公路工程路面路基工程中軟土地基和特殊結構的優化設計

施華金

云南省交通規劃設計研究院有限公司 云南昆明 650000

1 工程概況

某公路工程路線全長32.746km，于K1+087.3 處設一座分離式立交橋，于K11+645 處設中牟服務區，于云南某縣K19+306.5 處與省道相交部位設互通立交（K18+823.095），于K24+746 處跨越河流，于K31+880處跨過干渠，最終到達項目終點。

2 公路建設項目中軟基路段的特點

2.1 含水成分系數高

軟土地基作為路面作業中的基礎保障環節，在實際的處理過程中技術人員要因地制宜給出解決方案，其中對含水量的控制較為關鍵。介于自身地下水發達的特征，軟土地基需要借助科學、合理的加固方式來提升地基的承載力，故將其的土層實際含水量控制在規定范圍值內極其關鍵。

2.2 抗剪強度較低

上述中提到軟土地基的含水量系數較高的特征，這也會直接影響到整個施工作業區域內土體的抗剪力強度，同時，受軟基自身土層結構排水性能較弱因素的制約，加之存在于土體內部的摩擦角阻礙地下水有效排出的影響，在荷載不穩定的狀態下，軟基地段的抗剪強度會出現較為明顯的強弱調替的結果。

2.3 土壤強度不高

介于軟基滲透性弱、壓縮性強等缺點，在實際的地基作業中，整個軟弱地基范圍內的土層結構會根據機械設備運作的強弱程度發生不同的沉降和損壞現象，由此產生的活土流動結果也會直接影響到施工作業中的安全性，故為降低該現象發生的概率，技術人員需在施工前將軟基范圍內的土壤滲透系數控制在規定范圍值10-8～10-6cm/ s 以內，由此為后續路面工程的繼續開展提供支撐和保障。

3 公路工程路基、路面的優化設計

3.1 路基標準橫斷面

初步設計全線為山嶺重丘區高速公路標準，雙向四車道，路基寬度25.5m，設計行車速度100km/ h。為了提高高速公路的通行服務能力，結合項目實際情況以及現行的行業規范優化路基寬度，即由原本的25.5m 增加至26.5m，簡易雙向六車道，中央分隔帶采用寬度為0.57m的新澤西護欄，路基兩側不設緊急停車島，設寬度為1.5m 的護坡道。主線橋梁為整體橫斷面形式，該處中央分隔帶與路基分隔帶的寬度保持一致。

3.2 路基填土高度

結構物的結構特性會影響路基填土高度，為此深入現場、詳細調查，明確各結構物處被交道路的實際情況，包含角度、高度、寬度等，同時準確掌握結構周邊的地質、地形、排水等方面的情況[1]。基于現場調查結果靈活調整路線縱坡，降低路基填土高度，保證該值的合理性。

（1）調整結構物的布設方式，例如跨徑、角度、凈空，保證各項指標參數的合理性；對于路線縱坡較大的通道，則充分到周邊路網的規劃情況，盡可能采取合并措施，不具備合并條件時適當改移。若為斜交角度較大的通道，條件允許時適度改村路，以保證交角的合理性。

（2）由于沿線通道數量較多而明顯加大路線縱坡設計難度時，需要在現場詳細調查，嚴格核查各建筑物的控制標高，確保該值不存在誤差，且不留過多的富余。

（3）部分路段易于排水時，在主線上跨結構物處適當下挖被交叉道路，采取此方法的目的在于減小路基填土高度（以免出現通道積水問題）。

（4）項目建設集中分布在山嶺重丘區，沿線含較多的沙崗，為了順利推進公路路基路面施工進程，將沙崗挖至原地面，然后逐層向上填筑施工，經過對原沙崗的開挖處理后，盡可能使其與周邊地形齊平，此方式的優勢在于便于施工，同時適度減小路基的高度。

3.3 路面結構

本公路分為1 號段和2 號段，針對兩部分做相應的優化設計。其中，1 號段初步設計的路面結構為：4cm 細粒式改性瀝青混凝土+6cm 中粒式瀝青混凝土+8cm 粗粒式瀝青混凝土+ 改性乳化瀝青下封層+36cm 水泥穩定碎石基層+18cm 水泥穩定碎石底基層；2 號段路面結構初步設計方案為：4cm 細粒式改性瀝青混凝土+6cm 中粒式瀝青混凝土+8cm 粗粒式瀝青混凝土+ 同步瀝青碎石封層+36cm 水泥穩定碎石基層+20cm 5%水泥穩定碎石底基層。隨著項目的發展，項目由新公司接管，專業人員針對前述提及的初步設計方案展開可行性分析，基于分析結果采取優化措施，認為兩段沿線在地質條件、地形、車流量幾方面具有高度的趨同性，因此為了便于工程建設以及后續的運維管理，采用統一的路面結構。經過優化后，確定如下方案：4cm 細粒式改性瀝青混凝土（上面層）+6cm 中粒式瀝青混凝土（中面層）+10cm 瀝青穩定碎石（下面層）+0.8cm 改性乳化瀝青稀漿封層+36cm 水泥穩定碎石基層+18cm 水泥穩定碎石底基層。

（1）下面層采用10cm 瀝青穩定碎石，具有突出的抗裂性能，相比于原設計方案中的8cm 瀝青穩定碎石下面層，厚度得到改進（做了增厚處理），更有利于抵抗行車荷載等外部因素的作用。

（2）不再采用半剛性路面結構，取而代之的是柔性路面，施工材料選用瀝青穩定碎石，其力學性能突出。

（3）不再采取分段設計的方案，而是確定一套適用于沿線各段實際施工條件的方案，便于高效施工，也降低了后續的運營管理難度。

4 路基防護及排水的優化設計

4.1 路基邊坡防護

考慮沿線地勢、地質、氣候（以降雨量較為關鍵）等條件，組織路基邊坡防護的優化設計工作，確保路基設計方案兼顧路基穩定性和周邊生態環境完整性的雙重要求[2]。

（1）原設計方案中，路堤邊坡均用黏土包邊，厚度控制在0.8cm，但從沿線地質條件來看，以粉砂土居多，此類土質與黏土在最佳含水量方面有顯著的差異，不利于正常施工，可能會由于性質的差異而加大施工控制難度，從而出現質量問題。為此，取消了黏土包邊的方法。

（2）填方邊坡高度≤5.0m 時，采用三維植被網植草的方法，其兼具防護和綠化雙重功能。部分路段填高超過5m，為保證防護效果設置拱形骨架，原設計方案中采用到現澆混凝土收面的方法，但其存在局限之處，即難以滿足表觀質量要求，為此調整為預制構件的設置方式，除了具有美觀性外，還兼具施工便捷、質量可靠、美觀等特性。

（3）沿線以填方路堤為主，僅有少部分區域存在挖方路段，鑒于挖方深度小、距離短的特點，采取三維網植草防護的方法。

（4）對于泄水槽，原設計方案采用現澆混凝土和預制構件相綜合的形式，經過優化設計后統一采用預制構件，以便高效制作、安裝、拼接，形成流程化施工作業模式。此外，原砂礫墊層調整為厚度為5cm 的水泥砂漿。

4.2 擋土墻

綜合考慮“減少拆遷量、高效施工、降低成本”的要求，在局部路段設擋土墻，從現場調查情況來看，分離式立交橋北側緊鄰主線周邊有新建廠房，其與主線的距離較小，填土高度較高（主要受到分離式立交標高的控制），主線放坡后會對廠房的日常生產造成影響，由此衍生出拆遷需求，但該廠房屬于新建廠房，若拆遷則存在成本高、工作量大的問題。因此，需要探尋更為可行的應對方案。

經過優化設計后，決定在該路段設扶壁式輕型擋土墻，原因是現場地基的承載性能有限，該結構具有輕便化的特點，能夠有效適應實際環境。常規的扶壁式擋土墻構造簡單、施工便捷，可充分發揮出材料的強度性能。施工現場缺乏足夠的石料時，將用一定量的水泥和鋼材替代，此時原材料用量增加，工程造價增加，影響項目的經濟效益。為了兼顧廠房防護和成本的雙重要求，決定采用扶壁式輕型擋土墻，作為一種更具有輕便化特性的擋土墻，其對地基的附加應力相對較小，施工現場地基可有效承載該結構，在此方式下不用拆遷廠房，減少了公路工程的施工量，降低了施工成本，是一種優質的應對方案。

4.3 排水

項目地處山嶺重丘區，順勢排水條件有限，易出現積水問題，因此做好排水優化設計工作至關重要[3]。綜合考慮沿線的地質條件和水文條件進行深入優化設計，對于縱向水流無法排出的情況，加大對應路段邊溝的尺寸，發揮出此類設施在儲水、滲透等方面的作用，不再使用原設計方案中的集水坑方式；雨水會對路基造成沖刷作用，若缺乏有效的防護措施，隨沖刷時間的延長路基易受損，為此，在邊溝底部和外部兩個區域設置六棱磚（空心混凝土預制結構）。為達到節約占地的效果，調整邊溝外側占地界，由原本的2m 更改為1m，不再設置土質擋水埝，而是以混凝土預制塊為基礎單元組成結構體。

取消路面邊緣碎石盲溝，對于路基超高段，原方案采取的是在左側路緣帶設U 形排水溝的方式，適配合適規格的橫向排水管，由該管道將水引至邊坡的泄水槽中。在本次優化設計中，調整為鋼筋混凝土預制縫隙式排水溝的方式，同時適配適量的硬聚氯乙烯雙壁波紋管，作為橫向排水管進行使用，在此方式下，以更高的效率將水引至邊坡的泄水槽中，避免積水問題，保證路基路面的完整性與穩定性。

5 公路軟基處理措施簡述

5.1 施工前的準備

受自身強度低、壓縮量高等因素的制約，軟基的土層含量通常伴有特定的有機物質，由此帶來沉穩不牢固等現象。為改善公路施工中的土層受力結構，制定更為科學合理的軟基施工方案非常重要。技術人員要從實際出發，對項目場地展開專業的勘察工作，對施工場地內的地質環境做到了如指掌，結合現有相關文件展開分析和對比，確保施工方案的完整性與可行性。

5.2 加固處理

作為天然含水量較高的一種地基形態，軟基自身具有高壓縮性強以及抗剪能力低等缺點，在具體的地基施工作業中，不利于其他關聯分項施工的順利開展。作為整個工程項目的基礎保障，軟基部分需通過專業的加固方式來改善其自身的不足。以12m 為衡量標準，軟基的深度在超過12m 的情況下，建議采用特質管樁托板+ 鋼塑土工格柵相結合的方式予以加固處理；低于12m 時則直接用專業的水泥攪拌設備實現預壓，增強自身的抗剪和抗壓程度。

5.3 材料的選擇與使用

作為人工合成的一種原始材料，土工合成料自身擁有的聚合物非常適合軟基施工的填筑與夯墊。故而在實際的公路項目中，遇軟基處理地段，技術人員會直接選用土工織物、土工膜等原始材料，用以實現新舊道路的完美連接，以此達到沉降范圍小、兩側不變形的終極效果。同時，加強軟基自身的土體承載力、抗壓力以及抗剪力也是技術人員在施工作業中需要時刻注意和處理的問題。介于土工合成材料中的格柵自身彈性較為明顯，因此可承受一定強度的碾壓并保持不變形，利于軟基的處理。

6 結語

針對原設計方案做出優化設計后，顯著提升了方案的可行性，從實際應用情況來看，可以在安全的前提下高效完成各項工作，具有安全、質量、高效等多重特性，也表明該優化設計方案具有可行性，可供參考。