河南地区公路低路堤设计问题探讨

河南地区公路低路堤设计问题探讨

曹莹

商丘市豫东公路勘察设计有限公司 476000

摘要：以河南地区的公路工程实例为依托，对低路堤设计问题进行探讨。首先介绍了工程概况，然后介绍了该工程低路堤的工程特性，最后结合实际工程对低路堤设计方法进行深入分析。分析结果表明，在进行低路堤设计时，要明确不同工况下低路堤的工程特性，并采取合理可行的方法降低路堤的高度，从而满足低路堤的设计要求。

关键词：低路堤；土工布；塑性应变

引言

我国公路工程项目中，部分地区在建设中开展了低路堤设计与施工。由于低路堤路基无法将车辆通行时产生的荷载有效扩散，从而导致传递给地基的动应力较大，地基受到的动应力大于临界动应力，在不断累积中，塑性应变逐步增大，导致低路堤路基出现较大的沉降，使道路严重受损。低路堤能够使公路建设对国土资源的占用问题得到有效改善，但外界制约低路堤设计的因素相对较多。为此，要分析低路堤的工程特性，采取有效的方法和措施确保低路堤设计的合理性。基于此，就公路低路堤设计问题进行分析探讨。

1低路堤的工程特性

1.1路堤高度

(1)路堤越高，传递到路基范围的动应力就越小。随着路基高度从0.8 m增加至1.3 m，路基顶面的动应力减少了3.4 kPa，而路基的深度从0到-3.0 m，动应力的降幅达到55.8%，表明路基的深度越大，对动应力的影响越小。

(2)低路堤的高度越大，车辆附加动应力所引起的地基基础范围内的沉降就越小，公路结构总沉降量也较小。当路堤的高度减小后，路基工作深度增大，过深的路基会造成不均匀沉降。可见，车辆荷载对路基的作用范围与路堤的高度有着极为密切的关联。

1.2基层厚度

(1)增加基层的厚度，使抗车辆荷载的能力随之增强。

(2)基层厚度对各个深度处的应力和路基工作深度存在较大的影响。随着基层厚度的增加，深度处的动应力与路基工作深度会减小，基于此，在设计过程中，可通过加厚基层的方法减小路堤的动应力和路基工作深度，从而达到降低路基高度的目的。

1.3弹性模量

(1)抗车辆荷载的能力与基层弹性模量的大小成正比。随着基层弹性模量的增加，传递到路基的附加动应力越小。当路基的深度小于2.1 m时，动应力随着基层弹性模量增大而减小的幅度并不明显，这说明，路基顶面2.0 m的范围受附加应力较大。

(2)基层弹性模量对路基深度动应力和路基工作深度的影响较大，这表明，抗荷载的能力与基层弹性模量成正比，因此，传递的路基动应力越小。具体设计时，通过增加基层的弹性模量，能够减小路堤的高度，从而达到低路堤的要求。

1.4面层厚度

(1)当公路面层厚度为一定值时，随着深度的增加动应力呈非线性衰减。随着面层厚度增大，各深度处的动应力随之减小，面层厚度从0.15 m增长至0.24 m后，路基顶面的动应力从9.76 kPa降至8.89 kPa，降幅为8.9%，路基顶面以下2.0 m处的动应力从4.37 kPa降至4.09 kPa，降幅为6.85%。路基深度2.0 m以下，随着面层厚度的增加动应力的变化逐步减弱，由此说明路基顶面以下2.0 m范围内的附加应力影响较为明显。

(2)路基工作深度与面层厚度之间成反比关系，当面层厚度从0.15 m增至0.24 m后，路基工作深度从1.76 m降至1.66 m，由此说明面层厚度对各深度处的应力以及路基工作深度的影响较小。

2低路堤设计方法

路基在日常使用中会受到交通荷载及自然因素的影响，本工程中的路基所处地理环境较为特殊，在该区域内，低路堤的建设要综合考虑地貌、路基填筑材料、风蚀、泥石流、盐渍土等不利条件的作用。上述影响因素不但会造成路基弹性变形，还会使路基的结构稳定性受到残余变形的影响。由于低路堤本身的高度较低，使得天然路基容易接受到未充分扩散的车辆荷载，导致路基沉降变形。基于此，在低路堤设计时，除了要遵循基本原则外，还应合理确定路堤的高度，使其达到低路堤的设计要求。

2.1基本设计原则

(1)公路工程项目建设过程中，会有大量的土地被占用，通过低路堤设计，能够减少对土地的占用量，从而实现节约土地资源的目标。

(2)低路堤设计要结合沿线居民的生活要求，在充分考虑沿线实际情况的基础上，合理确定出通道的位置、形式等，避免设计过密造成浪费，要体现低路堤设计的合理性。

(3)在低路堤设计时，要与区域内外的其他运输方式相互联系，达到彼此之间相互协调的效果。不同地区地形地貌、气候气象、水文地质有所差别。因此，在设计低路堤时，要遵循协调性原则，强调与周围环境的协调，最大限度减少对沿线地形地貌、自然生态环境、水土平衡的破坏及不利影响。

2.2合理确定路堤高度

(1)《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）中指出，在确定路堤最小填土高度时，要充分考虑如下问题：临界高度、公路沿线条件、排水与防护措施、地下水位、地表积水水位等。在本工程中，影响路堤最小填土高度的主要因素有路基工作深度、路基土体的干湿状态、防洪要求等。作用于低路堤上的荷载包括静载和动载，前者为路基的自重，后者为行车荷载。在一定深度范围内设计路基时，为确保在行车荷载作用下路基不会产生过多的累积变形，要求车辆通过时只产生弹性变形。当路基工作深度超过路堤的填土高度时，行车荷载除了会作用于路堤之外，还会作用到天然路基的上部土层。所以，在确定路堤最小填土高度时，应使低路堤中的天然路基上部土层与路堤本身满足设计要求，施工阶段要充分碾压密实。

(2)在制约路堤填土高度的所有因素中，通道的形式与数量是关键因素。依据现行规范要求，公路的通道数量要保证当地居民的交通便利，但要避免大量增加通道造成的投资浪费。因此，应合理确定通道数量，并降低路堤的设计高度，在全面规划路网的基础上，以便于居民出行和节约工程投资为原则，科学分类，确定出通道的数量及其位置。

(3)低路堤设计方案的应用使得公路大量的通道被取消，由此对当地居民出行造成一定影响。对此，可通过设置分离式立交和天桥的方法予以解决。路线与其他道路交叉多，设置立交、通道时，净高会对路堤的填土高度产生一定影响，并成为路堤设计高度的主控因素。

2.3降低路堤高度

(1)由低路堤的工程特性分析可知，通过增加道路基层的厚度和弹性模量以及面层厚度，能够有效降低路堤的高度。因此，在低路堤设计时，可在不影响工程造价的基础上，适当增加基层厚度、弹性模量以及面层厚度。

(2)相关研究结果表明，路堤的高度与路基的工作深度存在密切关系，即路堤的高度越小，路基的工作深度就越大。但在实际工程中，如路基的工作深度过大，则会引起不均匀沉降问题。因此，在设计路堤高度时，要充分考虑车辆荷载对路基的影响，确保路堤高度的合理性。路基设计时，要确保车辆经过时只有弹性变形，而设计低路堤时，可以通过增加路面结构强度来减小路基的工作深度，在降低路堤高度的基础上，保障路基的总体强度。

(3)对于不同的区域可以选取适宜的方法处理地基，最大限度降低车辆荷载对路基结构变形的影响，为低路堤设计创造有利条件。如在盐渍土区域，可以采取换填的方法处理地基，选用透水性好的中粗砂、砾石等材料，并在换填土层内增设土工合成材料；在风积沙区域，可遵循就地取材的原则，用风积沙填筑路基，以砂砾封顶。在路堤内一定的深度处布置隔断层。在平原区域内，要对地基做特殊处理，确定开挖深度时，要综合考虑水文地质、气候特征、填筑材料、排水情况等因素。对于地下水位相对较低的区域，可选用石灰处理，也可添加适量的水泥无机材料，换填深度控制在40～50cm。

结束语

在公路低路堤设计中，要明确低路堤不同工况下的工程特性，为后续路堤高度的合理确定提供参考。为使路堤建设最终满足设计要求，应采取有效的措施保证路堤的合理高度。

参考文献：

[1]杨为忠. 道路低路堤路基设计研究 [J]. 交通科技与管理, 2023, 4 (23): 97-100.

[2]李元新. 平原区高速公路低路堤设计研究 [J]. 河南科技, 2021, 40 (03): 88-91.

[3]孙任之. 平原区高速公路低路堤设计方案比选案例分析 [J]. 工程与建设, 2020, 34 (03): 499-501.