道路低路堤路基设计研究.pdf
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1、97交通科技与管理工程技术0引言道路低路堤路基设计在现代道路建设,特别是平原地区道路建设中,扮演着至关重要的角色。随着人们交通需求的增长和对环境影响的日益关注,传统的高路堤设计方法面临着诸多挑战,如占地面积大、成本高昂以及对生态环境的潜在破坏等。低路堤设计作为一种创新方案,重要性日益凸显,不仅因为其能够显著降低工程规模和成本,还因为对环境的影响较小,有利于维护生态平衡。此外,低路堤在提升行车安全和舒适性方面也表现出色,能有效减少车辆在行驶中的潜在风险。因此,探讨低路堤路基设计的优化方法及其应用,不仅对于满足现代道路交通的需求至关重要,也对促进道路建设的可持续发展具有深远意义。1低路堤路基特点低
2、路堤路基在道路建设中与高路堤路基相比具有以下优点1:(1)减小工程规模,降低成本:在早期建设的平原区道路中,建筑安装费用通常约占总造价的 80%。随着新的征地拆迁政策的实施,这一比例降至约 67%。采用低路堤设计可以有效减少土方工作量和占用的土地面积。例如,某 4 车道市政道路,路基宽 28 m,若路堤填土高度每降低 1 m,则土方量可减少约 18 000 m3/km,减少占地约 3 335 m2,从而显著降低整个项目的成本。此外,低路堤由于其恒载减小,能够降低软基处理费用、减少路基防护工程量以及缩短桥梁长度,进一步降低工程规模和投资。(2)增强行车安全:低路堤的设计有利于降低工后沉降,使行车
3、更加舒适。在发生交通事故时,由于路基较低,可能造成的损失也相对较小。此外,低路堤的缓坡边设计可以形成安全缓冲区,进一步提升行车的安全性。(3)促进道路可持续发展:在经济较为发达的平原地区,由于交通需求迅速增长,道路密度不断加大。高路堤后续的道路规划中往往会有一定的困难,特别是在上跨设计方面。此外,随着交通量的增长速度超过预测,许多道路在投入使用后不久便需要考虑扩建,而低路堤设计在扩建项目中提供了更大的灵活性和便利性。然而,低路堤的设计和实施在一些方面也存在问题,主要有:在某些情况下,实施上跨的难度很大,有时甚至无法实施,最终不得不改为主线上跨,重新回到高路堤的设计;低路堤可能导致通道排水困难,
4、进而影响道路表面的完整性和可通行性;涵洞可能因积水和淤塞而无法正常发挥功能;低路堤可能导致路基和路面的整体强度不足,从而减少道路的使用寿命。2低路堤路基设计的控制因素在低路堤路基设计过程中,为了确保设计的有效性和可靠性,主要采用以下控制因素2-3:(1)充分利用地质条件:设计时要充分考虑工程地区的地质条件。在地基坚实、地下水位较深且地表排水良好的区域,应尽量降低路基的填筑高度并减小边坡角度。这不仅有助于减少不必要的填方作业,而且可以显著降低整体的工程成本,同时避免由于地质信息不明确而造成的资源浪费。(2)优化横向穿越结构的布置:横向穿越结构,包括跨线桥和下穿通道,是低路堤设计中的一个重要组成部
5、分。应根据交叉道路的性质和交通流量,在必要地段采用合适的横向穿越方式。例如,在以汽车通行为主的道路或挖方路段,优先考虑支线上跨方式,以解决路基填土高度问题。这些横向结构的数量和类型直接影响道收稿日期:2023-09-15作者简介:杨为忠(1990),男,本科,工程师,研究方向:道路低路堤设计研究。道路低路堤路基设计研究杨为忠(福建省水利水电勘测设计研究院有限公司,福建 福州 350001)摘要为了探讨道路低路堤路基设计的优化方法及其应用,文章阐述了低路堤特点及控制因素,并分析了低路堤路基高度的计算方法。采用填高加权平均法确定低路堤的路基高度,结合工程实例,具体分析了低路堤的设计方案,并与高路堤
6、路基方案进行了对比分析。结果表明:低路堤设计在减少工程规模、提高行车安全以及促进道路可持续发展方面具有显著优势,其在具体工程应用中需根据地形地貌和工程需求灵活调整。关键词道路工程;低路堤设计;路基高度;优化方法中图分类号U416.12文献标识码A文章编号2096-8949(2023)23-0097-042023 年第 4 卷第 23 期98交通科技与管理工程技术路的整体填土高度。(3)应用置换法调整路基高度:在地下水位高或存在冻融循环等复杂水文地质条件的地区,可通过置换法来调整路基高度。这种方法通常涉及将土壤替换为碎石等透水材料,从而降低路基的高度。虽然此法的初期投资较高,但最终能带来更高的道
7、路整体效益,尤其是在经济条件较好的地区。(4)整治和合并河道:与水利部门合作,对河流进行整治和合并,尤其是那些不再用于航运的小河流。在跨越这些河流时,可以用涵洞替代桥梁,即使在排洪要求较高的河流中,去除航运需求后也能显著降低桥梁的高度。(5)采用低建筑高度的结构:在桥梁和涵洞设计中,应根据水文数据精确计算设计流量,保留足够的净空高度。优先选择预应力混凝土板梁或标准化装配式结构作为桥梁上部结构,这些结构有助于降低桥涵的整体高度。同时,在材料选择上,尽可能使用高强度材料,以进一步降低结构的高度。3工程概况某道路工程位于我国北方典型黄河冲积平原地区,路线全长 60.24 km,地形起伏不大,高差保持
8、在 8 m 以内。道路设计采用双向 4 车道,设计速度为 120 km/h,路基宽度为 28 m。当地为平原微丘区,地形较为平坦,人口稠密,农业活动频繁,因此土地资源极为宝贵。道路设计时需要考虑多种因素,包括构造物的净空高度、路基设计的洪水频率、路基的干湿状态以及横向交通流。通常,该地区的道路建设倾向于使用具有一定高度的路堤,而较少采用主线下挖、低填路堤、高架桥或地下高速等方案。这种做法虽然在某种程度上方便了交通流动,但也导致了道路填土高度较高,从而引发了大规模的土地挖掘和填充,增加了工程量和建设成本。更重要的是,这种做法在一定程度上破坏了自然环境和生态平衡。4低路堤路基方案设计在平原区的道路
9、设计中,通常采用较高的路堤方案,其中路堤填土高度一般超过 3 m。该项目地处平原区,对高路堤和低路堤方案进行比较分析。4.1高路堤方案通过设置通道,该方案有效解决了沿线交叉道路的横穿问题,对现有路网的影响较小并符合当地居民的出行习惯,使得工程实施的难度相对较低。由于设置的天桥数量较少,主线上的行车视野相对开阔。然而,高路堤方案也存在一些缺点:一是由于路基填高较大,容易导致路基不均匀沉降、桥头跳车现象,增加了施工质量控制的难度。二是在运营期间,道路可能出现更多的维护问题,导致维修和养护成本增加。三是较高的路基在发生交通事故时可能导致更严重的后果,特别是车辆冲出路堤时。4.2低路堤方案在考虑低路堤
10、方案时,需要结合项目的具体情况。首先,低路堤设计能够根据地形特点在适当的路段降低路堤高度,通过天桥上跨交叉道路,同时在难以实施的路段维持主线上跨。这种方法不仅与沿线的自然地理特征更加协调,还实现了人与自然环境的和谐共生,同时,路堤高低相结合的设计也使得道路景观更加多样化,提高了驾驶的舒适性。其次,较低的路基填高减少了路堤不均匀沉降、桥头跳车等问题,从而降低了工程实施的难度。最后,低路堤方案对行车安全性的提升也非常有利,能有效避免严重的交通事故。然而,低路堤方案也存在一些不足之处:首先,由于需要以天桥形式上跨被交道路,可能会增加项目的总体投资。其次,增加的上跨天桥可能会影响主线的行车视线。此外,
11、合并设置的某些横跨道路天桥可能导致被交道路需要绕行,这对于习惯于平地行走、机械化程度较低的当地居民可能造成不便,甚至可能导致工程进展受阻。4.3低路堤路基高度的确定在确定低路堤路基高度时,通常采用填高加权平均法4-5。考虑道路沿线各个点的地形和地物变化,使得每个测点处的路堤填高具有不同的权重。具体计算时,路线中的桩点放样会根据地形变化进行调整,从而影响每个桩点处路堤填高的权重。计算公式如下:(1)式中,路基填土平均高度(m);Hi、Li分别为 i 第段填土高度和长度(m);n 路基分段数。填高加权平均法考虑了路段间距离的权重变化,能更准确地反映驾驶者在道路上的视觉感受,在科学性和合理性方面表现
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