什么是路基设计?

什么是路基设计?

[拼音]：luji sheji

[外文]：roadway design

铁路路基和公路路基的整体作用和设计原则基本相同，其目标是在动荷载和自然营力作用下应保持稳定;对于高速铁路和公路，路基的长期变形和动载下的d性变形不能过大。路基设计的内容包括路堤、路堑设计，路基排水和防护工程（见路基挡土结构）设计以及特殊条件下的路基设计。

路堤设计

路堤(见路基)顶面的宽度由铁路轨道的道床底宽或公路路面宽加上两侧的路肩宽决定。铁路路堤的路肩宽，要便于养路机械的放置和 *** 作。公路路肩宽，应足以保持路面稳定和堆放养路材料。路堤填料的选择和填筑质量的要求，影响到路堤的强度、稳定、造价和工期，对不同等级铁路或公路的路基要求应不同。在保证填料质量的前提下，要考虑就近取土以降低造价。第二次世界大战前，车速不高，运量小，因而选择填料要求不高；后来要求路堤在填筑后立即能适应正常的行车速度和运量，因而各国都制定严格标准，以防止沉陷变形。例如，中国铁路部门将填料按其适用性分为A、B、C和D四级。A级为优质填料，如粗粒无粘性土；B级为良好填料，如细粒含量小于30％的混合土和砂粘土等；C级为限制使用的填料，如细粒含量超过30％的混合土及粉砂等；D级为一般禁止使用的土料，如粘粉土、粘土和有机土等。铁路路堤顶面承受动荷载的基床部分应选用 A级或B级填料，若不得不使用C级填料时，填料的液限应不大于32，塑性指数应不大于12。公路部门规定粗细粘砂土和砂土及轻重砂粘土为适宜填筑路堤的材料。轻重粘土及粉质土除采取一定改善措施外，一般不宜用作填料。施工时路堤填土应分层压实达到规定的密度，此密度根据标准夯实试验得到的最佳密度确定（见路基填土压实）。

路堤边坡须根据填料的力学性质设计，当边坡较高时，应单独进行检算，如采用圆弧法设计(见土坡稳定分析)。一般情况下采用1:1.5～1:1.75的边坡。平原地区的路堤填土高度应不小于 0.5米。路堤填土的基底应清除草皮。当地面横坡陡于1:5时，应将原地面挖成宽度不小于1米的台阶；当地面横坡陡于1:2.5或地基为软土时，对其稳定性需作特殊设计。路堤边坡常种植灌木或草皮以防雨水冲刷。路堤两侧地面要修筑排水沟(边沟)，以防坡脚积水影响其稳定性。在多雨及低洼地的路基两侧，要修筑护道以保护坡脚。跨沟的路堤需在底部修建涵洞，以便排泄沟水或雨季的地表水，并注意保证灌溉。土质路基顶面应设置路拱，其目的是将顶面雨水迅速排走。石质路基可不设路拱。

路堑设计

路堑设计主要是确定路堑边坡。边坡一般分三类：

（1）岩石路堑边坡（包括岩质及半岩质）；

（2）碎石土类（砾石、卵石、碎石、块石）路堑边坡；

（3）粘性土路堑边坡。

岩石路堑边坡

确定岩石路堑边坡的方法可以按平面破坏、楔体破坏、圆弧形破坏或倾倒破坏等形态用力学方法检算其稳定性，对于较低的路堑边坡一般可根据岩性、风化程度、地层产状、层厚及节理裂隙、水文地质条件及气候因素，特别是依据附近的极限稳定边坡统计调查资料，采用工程类比方法确定。

碎石土类路堑边坡

通常考虑在不同密实程度下此类土的稳定边坡，并根据水文地质和工程地质条件、散状特征、颗粒大小、边坡高度，给予不同的安全系数而确定。在有土工试验资料或有较可靠的经验数据时，也可用圆弧法或折线法进行稳定性检算作为参考。在岩堆上开挖路堑时，除检算路堑边坡的稳定外，还需检算岩堆与基岩层接触面间的滑动稳定性。

粘性土路堑边坡

根据工程地质勘察和土工试验资料，当边坡较高时，用圆弧分析法进行检算。对计算中采用的土的物理力学性质数据，应加分析，须确认其具有代表性及真实性后才能使用，并考虑到施工后可能产生的变化（例如地下水的影响等）。

一般在较均质的地层中，岩石边坡为1:0.1～1:1;碎石土类边坡为1:0.5～1:1.5；粘性土边坡为1:1～1:1.5。

路基排水

水的作用是造成路基病害最主要的因素，举凡路基沉陷、翻浆冒泥、冻胀凸起、边坡溜滑、崩坍滑坡等病害，多与地面水或地下水的活动有关。因此，为了保证路基稳定，必须做好排水附属工程，一般分为排除地面水和排除地下水两大类。

地面排水系统

使所有的地面水流都能通畅地流出路堑范围以外，防止漫流或停积。在地质不良地段，更须防止下渗。路堑的地面排水系统包括以下设备：

（1）路堑侧沟，设在路堑的路肩外侧，用以排除路堑坡面和路基表面的雨水；

（2）天沟，设于路堑边坡坡顶以外的适当距离处，用以截引堑顶上方的地面径流；

（3）吊沟，设于路基需要横向排水的陡峻边坡上，可分为单级或多级吊沟。路堤两侧地面要修筑排水沟。

地下排水系统

其作用为降低地下水位或拦截地下水流。这种排水设备一般采用渗水暗沟、渗水隧洞、渗水井和渗水管等。其构筑物的位置、类型和尺寸，由地下水的水量、流向、埋藏深度、土层及土的种类决定。其设计和施工需根据详细的工程地质调查资料进行。

特殊条件下的路基

在不同的地质和气候地区，有一些特殊问题须加考虑。

软土地区路堤

软土的特点是强度低，变形大，且延续时间长。路堤填筑过高时将引起地基的滑动破坏，因而软土地区路堤需先计算能填筑的“临界高度”，超过该高度的路堤必须对地基进行处理（见软土地区筑路）。最简单的方法是分层分阶段填筑，每层填筑后，等待地层中的超静孔隙水压力消散（见土体固结理论），再填筑次一层土。这种方法的缺点是工期长。为加速填筑过程中地层超静孔隙水压力的消散，最常用的措施是在地层中先打砂井或排水纸板以增加软土中的排水通道。近年来，用生石灰桩或砾石桩以改良软土地基，或铺设土工织物以提高软土承载能力。

黄土地区路基

黄土是一种特殊地层，它的特点是孔隙度很大(一般为44～53％)，并具有竖直节理；孔隙内壁坚硬，有碳酸钙胶结；遇水后易于在自重及外力作用下产生沉陷(称为湿陷性，见湿陷性黄土地基)。因而黄土地区多沟谷和陷穴，其边缘多为近于垂直的黄土陡壁。黄土地貌有塬、墚、峁。黄土塬是沟间的地貌，宽而平坦，大者达数百平方公里，小者亦有几平方公里，厚约200米左右。黄土墚成长而狭的条形分布，其间的沟谷切割深度较塬地区为浅，但沟谷的分布密度较大。墚角再被切割，则形成孤立的山头，形态如馒头，称为黄土峁。黄土路堑边坡的设计主要应根据黄土地区的工程地质决定，即根据黄土的区域分布规律、工程地质及已有边坡的稳定情况而定（见黄土地区筑路）。

盐渍土地区路基

盐渍土在中国河西走廊、柴达木盆地和南疆，亚洲阿拉伯半岛等地分布较广泛。土中含盐量超过一定数量会使土的密度和强度降低。随着表面蒸发作用，土中盐分将随着地下水的上升向路堤顶面集聚而使土松胀，在车辆动力作用下形成翻浆冒泥或冻融，影响运输。中国和苏联都规定了填料中不同盐类的最高含量，超过限量的含盐土不能用作填料。盐渍土对一般混凝土有腐蚀性，盐渍土地区的路基土工构筑物须采用能抗腐蚀的材料建筑（见盐渍土地区筑路）。

沙漠地区路基

在沙漠地区筑路，首先要掌握当地风向和风速的变化规律，以及地面沙丘的移动规律。防治流沙侵袭路堤最根本的方法是植树造林，但沙漠地区造林困难，而且树木生长需要一定时间。因此，在沙漠中修筑路基，应进行特殊设计并须要采取各种固沙措施。中国包兰铁路经过中卫县沙漠地区，采取了固沙造林与机械防沙的综合措施，效果良好（见沙漠地区筑路）。

泥石流地区的路基

泥石流为携带大量固体（如粘土浆、砂砾、石块等）的山洪。粘土浆是泥石流的基本组成部分。它具有巨大的悬浮力及搬运力，有时能携带直径1米或更大一些的石块。泥石流常突然发生，短暂而且具有剧烈的破坏作用。泥石流的流域可分为上游、中游和下游三个部分。上游部分为供给带，由无数的细流和小沟汇合，形似漏斗；中游部分为通过带，经常是窄的峡谷；下游部分是沉积带，在谷口处形成冲积扇，大的可达几十平方公里。铁路或公路应在其中游部分，以有足够净空的单孔桥跨过，或以隧道、明洞自泥石流沟底的下面通过（见泥石流地区筑路、自然地质作用和工程地质作用）。

多年冻土地区路堤

在高纬度或高海拔地层中，温度等于或低于零度，土中固态水终年不化且连续三年以上者，称为多年冻土。其表面层则常为季节融化层。多年冻土层中存在冰锥、冰丘、热融湖和沼泽，都会影响路堤的稳定（见冻土地基）。路堤的修筑可能改变或破坏土层的地温条件，从而引起冻土冰层的变化和路堤的变形。因此，须进行特殊设计（见多年冻土地区筑路）。

河滩及水库地区路堤

终年浸水及季节性浸水的路堤，最好用水稳性的渗水材料填筑。中国从集美到厦门的铁路公路两用海堤，是在海中填石筑成。浸水路堤的坡面防护，通常采用干砌片石护坡、挡墙、堆石等措施。海滩路堤的防护也可采用导流措施，以减弱海水对路堤的冲刷。水库路堤还要考虑水库水位涨落所引起的库岸地下水位的变化，以及波浪所引起的坍岸。这些变化和坍岸有时会影响沿岸路堤的稳定。

岩溶、坑洞地区路基

在石灰岩地区，由于地面水和地下水的溶蚀作用，在地层中存在大小不等的溶洞和暗河；在矿区则在地下有正在使用的坑道，或已废弃的矿穴。路基经过这种地区，必须查明这些空洞的分布位置和对路基的危害程度，并尽量少挖少填。对溶岩地区主要是要查明其是否还在继续发展和岩溶顶板的安全厚度，必要时将岩溶空洞回填。地下矿体开采会引起地表大面积下沉，一般重要铁路干线下一定宽度内不允许开挖；废弃的矿穴坑道上部覆盖常为土层，因而对地面路基稳定的影响更为严重。有些老煤矿上的老路基，由于废弃坑道大量抽水，地下水位下降会引起路基沉陷。

裂隙粘土地区路基

裂隙粘土是在地质年代中曾经在地层深处受过很大压力和挤压剪切作用，后来经过地壳运动出露地面的粘土层。这种粘土的特点是孔隙比很小，密度大而坚硬，但其中有大量微小不规则的剪裂面。这种地区的路堑在开挖时可以维持较陡的边坡，但这种边坡往往在经过几个雨季后逐渐丧失其原有的强度而发生坍滑。有些裂隙硬粘土边坡的坍滑可以延续很多年，甚至边坡放缓至1:2和1:3仍不能稳定。因此，在裂隙硬粘土地层中，路基设计应尽量避免深挖和高填，并注意坡面防水。

崩坍滑坡地区路基

滑坡是大量土体或岩体在重力作用下，沿一定的滑动面缓慢而长期地下滑，有些则在到达一定程度后出现比较急剧的倾倒崩塌。这些现象往往造成重大灾害。铁路和公路选线需要尽可能地绕避崩坍滑坡地段。无法绕避时，应对可能发生崩坍滑坡的地段进行详细的工程地质调查研究，并采取必要的防治措施，包括排除地表水及地下水，坡顶减重，坡脚修建抗滑桩等等（见岩土滑移）。

特殊条件下路基除上述几种外，尚有坠石、沼泽、盐湖、雪崩、水库坍岸等等。它们对路基稳定性都有影响，要充分调查研究加以考虑。