浅谈改扩建路基路面设计优化研究

彭宇

摘要 为了提升改扩建公路设计水平，文章总结了公路改扩建原则和方案，从基底处理、拼宽台阶开挖、路基压实度控制、新旧路基不均匀沉降控制、路基排水等方面分析了改扩建路基设计要点。同时，从路面结构拼接和路面排水两方面探讨了改扩建路面的设计要点。

关键词 改扩建；公路；路基设计；路面设计；不均匀沉降

中图分类号 U416.02文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）11-0110-03

0 引言

随着经济快速发展和城镇化的不断推进，交通量逐年增加，原有的公路因设计理念落后、工程造价限制、施工水平低下等，其路用性能和服务水平降低，难以满足交通需求。而新建公路造价高，征地和拆迁规模大，选择经济、合理的改扩建方案，并确保路基工后满足设计要求，路面性能能保证行车安全性和舒适度，已经成为设计人员需要解决的关键问题。但是，我国公路改扩建建设起步较晚，相关设计理论不完善，设计人员在选择改扩建路基路面设计方案时盲目套用其他项目图纸，导致设计方案适用性差或不经济[1]。因此，进一步研究公路改扩建路基路面的设计具有重要的工程价值。

1 公路改扩建原则及方案对比

1.1 公路改扩建原则

公路改扩建设计之前，要详细收集当地现在的交通量数据和未来设计使用年限内的预测结果，再结合外业调查资料，选择恰当的改扩建方案，以提高道路的通行能力和服务水平。公路工程在改扩建设计时应坚持以下原则：①尽量减小对周边路网的干扰。公路工程在改扩建期间一般要局部或全部封闭交通，部分车辆会转向周边国省道行驶，超过其国省道设计通行能力，可能造成大面积拥堵现象；②经济性。公路工程改扩建时设计时要在满足现行设计标准的基础上，尽量利用老路上的结构物和預留土地，合理选择路基路面拼接方案，减小沿线征地拆迁规模，降低项目建设成本；③便于施工。路基路面拼接方案不应过于繁琐，类似病害的处治措施要尽量归并，以方便施工单位控制施工质量和施工进度。

1.2 公路改扩建方案

公路工程改扩建方案一般采用整体拼宽和新建分离两种。不同改扩建方案的加宽特点总结见表1[2]。

2 公路改扩建路基设计

公路在拼宽后容易出现边坡沿着新旧路基结合面失稳或因新旧路基不均匀沉降导致路面开裂，影响行车安全性和舒适。因此，在公路改扩建路基设计时要从这2方面入手。

2.1 基底处理及开挖台阶

2.1.1 基底处理

地基清表是公路改扩建路基设计的基础，清表厚度一般在20～50 cm，主要是挖除旧路路基边坡表土（长期暴露在外界环境中，受到雨水径流反复冲刷，强度劣化）及改扩建路基范围内的地表树根、草皮、腐殖质等。根据《公路路基设计规范》（JTG D30—2015），二级及二级以上公路清表后的基底压实度≥90%；而三级、四级公路清表后的基底压实度≥85%。

2.1.2 开挖台阶

为了增强公路新旧路基之间的衔接性和整体抗变形能力，应当在新旧路基结合位置开挖台阶，台阶设计宽度至少1 m，台阶设计高度应在0.6～1 m。新旧路基结合处的台阶要向内倾斜，横坡取2%～4%，而台阶开挖坡率可结合旧路路基边坡坡率选择。旧路路基边坡坡率为1∶1.5、1∶1.25、1∶1时，台阶坡度分别取1∶1.5～1∶1.75、1∶1.25～1∶1.5、1∶1～1∶1.25。大量工程实践表明，拼宽路基是细粒土填料时，台阶坡度可取下限；拼宽路基填料是巨粒土或土石混填，台阶坡度取上限[3]。

2.2 路基压实度控制

改扩建公路路基压实度控制主要体现在压实度取值和碾压遍数确定两方面：一方面，在填土压实时，为了保证压实质量，路基两侧要超宽填筑30 cm，严禁“贴坡”。如果路基加宽宽度较小，达不到一个碾压宽度，也可翻挖老路基。同时，改扩建路基压实度在设计时，还要考虑新旧路基的不均匀沉降，新路基的压实度可比《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）中的要求值提高1%～2%；另一方面，新路基压实遍数不宜过多或过少，压实遍数较小，压实度达不到设计要求。压实遍数过多，对路基压实质量的提升效果有限，且不经济。以冲击碾压为例，该文统计了某改扩建公路试验段中冲击碾压遍数与路基压实度的关系，如图1所示[4]。

由图1可知，随着冲击碾压遍数的增加，路基压实度也随之提高，但是变化速率不固定。当冲击碾压遍数≤20遍，路基压实度快速增加。当冲击碾压遍数＞20遍，路基压实度增加幅度不明显。当冲击碾压遍数从20遍增加至30遍，路基压实度仅提高1%。上述现象表明，在改扩建路基设计时，盲目提高路基冲击碾压遍数既不合理，也不经济。

2.3 新旧路基不均匀沉降控制方法

既有公路经过长期运营，路基土和地基土基本固结完成，工后沉降小。而拼接新路基后，新填路基会产生较大的附加应力，工后沉降也更大，这就使得新旧路基之间产生较大的不均匀沉降。在选择新旧路基方案时，应遵循“就地取材”的原则，地基土性质差、工期紧的项目可同时采取多种措施，以加宽新填筑路基的固结沉降。

（1）强夯法。强夯法是将重锤提升到一定高度自由下落，利用重锤下降过程中积累的动能来夯实地基土，提高地基的承载力，降低拼宽处地基的可压缩性，从而减小新旧路基间的不均匀沉降。强夯法适用范围广，施工速度快，造价较低，对饱和度低的黏性土处治效果好，但是夯击产生的振动能力和噪声会对周边居民的生产和生活产生较大的影响。为了保障强夯法对拼宽地基的处治效果，建议在强夯前铺一层厚30～50 cm的碎石垫层或灰土垫层。

（2）土工格栅。土工格栅在公路改扩建项目中应用广泛，尤其在新旧路基衔接处，可以协调新旧路基的受力，提高拼宽路基的整体稳定性。改扩建路基设计时常用的土工格栅是抗拉强度高、延伸率低的双向土工格栅。土工格栅一般铺设在路基基底、上路床顶面、下路床顶面等位置，每幅土工格栅搭接至少30 cm，并用钢筋锚钉定位，锚固间距一般取2 m×2 m。

（3）水泥搅拌桩。水泥搅拌桩是加固土桩的一种，是将水泥、外掺剂等按一定的比例搅拌均匀，并以粉喷或浆喷的方式喷入软土地基中，形成复合地基共同承担外荷载。根据《公路路基设计规范》（JTG D30—2015），粉喷桩处理深度≤12 m，浆喷桩处理深度≤20 m。

水泥土搅拌桩的设计水泥掺量、桩长、桩间距等参数要结合路基工后沉降计算结果确定。如果水泥搅拌桩用于增强路基的抗滑稳定性，桩长要深入潜在滑动面以下至少2 m。

（4）水泥粉煤灰碎石桩。水泥粉煤灰碎石桩简称“CFG桩”，是由碎石、粉煤灰、水泥等材料混合而成，其承载能力大，对路基工后沉降控制效果好，可用于处治厚度较大的软土地基。CFG桩的桩长和桩间距应结合设计对承载力和变形的要求确定，最大桩长≤30 m，并将桩端尽量放置于承载力高的持力层上，桩间距宜取4～5倍的桩径。同时，为了提高CFG桩复合地基的应力扩散能力，建议在桩顶铺一层30～50 cm的砂砾垫层或碎石垫层（最大粒径小于30 mm）。

（5）处治段落选择。在路基填土较低的路段，填土对地基产生的附加应力较小。如果地基土性能不是特别差，新加宽路基可按一般路基对地基的技术要求处理即可，即清表+铺土工格栅。如果路基填土较高，填土在地基中引起的附加应力大，从而导致路基工后沉降过大，软土地基必须采用复合地基处治措施，具体方案可经技术性和经济性比选后确定[5]。

2.4 路基排水设计

改扩建公路路基排水设计时要充分利用现有排水系统和自然地形条件，坚持“防、排、疏”相结合的原则，通过设置路堤边沟、路堑边沟、平台截水沟、急流槽等排水设施排出落入公路用地界内的雨水，防止降雨径流冲刷路基边坡。

边沟是改扩建公路排水设计中最常用的排水设施，有矩形、梯形、三角形等形式，不同边沟的特点见表2。

3 公路改扩建路面拼接设计

3.1 路面结构拼接

相对于新建公路而言，拼接路面的受力更加复杂，主要体现在以下几个方面[6]：①新路基沉降大，在路面中产生附加应力；②新旧路面的结构强度不同，在车辆反复荷载和外界环境作用下的受力不同；③新旧路面拼接处有裂缝，易产生附加应力。鉴于此，改扩建公路的路面拼接一般是先分层开挖台阶，再回填相应的路面材料，如图2所示。需注意，新路设计标高和老路标高可能有高差，使得新旧路面各结构层间产生错位，施工时可进行微调。

（1）拼接处材料。新旧路面拼接位置要铺一层或多层连接材料，最常用的是玻纤格栅。玻纤格栅是网格型，只有加筋作用，不能防水。随着技术进步，有学者提出了将聚酯玻纤布用于新旧路面拼接中。聚酯玻纤布不仅能防止路面反射裂缝，还有良好的防水性能。

（2）拼接设计难点。新旧基层拼接：新旧基层层间应喷洒水泥净浆（水灰比1.1～1.2），以增加层间黏结效果，同时在基层顶面搭接处铺一层聚酯玻纤布。

新旧面层拼接：面层层间拼接应当先对封面进行清理，随后要均匀喷洒黏层油，并在面层接缝处涂抹乳化沥青和热沥青作为黏结材料。同时，也要在新旧路面拼接处铺一层聚酯玻纤布，增强新旧路面强度和整体稳定性。

3.2 路面排水设计

由《公路排水设计规范》（JTG/T D33—2012）可知，如果公路项目所在区域属于湿润多雨地区，且年降水量＞600 m，应设计路面内部排水系统，以排出路表渗入路面结构层内部的雨水径流。结合大量工程实践，该文建议在旧路面边缘处设计1道碎石盲沟，汇集下渗到旧路面的雨水，并利用横向出水管将下渗雨水排出到拼宽路基外，如图3所示。

4 结论

该文主要分析了公路改扩建方案、路基路面设计要点等，得到了以下几个方面的结论：

（1）公路工程改扩建方案有单侧拼宽和双侧拼宽两种，在选择时应考虑对路网的干扰、经济性、便于施工等。

（2）改扩建路基在设计时要控制好基底和路基填料压实度、拼宽台阶尺寸及新旧路基间的不均匀沉降。

（3）拼宽路基新旧路基间的不均匀沉降控制可采用强夯、土工格栅、水泥搅拌桩、CFG桩等方案。

（4）改扩建路面拼接一般是先分层开挖台阶，再回填相应的路面材料，但要注意新旧路面结构层间的高差和路面内部的排水。研究成果可为改扩建路基路面设计提供理论指导。

参考文献

[1]张青. 改扩建公路路基路面设计中的问题与优化[J]. 四川建材， 2023（3）： 121-122.

[2]陈金彪， 杨青. 公路改扩建工程路基路面拼接施工技术[J]. 工程机械与维修， 2023（2）： 72-74.

[3]解建东. 高速公路改扩建路基路面拼宽施工技术[J]. 科学技术创新， 2023（7）： 139-142.

[4]何忠文， 邹颖. 关于改扩建公路路基路面设计方案的分析[J]. 黑龙江交通科技， 2022（10）： 22-24.

[5]郭鵬辉， 郑勋. 改扩建道路的路线及路基路面设计策略分析[J]. 工程建设与设计， 2022（16）： 74-76.

[6]孟岩. 改扩建路基路面拼接技术研究[J]. 工程技术研究， 2022（13）： 48-50.