多優點，但也面臨很多需要解決的問題。

由于平原地區大多數地基的土質工程狀況并不理想，以黏土、亞黏土為主，還包括軟土、膨脹土等不良土，這些原狀土的工程性能和施工壓實狀況均難以達到新填筑的砂性土等工程性能優良土的標準。另一方面，特重車輛荷載作用下，應力至上而下傳遞，對路基的影響深度可到達2.5m甚至更深，在整個路基工作區范圍內對路基結構的要求更為嚴格。而低路堤由于填筑不高，路基工作區沿深度方向大部分位于地基，其承載力和剛度偏低，翻壓回填的填料來源和壓實質量不易，容易導致路面結構層在重載車輛作用下由于路基和地基抗變形能力不足而產生不均勻沉降，形成結構層斷裂，減少高等級公路的使用壽命。平原區地勢較平坦,地下水位較高并且地表易積水,因此路堤為了保持干燥中濕狀態需要高于地下毛細水上升高度，沿線的土質條件和地下水高度等均會對路堤填筑高度產生一定的影響。除了路基工作區和地下水的影響外，由于公路需要滿足汽車的安全行駛性能，線形幾何設計需要滿足縱斷面最小坡度和最小坡長等的要求，并需要顧及平縱線形的協調，甚至橋梁跨越河涌時的凈空、橋型、梁高的選擇均對路基的高度產生很大影響，需要在設計中統籌考慮。

3 低路堤公路設計關鍵技術

3.1 路基性能的穩定

低路堤公路設計的關鍵問題主要是集中在低路堤的受力特性、地下水的影響和路線幾何設計三個方面，前兩者影響路基性能的發揮，后者影響公路安全和舒適。設計時應積極利用有利的地形地質條件降低路基填筑高度，正確引導路基高度設計。對地質條件好、地下水位較深，并且地表排水比較通暢的地段盡量減小路基邊坡面積以及減少因地質情況不明確所造成的高填方浪費。可采取設置砂墊層措施降低路基沉降，提高路基的承載能力和降低地下水對路基的侵蝕，達到降低路基填筑高度的目的。當地基存在一定厚度硬殼層時，可以通過利用地基的硬殼層增加路基和路面的整體剛度，擴散交通荷載豎向應力和位移影響，調整不均勻沉降，降低差異沉降率。在地下水位比較高的平原地區修建低路堤公路，除了要嚴格控制沉降之外還應該進行路基路面排水的綜合設計，使路基干濕狀態良好，避免外界水分的侵蝕，提高自身的穩定性。對交通荷載繁忙的路段，必須對路面結構進行詳細設計，利用路面各結構層的材料特點和層位組合設計減少傳遞到路基的作用，使路床處于比較好的受力狀態，減少路基工作區深度。因此，針對低路堤公路建設面臨的問題，通過增加路面結構層的剛度，采用透水性好、力學性能優良的填料填筑路基，充分利用天然地基的硬殼層等工程技術措施可以在降低路基填筑高度的基礎上確保路基性能的穩定[3]。

3.2 路線幾何設計

在進行路線幾何設計，特別是設計縱斷面時應反復推敲比較，注意全線縱坡的均衡性,滿足規范指標要求的前提下盡量適應平面線形的沿地勢變化,在短距離內應盡量避免頻繁起伏。靈活、合理使用坡長指標及根據地形進行坡度的變換，充分考慮周邊地形的高程,做到低填淺挖消,減少工程量。在平縱組合設計時，雖然規范規定豎曲線與平曲線相重疊時應滿足“平包縱”的原則，但考慮到高等級公路速度快、平曲線較長，當平曲線只設一個變坡點時，則容易引起路基高度增加較大。為了降低路堤填筑高度，當地面線高度起伏變化較大且路線平曲線又較長時,應盡量將平曲線與豎曲線分離，并在合適的位置設置多個變坡點。

4 結語

低路堤公路建設填筑路基工后沉降易于控制，施工方便，方便以后養護與拓寬改造，明顯減少了土地占用量，節省了資源與工程投資，是一種順應環境的新設計理念。研究為平原地區高等級低路堤公路設計中進一步理解可持續發展的思想、低路堤的優點和所面臨的技術問題提供了分析依據。