張葆永 王 林

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710068)

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高速公路路基最小填土高度的計算與探討

張葆永 王 林

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710068)

針對平原微丘區(qū)高速公路路基多以低填為主、土石方多以借方為主的情況，提出路基填土的高度直接關系到高速公路的安全運營和土石方數(shù)量的大小，因此確定路基的最小填土高度顯得尤其重要，對路基最小填土高度的計算進行了詳細的介紹。

平原微丘區(qū)，路基工程，最小填土高度

我國地域廣袤，西部山巒起伏，東部多為平原及低緩丘陵。平原微丘區(qū)往往人煙稠密，耕地密布，土地價值較高。高速公路在平原微丘區(qū)通過時，路基以填方為主，路基填料來源較少。填土高度過低，易因地下水位及行車荷載作用，對路基造成不利影響，導致路基路面出現(xiàn)病害、使用壽命減短。填土高度過高，則路基土石方數(shù)量較大，占地面積較大，造成建設費用和土地資源的浪費。因此，確定合理的路基填土高度，是高速公路安全運營的保障，也能避免公路建設以及土地資源的浪費。

1 高速公路的最小填土高度

高速公路沿河及受水浸淹的路基，路基高度應高出1/100的洪水頻率的計算水位加壅水高、波浪侵襲高和50 cm安全高度。一般路段路基高度應不受地表積水及地下水的浸潤影響。同時，路基設計時應綜合考慮項目所在區(qū)域的地形、地貌，通道分離立交設置情況，以及路基填料情況、排水系統(tǒng)等因素確定路基填土高度。本文就從以下三方面來探討高速公路路基最小填土高度：

1)由路床頂面干濕狀態(tài)確定的最小填土高度；2)由路基受力狀態(tài)確定最小填土高度；3)由高速公路中央分隔帶排水需要確定最小填土高度。

2 路基最小填土高度的計算與探討

2.1 由路床頂面干濕狀態(tài)確定的最小填土高度

為了保證路基的穩(wěn)定，路基設計時路床頂面應保持干燥或中濕狀態(tài)。即要求路床頂距地下水或地表積水的距離不小于干燥、中濕狀態(tài)所對應的臨界高度。如圖1所示，H2為路床處于中濕狀態(tài)的臨界高度(至地下水位)；Hc為路面結(jié)構(gòu)層厚度；W為半幅路基寬度；i%為路拱橫坡；h為地下水位距地表高度；H為路基最小填土高度。要保持路床處于中濕狀態(tài)，須H-Hc-W×i%+h>H2，則由路床頂面干濕狀態(tài)確定的路基最小填土高度H>H2+Hc+W×i%-h。

2.2 由路基的受力狀態(tài)確定的最小填土高度

路基是公路的承重主體。路基承受行車荷載作用，主要應力作用在路基工作區(qū)范圍之內(nèi)。為滿足輪載在地基中引起的變形和剪應力要求，需對路基受力范圍內(nèi)的填料加強碾壓，以提供足夠的強度和應力擴散能力。

1)路基工作區(qū)。車輪荷載引起的應力σz和路基土自重所引起的應力σB構(gòu)成了路基內(nèi)任意一點Za處的垂直應力。當車輪荷載引起的垂直應力σz與路基土自重所引起的應力σB的比例很小時(不超過1/n=1/10～1/5)，該深度Za范圍的路基稱為路基工作區(qū)。路基工作區(qū)深度Za可用下式計算：

從而得出路基工作區(qū)深度Za：

其中，Za為路基工作區(qū)深度，包含路面厚度，m；P為車輪荷載，BZZ-100，kN；K為應力系數(shù)，取0.5；γ為土的容重，kN/m3；n為系數(shù)，n=5～10。

2)路基土層當量厚度。高速公路一般采用瀝青結(jié)合料類面層及無機結(jié)合料類基層。路面材料與土基為非均質(zhì)體。要計算路基工作區(qū)Za，需將路面材料與土基折算為均質(zhì)體再進行計算。柔性路面的當量厚度換算公式為：

其中，Ze為各層路面換算為路基土層的當量厚度之和，m；hi為路面各結(jié)構(gòu)層厚度，m；Ei為路面各結(jié)構(gòu)層抗壓回彈模量，MPa；E0為土基的抗壓回彈模量，MPa；m為開方指數(shù)，對于多層柔性路面，m=2.5(介于塑性體m=2與彈性—剛性體m=3之間)。

換算當量厚度Ze的路面結(jié)構(gòu)應包含路床頂面以上的所有層位。路基工作區(qū)在路面以下土基中的深度即為Za減去Ze。要保證路基的工程質(zhì)量，就要使路基工作區(qū)滿足車輛荷載引起的變形和剪應力強度要求。而為了減少換填基底工程數(shù)量，最好保證路基工作區(qū)在路堤內(nèi)部。因此，由路基的受力狀態(tài)確定的最小填土高度H=Za-Ze+∑hi。

2.3 由中央分隔帶排水需要確定的最小填土高度

降雨量較大的地區(qū)，中央分隔帶應設置完善的防排水設施，保證雨水滲入后能及時排除，避免對路基造成不利影響，降低路基路面承載能力。中央分隔帶內(nèi)部宜設置由防水層、縱向排水滲溝、急流槽和橫向排水管等組成的防排水系統(tǒng)，見圖2。

要保證橫向排水管能將中央分隔帶水順利排除，則路基高度要保證中央分隔帶橫向排水要求。假定路面厚度為Hc，半幅路基寬為W，橫向排水管坡度i%(一般與路拱橫坡一致)。則由中央分隔帶排水需要確定最小填土高度H=Hc+W×i%(計算時尚應根據(jù)各項目中央分隔帶排水設計具體情況適當調(diào)整)。

3 結(jié)語

平原微丘區(qū)高速公路路基最小填土高度為由路床頂面干濕狀態(tài)、路基的受力狀態(tài)、中央分隔帶排水需要三者確定的最小填土高度的最大值。高速公路在平原微丘區(qū)布線時，在滿足路基最小填土高度要求的同時，要避免填方過高造成浪費。若受地物限制，無法滿足以上三者確定的最小填土高度，則應采取工程措施，保證路基穩(wěn)定。

[1] JTG D30—2004，公路路基設計規(guī)范[S].

[2] JTGT D33—2012，公路排水設計規(guī)范[S].

[3] JTG D50—2006，公路瀝青路面設計規(guī)范[S].

[4] 交通部第二公路勘察設計院.公路設計手冊——路基[M].北京：人民交通出版社，1996.

[5] 陳忠達.路基路面工程[M].北京：人民交通出版社，2009.

[6] 毛愛民.路基換填深度的計算與探討[J].山西建筑，2009，35(7)：273-274.

Study on highway minimum subgrade filling height

Zhang Baoyong Wang Lin

(ChinaCommunication1stHighwaySurvey&DesignAcademyCo.,Ltd,Xi’an710068,China)

In light of plain area highway subgrade features, such as low-filling orientation, earthwork with debtor as orientation, the paper points out that: subgrade soil-filling height directly determines highway safety operation and earthwork amount. Therefore, it is important to determine minimum subgrade soil-filling height, and finally introduces minimum subgrade soil-filling height computation.

plain area, subgrade engineering, minimum soil-filling height

2015-04-03

張葆永(1987- )，男，工程師； 王 林(1983- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)17-0109-02

U416.1

A