城市道路路基設(shè)計的方法與要點及實例分析獲獎科研報告

城市道路路基設(shè)計的方法與要點及實例分析獲獎科研報告摘要：本文結(jié)合蕪湖市長江南路的工程實例，根據(jù)實際情況論述了該條路段的路基設(shè)計方法，提出了相關(guān)解決方法以及要求，總結(jié)設(shè)計方法，并且對路基邊坡防護措施和方法進行了探討。

關(guān)鍵詞：新時期;城市道路;設(shè)計

引言

路基是按照道路路線和橫斷面要求修筑的帶狀結(jié)構(gòu)物，是路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，路基要承受路面結(jié)構(gòu)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(shè)計時，必須使路基具有足夠的強度、整體穩(wěn)定性及耐久性。以下結(jié)合蕪湖市長江南路闡述城市道路路基設(shè)計要點。

1、工程概況

長江南路為蕪湖市區(qū)通往三山區(qū)、蕪湖長江大橋開發(fā)區(qū)新區(qū)的一條南北向城市主干道，工程南起臨江工業(yè)園區(qū)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(shè)計時速為設(shè)計時速：70Km/h，雙向8車道。道路主要穿過農(nóng)田、溝塘路段，存在大量軟土路基。

2、路基設(shè)計原則

在城市道路工程的路基設(shè)計工作中，要確保設(shè)計工作符合工程建設(shè)規(guī)范，就必須按照一定的基礎(chǔ)原則開展相關(guān)的規(guī)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(fā)展中文化進步和市容改進的客觀要求，所以在路基的規(guī)劃布局中就要從基礎(chǔ)上保證道路外貌的呈現(xiàn)，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(shè)計要點，并且要遵守環(huán)保這一基本原則，保護好城市的生態(tài)環(huán)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(guī)劃和各區(qū)域發(fā)展產(chǎn)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(jù)城市道路的通行標準來設(shè)置相應的指標參數(shù)。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(fā)展眼光來看待路基設(shè)計工作中的各項要求和出現(xiàn)的問題。所以設(shè)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(shè)也要遵循當?shù)厥袌霭l(fā)展的客觀規(guī)律，要與當?shù)氐慕?jīng)濟和社會發(fā)展水平相適應，遵循市場化的相關(guān)原則，確保交通道路的多元化用途，為其他市政建設(shè)留下空間和余地，實現(xiàn)最大化的社會發(fā)展效益以及市場經(jīng)濟效益。

3、城市建設(shè)道路中路基設(shè)計策略分析

3.1、路基基礎(chǔ)處理的方案設(shè)計

城市基礎(chǔ)具有很多軟弱地層，在這些地層上建設(shè)道路，需要關(guān)注路基基礎(chǔ)的特性。以軟土為例，軟土路基的力學性能差，如果沒有經(jīng)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(chǔ)產(chǎn)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(jié)構(gòu)在車輛荷載，特別是重載車流作用下出現(xiàn)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(jié)構(gòu)的施工。軟弱路基的上述問題，使得設(shè)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(jù)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(shè)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(cè)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(cè)路緣石的牢固，在填方路基外側(cè)設(shè)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(nèi)傾斜的坡度。3.3、挖方路基的設(shè)計

挖方路塹邊坡坡度根據(jù)地形、巖土性質(zhì)、構(gòu)造發(fā)育情況、水文地質(zhì)條件、邊坡高度等因素，結(jié)合工程地質(zhì)類比法綜合設(shè)計，其設(shè)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(zhì)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(shù)≤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(shè)計

長江南路路線較長，跨越地質(zhì)條件差異較大，軟基處理是設(shè)計的重點、難點。（1）沿線對于填土壓實度能滿足規(guī)范要求或地基承載力≥100kPa的土質(zhì)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(shè)50cm石渣或開山石墊層;地基為淤泥質(zhì)粘土、軟塑狀粉質(zhì)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(shè)50cm石渣或開山石墊層。（3）沿線借土換填材料可選用土質(zhì)較好的砂性土;當使用石屑時，要求過0.075篩孔的質(zhì)量百分率不大于10%。（4）池塘、河流、溝渠等路段，按設(shè)計設(shè)置圍堰進行排水后施工。圍堰采用內(nèi)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(xiàn)的最高水位高70cm，堰頂寬為1m，堰外邊坡為1∶0.5;堰內(nèi)邊坡為1∶0.2;坡腳與基坑邊緣距離應據(jù)池塘土質(zhì)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(jié)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(shè)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(shè)計使用年限15年，即從開放交通之日起至路面設(shè)計使用年限末所發(fā)生的總沉降視為工后沉降。其容許值對于一般路段取30cm，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(wěn)，加載填土的施工速率應由施工單位根據(jù)地質(zhì)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(chǎn)生失穩(wěn)的狀態(tài)等綜合考慮確定。設(shè)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(jù)路堤穩(wěn)定觀測的結(jié)果予以適當調(diào)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(shè)計高度+預壓期沉降量+20cm（路面結(jié)構(gòu)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(shè)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(cè)邊緣約0.5m部分不壓），碾壓遍數(shù)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(jié)束后，需用重型鋼輪壓路機將表面不平整的地方壓平，繼續(xù)觀察沉降，待沉降穩(wěn)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(shè)計人員到場查看沖壓效果，以作必要的調(diào)整。

（3）施工觀測

施工觀測是控制路堤穩(wěn)定的有效方法，是驗證設(shè)計的重要手段;同時觀測的沉降量也是計量支付的依據(jù)、推算路面鋪筑時間一的基礎(chǔ)資料。施工觀測項目包括沉降觀測和穩(wěn)定觀測兩項。建議觀測工作由富有經(jīng)驗的單位負責，現(xiàn)場的測試設(shè)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(shè)

觀測點布設(shè)在路堤中心及兩側(cè)路肩，一般軟土路段沿縱向每隔100～200m布設(shè)一觀測斷面，預壓施工高度超過5m的路段，縱向每50m設(shè)一觀測斷面。橋頭路段應設(shè)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(shè)觀測點。此外在跨度小于30m的樁基結(jié)構(gòu)物某一端設(shè)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(shè)置

水準點應設(shè)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(zhuǎn)點的要求，每三個月用路線測設(shè)中設(shè)置的水準點作為基準點，對設(shè)置的臨時水準點校核一次。

3）、側(cè)向位移（穩(wěn)定）觀測

①側(cè)向位移點其基樁的布設(shè)

側(cè)向位移點布設(shè)在路堤兩側(cè)的坡腳處，基樁必須布設(shè)在坡腳外路堤沉降影響范圍以外，一般情況下應布設(shè)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(shè)置，縱向間距為50m。

②觀測及其頻率

側(cè)向位移樁和基樁設(shè)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(shè)計的施工標高。

4）、不穩(wěn)定狀態(tài)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(wěn)定狀態(tài)的出現(xiàn)，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(wěn)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(shè)計容許值，同時要求連續(xù)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(jù)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(gòu)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(jié)構(gòu)。

3.5、路基分層填筑壓實的工藝設(shè)計

道路路基工程建設(shè)中，填筑以及壓實這兩項施工作業(yè)程序是極為關(guān)鍵的，如果在這兩個環(huán)節(jié)中出現(xiàn)了質(zhì)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(jīng)濟代價。所以在路基建設(shè)中，要根據(jù)道路建設(shè)的強度和厚度指標來確定分層作業(yè)的次數(shù)和頻率。在填筑作業(yè)中，要合理選用材料，確保其性能和質(zhì)量過硬;在壓實作業(yè)中，除了要確保壓實碾壓的次數(shù)符合規(guī)定之外，還要合理的選擇最適宜的碾壓設(shè)備和裝備，科學控制碾壓行進的速度和節(jié)奏，在作業(yè)告一段落后按照要求及時采取養(yǎng)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(shè)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?shù)教罘铰范?，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(xù)的施工工藝和時間產(chǎn)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(shè)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(shè)備，確定設(shè)備的最佳組合方式、碾壓速度以及次數(shù)，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(shù)，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(zhì)量要求，如圖1是不同含水率下的土質(zhì)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(jīng)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(wěn)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(yè)。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(shù)大于26的土以及含水量超過規(guī)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(shè)計要求的技術(shù)措施處理，經(jīng)檢查合格后方可使用。

本區(qū)域內(nèi)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(huán)境協(xié)調(diào)，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(wǎng)植草防護。在路基邊坡放坡受限制的路段設(shè)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(shè)置漿砌片石護坡，防護高度為設(shè)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(tài)防護通過植被涵水原理進行固定土壤從而穩(wěn)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