公路路基设计：横断面形式及考虑因素

2023-09-22 理论教育版权反馈

【摘要】：2）横断面形式考虑的因素路基横断面是路线中线上各点的法向切面，它是横断面设计线与地面线所围成的整个断面。

6.1.4.1 风积沙路用性能

1）风积沙特性

风积沙是沙漠地区由风蚀、风积作用形成的一种粒径较均匀松散的细砂或超细砂，属于砂类风积沙的一种土类，其颗粒组成范围一般在0.074～0.5 mm之间，风积沙粉黏粒含量很少，黏聚性小，渗透系数大，松散性强，利用风积沙填筑路基具有较高的强度和水稳性，是良好的筑路材料。

2）风积沙路基稳定性

风积沙路基稳定性是指以某种措施提高或增进风积沙路基抗变形的能力。风积沙受压力、振动、增减水分或混以其他土料，或掺和水泥、石灰、沥青、化学物质等，足以使风积沙在任何自然条件下，承受载重而不发生较明显的变形，称为稳定风积沙。对于不加任何外掺剂的风积沙的稳定性，根据风积沙路基工程特性情况，须重视并考虑以下方面：

（1）应用振动干压实沙路基技术提高其整体强度与稳定性。这是塔克拉玛干沙漠公路建设的重大成果之一。

（2）提高风积沙的承重力。风积沙承重层受荷载后，所能抵抗沉陷和旁移的力量称为承重力。根据试验，在无黏聚性的风积沙上加以直径为4.33 m的圆板，板上加荷重，则风积沙的承重仅约3 760 kg／m2；若在圆板周围另加488 kg压力于风积沙上，则其承重力可增高达9 850 kg／m2，是初始状态的2.62倍。风积沙的承重量与其抗剪力密切相关，抗剪力愈大，则承重力愈大。结合风积沙路基承重力最薄弱的部位即路基边缘和其边坡，为了阻止风积沙受荷重后的旁移，填方路基边坡不能过陡，应以缓于1∶3边坡为宜。

6.1.4.2 公路路基断面形式的选择

风沙地区的公路病害主要是沙埋和风蚀，两者之中又以沙埋为主。沙埋主要有两种情况：①风沙流通过路基时，由于风速减弱，导致沙粒沉落、堆积、掩埋路基；②由于沙丘移动而掩埋路基。风蚀是路基在风沙的直接吹蚀下，路基上的沙粒或土粒被风吹走，出现路基削低、掏空和坍塌等现象，从而引起路基的宽度和高度减小。

要避免和减弱风沙对公路的危害，必须根据气候、土质等自然条件，遵循因地制宜、经济合理、方便施工、安全适用的原则，确定合理的路基横断面。

1）路基设计的原则

（1）为了防治路基风蚀与沙埋，应根据风沙地貌地形特点、风沙运动特征、风向、风力及路线走向与主风向关系等，选择合理的路基断面形式，为流动沙粒创造非堆积搬运条件。

（2）对于沙漠地区路基应注意路基填料、整体强度和稳定性问题，同时还应考虑今后养护维修和管理方便等问题。应充分贯彻因地制宜、就地取材的原则。由于风积沙具有水稳性好、易振动压实、整体抗压强度高、抗剪能力差等特点，可在采用土工织物补强措施的基础上，充分利用其做路基材料。纯风积沙可采用土工布等材料进行加固修筑路基，水源缺乏地区的沙基可采用振动干压实技术。

（3）在干旱及过干旱沙漠地区，因降水稀少且沙的渗透性能较好，一般可考虑不设路基边沟及排水设施。

（4）沙漠地区无论路堤或路堑，均由疏松沙粒筑成，因此其公路路肩、坡面和积沙平台均需进行全面的固沙防护工程，以防止风蚀和保持路基的稳定。防护材料可采用砂砾、黏结土、盐块、各种柴草等。

（5）沙漠路基高度应遵循满足强度、减轻沙害、保证安全、经济合理等原则，总体采取填方略大于挖方的设计原则。

（6）路基取风积沙宜取自挖方断面，或取自两侧沙丘，以减少沙害。当纵向调运较远、采用路侧取风积沙时，取风积沙坑应设在背风侧坡脚5 m以外；当必须两侧取风积沙时，上风侧的取风积沙坑应挖成能增加气流上升力的弧线浅槽，且浅槽应予以加固。平沙地路段不宜取风积沙，应加以保护。

（7）在容易积沙的路堑或半填挖路段，为防止流沙进入路肩及行车道，在挖方坡脚宜设成宽度不小于2 m的积沙平台。

（8）尽量不设或少设高路基和深路堑。路基设计宜填挖平衡或填方略大于挖方，挖方弃风积沙宜用于填方路基，多余弃风积沙应置于背风一侧的低洼处，距离路堑坡顶不应小于10 m。

（9）路基两侧10～20 m范围内的沙地应保持平顺，地上凸起物应铲除并予以整平。

2）横断面形式考虑的因素

路基横断面是路线中线上各点的法向切面，它是横断面设计线与地面线所围成的整个断面。公路横断面包括路基宽度、路顶拱度、边坡等，分为填方路基横断面、挖方路基横断面、半填半挖路基横断面三种。其横断面形状及其几何尺寸与公路使用状况密切相关，合理的横断面形式能避免或减少风沙流对路基的风蚀和沙埋，从而达到提高沙漠公路通行能力的目的。

沙漠公路路基横断面应根据公路等级和技术标准，结合风沙地貌、填挖情况、土质条件等选定。沙漠公路横断面设计，既要考虑干散无黏聚性沙漠土路基的平稳固定，又要充分考虑如何便于越路风沙流的迅速通过。

（1）填方路基。路堤上的风向、风速变化与路堤高度、边坡坡度以及风向与路线的交角大小有关。当路堤与风向平行时，由于路堤具有一定的高度和光滑的表面，路基顶面风速较两侧沙地表面风速大，所以一般不会积沙。但须注意随着路堤高度的增加，风蚀程度也会增加，当路堤与风向正交时，随着路堤高度的增加和更陡的边坡时，将导致路面的严重积沙；如路基采用1∶6或更缓的边坡时，路容开阔舒展美观，气流可平顺越过路堤，输沙效果较好，将不积沙。

在本项目设计中，沙漠段路基采用风积沙干压实，路基填方边坡采用1∶3，这样在路基边坡及两侧采用防护后，既能防止路基被风蚀和沙埋，而又使路基填挖土方降低，从而保证了工程造价合理。路堤的标准断面见图6-1。

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图6-1 路堤（单位：cm）

（2）挖方路基。由于路堑易积沙，在设计中尽量不设或少设路堑，当无法避免时其边坡应尽量放缓，通常采用敞开式的路堑形式。

路堑内的风向、风速变化与路堑边坡坡度、路堑深度以及风向与路线交角的大小有关。路堑与风向正交时，路堑内风速降低，且边坡坡度愈陡、陡路堑深度愈大，风速降低愈多。由于背风侧的降低程度更大，故堑内积沙一般是从背风侧坡脚开始，逐渐向迎风坡脚延伸，严重时路堑下部可被积沙堆满。路堑与风向锐角相交或平行时，由于路堑内的拉沟风作用，故路堑内一般无积沙，只是进出口处形成漏斗形的片状积沙，危害不大。

根据国内外沙漠公路的修建经验，当路堑边坡缓于1∶4时，防沙工程及时、防沙综合措施完整配套，路堑内将无积沙。

在挖方坡脚设宽度不小于2 m的积沙平台时，可延缓积沙上路，同时当积沙饱和时，也使路堑的外边坡变得更缓，有利于风沙流非堆积吹过路面。

所以本设计中，路堑边坡采用1∶4，在挖方段两侧设置底宽3.0 m的积沙平台。路堑的标准断面见图6-2。

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图6-2 路堑（单位：cm）

（3）根据路线位置的不同设置的断面形式。按照JTG B01—2014《公路工程技术标准》的规定，路线根据路线位置的不同设置有三种断面：

①位于阿拉尔垦区的K0＋000～K5＋900段，路基填料为风积沙，路基宽12.0 m，行车道宽2×3.75 m，两侧硬路肩宽各2.00 m，两侧土路肩宽各0.25 m。行车道、硬路肩路拱横坡采用1.5%，土路肩路拱横坡采用1.5%，路基填方边坡为1∶2。在非沙漠区利用风积沙做路基时，宜用砾石土或当地土设置包边。

②位于沙漠中的K5＋900～K419＋200段，路基填料为风积沙，路基宽10.0 m，行车道宽2×3.75 m，两侧硬路肩宽各0.50 m，两侧土路肩宽各0.75 m。行车道、硬路肩路拱横坡采用1.5%，土路肩路拱横坡采用2.5%。路基填方边坡为1∶3、挖方边坡为1∶4，同时在挖方段路基外设置有3.0 m的积沙平台。

③位于河滩、县乡道路上的K419＋200～K430＋105.20段，路基填料为砾类土，路基宽12.0 m，行车道宽2×3.75 m，两侧硬路肩宽各2.00 m，两侧土路肩宽各0.25 m，行车道、硬路肩路拱横坡采用1.5%，土路肩路拱横坡采用1.5%。路基填方边坡为1∶1.5。

3）不良地质的处理

公路沿线区域属塔里木地块，主要由冲积、洪泛沉积及风积沙组成，沿线地表岩性为粉沙或粉质细沙。饱和粉质细沙、盐渍土等不良工程地质与特殊岩性分布广泛，对路基稳定性影响很大，路线大部分段落需进行稳定性处理或隔断处理。不良地质有两种：饱和粉质细沙和盐渍土。

（1）饱和粉质细沙。饱和粉质细沙主要分布于路线起点的K0＋000～K3＋500段，该段位于平原绿洲区，水系繁杂，地下水位较高。加之土体颗粒细，排水不畅，每年春融期间地下水位上升。路基表层冻胀土融化，在汽车反复振动荷载下易引起土体液化，从而导致路基失稳翻浆。

饱和粉质细沙处理措施如下：

①将原地面以下80 cm挖出，换填风积沙，其上路基用风积沙填筑；

②路基顶面设置土工编织布；

③提高路基，放缓路基填方边坡，填方边坡采用1∶3。

（2）盐渍土。沙漠盐渍土主要分布在路线起点的沙漠边缘及沙漠内部的和田河河流泛滥区或低洼地带。沙漠盐渍土盐类主要表现为局部地段有氯化物中、弱盐渍土。

盐渍土中盐分的转移聚积，是含盐土体中水温等条件综合作用的结果。在毛细水上升、蒸腾与湿度、气压梯度差等作用下，使土体内盐分由下向上、由内部向表层聚集。其对公路主要造成的危害为：路面盐胀变形、道路翻浆、常温湿陷。

沙漠盐渍土处理措施如下：

①根据地质及水文条件，提高路基，使路基最小填土高度满足规范规定和工程处理要求。

②路基填料采用风积沙，放缓路基边坡，加强压实。路基填料的风积沙粉黏粒含量要控制在5%以内，将原地面表层30 cm含盐量大的沙土挖除后换填风积沙，不再做特殊处理。

③路基顶面设置土工编织布。

公路路基设计：横断面形式及考虑因素

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