改擴建道路路線及路面路基的設計探討

張昌興

（福建省永信交通設計院有限公司，福建 三明 366000）

0 引言

公路在我國社會經濟發展中發揮著重要作用，但一部分公路由于修建年代久遠，路面損壞嚴重，已經難以滿足當下的使用需求，所以亟需對道路進行改擴建。在對舊有道路進行改擴建時，為保證施工質量與效率，降低施工成本，滿足人們的實際需求，要結合實際工程項目做好改擴建道路路線及路面路基的設計。對舊道路進行加寬與擴容等改擴建施工，增加道路內的車道，不僅能讓車輛行駛更加安全，還能提高效率，減少擁堵。本文結合G356線永安曹遠樟至泥坪公路的改造對改擴建道路路線及路面路基的設計進行分析探討。

1 工程概況

G356線永安曹遠樟至泥坪公路工程全長11.195km，是福建省西部山區通往沿海的重要通道。本段舊路為三級道路，設計時速30km/h，路基寬7.5m，路面寬7.5m。路面為全幅式混凝土。由于舊路存在急彎陡坡線路，且路面破損嚴重，已經難以適應當下的實際需求，所以亟需對該路段進行改擴建，拓寬道路寬度，提升道路的穩固性。

2 改擴建道路的路線設計

2.1 平面線形的設計

平面線形設計要求能結合原有道路線形，確保在改擴建之后道路的安全性與穩定性。直線段、緩和曲線等是平面線形設計的主要內容，在設計期間為盡量減少對交通的影響，要按照車輛行駛軌跡進行設計[1]。直線段設計時，為保證安全性，避免過于單調引起駕駛員疲勞，對于直線段長度必須合理設計，避免長度不合理而引起交通事故。在道路行車安全中，平曲線半徑會讓車輛在駕駛期間于平曲線上做離心運動，車輛在行駛過程中當發生摩擦力不足的情況，容易出現車輛的側傾情況，駕駛員的心理會受到影響，從而影響其安全駕駛。所以限制行車速度與減小平面曲線的半徑是研究的重點所在。在平面線形設計中要做好各項參數設計與確定，具體見表1。

表1 平面線形設計指標參數

2.2 縱面線形設計

縱面線形設計要與原有道路相結合，利用好原有道路的線形，并不斷優化設計，確保車輛行車安全[2]。在豎向平面內道路線形發生變化，主要有坡長、坡度與豎曲線半徑。如果坡度設計過大，加上車輛剎車不靈敏，就會增加安全事故的發生率。所以為減小坡度對行車安全的影響，應合理控制道路坡度設計。為避免發生安全事故，在設計豎曲線半徑時，需限定最小值。在該項目中出于安全以及原有道路的實際情況，采取不同程度的繞行，并結合平面線形與縱面線形綜合考慮。在直線基礎上，利用部分圓曲線與緩和曲線設計，以此避免公路投運后駕駛員出現疲勞駕駛問題。在該項目中采用的最大縱面為7%，平均縱坡設計采用值為≤5%，任意連續3km平均縱坡為≤5%。豎曲線最小半徑與豎曲線長度的各項參數見表2。

表2 豎曲線最小半徑與豎曲線長度的各項參數

2.3 線路布置原則

（1）在線路布置時要對線路所在區域的地質、水文等情況進行了解，對線路進行科學布置；

（2）利用好地形，選擇合適的技術指標，控制好成本費用；

（3）加強對環境的保護，減少對生態環境的破壞與污染，布線設計要與周圍環境相協調，減少高填深挖路基工程；

（4）空間線形需保持連續，協調好平、縱與橫線形，為行車提供更加安全與舒適的路線。

2.4 安全設計

為減少安全事故的發生率，確保能為全線交通提供更加安全的環境，要求在線路設計過程中重視安全設計，安全設計主要有道路交通標志、標線等。在線路中交通標志能為司機提供指引，一般會設置在道路兩邊與上方。標志牌主要有警告、禁令等幾種類型，需分別設置在不同位置。合理設置交通標線能對交通流進行引導。在橋梁兩側、急坡等位置設置防撞護欄，為行車提供安全防護。

3 改擴建道路的路面路基設計

3.1 路面結構設計

結合當地實際情況，堅持安全性、經濟性等基本理念，以雙輪組單軸載100kN（BZZ-100）為標準軸載，使用水泥混凝土路面。路面結構設計必須重視3個要點：

（1）結構層選擇。在結構層選擇前，要了解項目所在區域內的筑路材料，可以選擇碎石、砂礫石等作為路面基層及墊層材料。通過調查分析及施工經驗等，最終確定路面基層、底基層的材料分別為5%水泥穩定碎石與級配碎石，能保證水泥混凝土路面具有較強的穩定性。

（2）路面結構的確定。水泥混凝土路面結構設計基準期為20年。車道的標準軸載在設計基準期內為2738.785×104次，道路屬于重型交通。面層為26cm厚的水泥混凝土；基層為20cm厚的5%水泥穩定碎石；底基層為0~18cm的級配碎石。同時要求土基回彈量控制在60MPa以內。

（3）路面排水。采用分散漫流排水方式作為排水，沿路線縱坡和路拱橫坡路面水會流到路基邊坡進入到路基邊溝，并將其排在路基以外。

3.2 路基設計

3.2.1 不良地質的處理

在路基正式施工前要對不良地質進行了解與處理，在該項目中所在區域地質結構穩定，地質構造簡單，并沒有出現斷裂破壞等問題，且不存在泥石流、地裂等各類不良地質。地形相對比較簡單，在項目附近沒有發現可以誘發不良地質的因素。所以在施工前無需對不良地質進行處理。

3.2.2 路面橫斷面布設及超高、加寬方式

為滿足現有的交通運輸需求，公路的橫向加寬在改擴建道路中比較常見。在公路加寬時有單側分離加寬、單側拼接加寬。該項目公路屬于二級公路，設計速度為40km/h，路基寬度為12m。其中車道寬度為3.5m，路肩寬度規范標準與采用標準分別為0.75m與2.5m，路基總寬度規范標準與采用標準分別為10m與12m，路拱橫坡度規范標準與采用標準分別為≥1.5m與2m。超高設置在平曲線半徑<600m的位置，繞行車道中心線采取超高旋轉方式。

3.2.3 路基設計要點

深挖地段的判定標準是路塹邊坡高度＞20m，土質與石質邊坡坡率分別為1∶0.75~1∶1.2與1∶0.5~1∶1。將1m寬碎落臺設置在路基邊溝外，將截水溝設置在邊坡頂水平距>5m處。填方邊坡高度超過8m的路堤地段，按8m高度在上部邊坡分階，按12m高度在下部分階。設2m的平臺于邊坡處，在一部分填方邊坡坡腳處可以設置路堤墻等。

將過渡段設置在填方和挖方結合部的縱向，在挖方內設置過渡段，過渡段長度、深度需分別控制在10m以內、0.8~1.5m開挖結合部的挖方段形成路槽。填方和挖方結合部的橫向為加強結合部的整體性，要求開挖寬≥2m的臺階在填方的邊坡上，臺階面屬于向內橫坡，坡度為2%~4%。將橫向盲溝設置在挖填方高度的交界處，設置一層透水性材料在路基的回坡腳位置。路槽需在挖方路基設計標高下開挖，開挖深度為0.3~0.8m。在處理淺層淤泥路段期間，可以采取“清淤+換填碎石土”的工藝。

3.2.4 路基填料

（1）填料選擇。路基填料主要由級配較好的礫類土、砂類土等組成，控制好最大料徑，不宜超過150mm。路基的土石方工程量較大，一部分作為填料，剩余的全部運輸到棄土場；填料在路床中的粒徑不宜超過100mm，礫類土、砂類土等作為填方路基的填料，粒徑不宜超過150mm；填料的液限需<50%，塑性指數需<26；不得在浸水路堤段使用粉質土填料。

（2）路基填料最小強度（CBR）。CBR是表征路基土、粒料的指標。在該項目中采用水泥混凝土路面，要求路基填料最小強度符合要求。在填方路基中上路床在路面地面以下深度為0~30cm處，CBR為6%；下路床路面地面以下深度為30~80cm、80~150cm、150cm以下的，CBR分別為4%、3%、2%。對于零填及挖方路基，在路面地面以下深度為0~30cm與30~80cm的CBR分別為6%、4%。

（3）路基壓實要求。分層鋪筑路基，保持壓實均勻，且采用重型標準壓實。對于壓實度的控制需符合具體要求。填方路堤路槽底面以下深度為0~80cm、80~150cm、＞150cm的壓實度需分別控制為≥95%、≥94%、≥92%。

3.2.5 補強設計

在原有路基改擴建之后，要考慮路基橫斷面之間的寬度差。對拼寬部分路基壓實度要求較高，所以必須采取更加可靠的方式。通過合理的補強措施，提升路基的穩固性。使用切割設備將舊路切割整齊。在鋪筑前需更換破碎板，對裂縫進行修補和填封，將錯臺磨平，板底脫空可采取壓漿填封措施，將舊混凝土面層表面的松散碎屑等清理干凈，將接縫中失效的填縫料等剔除，重新封縫。在舊混凝土路面表面灑布粘層油。設搭板過渡于水泥混凝土路面與瀝青混凝土路面的縱橫向接頭處。對半剛性基層路面反射裂縫進行防治期間，可以將一層3m寬的玻纖網鋪設在新舊路基的結合部的中面層頂面，采用專用錨具固定玻纖網，之后灑布粘層油。玻纖網要求具有較強的強度，其各項指標參數控制為：網孔尺寸15mm×15mm、抗拉強度＞50kN/m、最大負荷延伸率＜3%、搭接寬度20cm。

3.2.6 路基支擋、加固及防護

（1）路基支擋鋼護設計。為對路基的穩定與坡腳的河溝等進行保護，在收縮邊坡時對擋土墻、護肩等圬工構造物也進行了設置，設置的基本形式結構為石混凝土結構。

（2）路基坡面防護設計。在該項目中，為確保路基邊坡的穩定與安全，按照要求采取不同的防護措施。拱形骨架護坡是填方路基采用的護坡形式，將草皮種植在護坡表面，起到有效減少雨水沖刷與美化環境的作用。在開挖邊坡表面采用“護面墻+窗孔式護坡”形式。采用護面墻+路塹擋墻的組合進行開挖受限地段的防護。對于一般填方路段，邊坡坡度為1∶1.5的可以采用種草護坡。

3.2.7 路基排水

路基排水需設置排水溝，呈倒梯形，設計尺寸為60cm×60cm，如果路段受限可以采用矩形溝，設計尺寸為60cm×60cm，采用C20片石混凝土作為溝深。道路兩邊現有相連的排水系統可以使用涵洞進行連接，要求邊溝縱坡控制在0.5%以內。

3.2.8 取土、棄土設計

在該項目中，土石方數量總體挖方大于填方，為避免影響環境、占用良田，在指定地點集中棄土。在沿線附近的指定地點作為廢棄土方的處理點，當棄方場的環保指標不達標時，不要靠近庫線，且減少棄土運距。在K2+700左側500m空地處、K7+800右側山垇處分別設置1#棄土場與2#棄土場。路線用地除路線本身占用土地外，對施工場所采用租地的辦法并盡量少占耕地，對不得已而占用的耕地在施工完成后應整地還耕。

4 結束語

改擴建道路路線及路面路基的設計關系著公路技改后的安全與穩定，所以要求做好改擴建各個環節的設計。通過科學合理的設計，能為路線及路面路基施工提供支持，確保道路在改擴建之后能滿足實際需求，且能有效避免交通事故，充分發揮道路在我國社會經濟發展以及各地交流與溝通中的作用。隨著我國社會經濟的快速發展，舊有道路越來越無法滿足交通實際需求，未來道路改擴建工程會不斷增加，該項目是未來其他改擴建道路工程的成功范例，其經驗值得總結和借鑒。