公路路基路面结构设计的优化分析_庄秀文.pdf

运输经理世界道路工程与技术0引言路基路面是公路设施的重要组成结构，保障公路路基路面施工的合理性，有利于大幅度提高公路结构的稳定性与抗压能力，使公路设施能够正式应用到交通中，发挥其建筑设施价值。但不可忽略的是，公路路基路面的结构设计过程相对复杂，材料因素、环境因素、施工技术因素等均会影响公路路基路面结构建设的质量。因此，优化公路路基路面结构设计的工作过程显得尤为重要，施工单位需针对路基路面结构设计工作展开方案分析，协调公路设施的建设过程。1公路路基路面结构设计难点与分析路基路面的结构设计需围绕各结构层设计方法、结构材料、铺筑技术等展开，而设计问题也主要出现在结构设计的过程、方法以及选材当中，具体表现为以下三个方面。1.1 路基路面结构设计的过程问题从一般公路的路基路面设计过程来看，设计单位需要根据沿线路段的环境及地理位置情况，对路基路面设施各部分结构的布局、搭配及辅助方法进行规划，因此，有关公路路基路面结构的设计工作需要面临 诸 多 工 作 要 素，工 作 过 程 具 有 复 杂 性。如 图 1 所示，沿坡公路的设计需要考虑道路边坡及路基的位置，为了保障路基路面结构的平整度，设计人员需要基于施工路段的原地面水平情况，对填土路基的填料的预计使用情况、填土路基厚度、填土路基平面距离等进行详细的测绘，最终才能够得出切实有效的填土路基设计方法。而在处理路面路基结构与护坡关系的过程中，设计人员更需要根据施工方案中的道路走向与布局，确定需要开挖的护坡位置与倾斜度，并以此为参照点，逐步设计路基、边沟以及道路路堤等结构的具体位置，保障路基路面结构设计方案的完整性。从中可以看出，路基路面结构设计方案的优化需要以“协调各结构布局、协调道路与环境关系、协调道路本身结构关系”等为基础条件，其设计过程的复杂性是影响路基路面结构设计问题的重要原因1。图 1 路基路面结构设计要素图示1.2 路基路面结构设计的方法问题路基结构的选择需要以施工场地的实际环境条件为依据，分别从填方路基、半填半挖路基、零填路基等路基结构的使用优势，选择符合环境条件需求的路基设计方案。然而，大多数施工区域内的地理条件具有多样性、易变性的特征，导致设计人员无法结合实际的施工场地情况，选择合适的路基结构设计方法。以 2021 年施甸地区省道 238 线的施工设计问题为例，在该公路工程的方案规划中，由于某施工路段的地质条件过于崎岖，导致路基设计方案的应用受到限制，其中具有代表性的问题有：如果采用零填路基进行施工，则会严重影响该路段的排水功能，造成雨季过量积水无法下渗的问题，并且对道路功能造成严重影响；而采用高填方路基的结构进行施工，部分水平高公路路基路面结构设计的优化分析庄秀文、李宗友山东（临沂）公路交通应急装备物资储备中心，山东 临沂 276000摘 要：为了探究公路工程中的高质量路基路面结构设计方法，提高公路工程建设质量，现对公路工程中的路基路面结构施工过程进行分析，分别从施工问题、施工材料的应用、施工技术的选择、施工设备的应用等因素出发，探究符合长效化公路工程建设的路基路面结构设计办法。最终得出研究结论：在合理选用路面路基填料、填筑施工方案的作用下，公路路基路面的结构刚度、抗压强度等均能得到显著提高，有利于保障公路路基路面结构的施工质量。关键词：公路结构强度；多元化公路砌筑；结构层技术；路基挖填；多功能构筑填料中图分类号：U418文献标识码：A28运输经理世界道路工程与技术度较低的路段需要大量路基填料，会严重影响此次公路施工建设的成本支出，并且不利于工期的正常推进，在这样一种情况下，路基结构方案需要通过分段设计才能够解决环境条件问题，该过程增加了路基结构设计的工作量，对工作的常态化实施造成了影响。1.3 路基路面结构设计的选材问题路基施工填料与路面铺筑材料的选择是结构设计中需要考虑的重点内容。通过采用合理的施工材料进行路基路面结构设计，有利于提高路基路面结构的整体质量。但从实际的选材工作来看，大多数施工单位无法基于现有的选材理论来建设长寿命的路基路面结构，且如何实现“选材合理化”成为路基路面结构设计的重点难题。2优化公路路基路面结构设计的意义在公路工程施工方案的规划过程中，施工单位及设计单位通过优化路基路面结构设计的方案内容，并且以施工现场条件、道路布局等现况作为工作依据，才能够保障后续路基路面施工的常态化运营。而优化路基路面结构设计，对于推进公路工程施工的意义主要体现在以下两个方面。2.1 保障路基路面结构质量通过严格控制道路各结构层的配置方法，不仅能够降低公路施工的成本损耗，还能够使公路各结构层的性能更加完善，保障公路路基路面结构的施工质量。如表 1 所示，表格中所示的数据记录了在结构层施工技术与理念下，完善公路结构层设计方法的路面施工质量，以及与普通公路施工质量的对比情况。从表中数据的对比结果中不难看出，由于公路结构层的配置以及各结构布局符合长效化施工标准，因此在实际的公路运营过程中，优化结构设计后的公路性能远远优于普通公路，并且符合可持续发展下的工程建设质量要求2。表 1 结构层施工与普通公路结构设计试验效果试验路段项目结构层设计试验路段普通公路弯拉强度/MPa2.61.42抗压强度/MPa14.97.7弯拉弹性模量/GPa21152.2 简化路基路面施工过程在公路路基路面结构设计方案的指导下，施工单位可以根据结构方案的设计要求，严格控制路基、底基层、表面层等结构的位置以及填筑厚度，这样一来，路基路面结构施工能够在保障施工质量的基础上，实现施工全过程的简便化。例如，在路基路面结构设计方案的指导下，施工单位可以提前制备公路路基与路面的填筑材料，避免在施工中出现临时配材、分段配材的问题，使各项施工工序能够正常运行。3公路路基路面结构设计的要点公路路基路面结构的设计过程并非一成不变的，工程设计单位需要结合工程建设的质量标准、各公路路段的现场情况等，归纳路基路面结构设计中的施工要点，再通过设计方案对施工要点进行有效调控，以此来保障路基路面结构施工的质量。有关路基路面结构设计的要点有以下几个方面。3.1 体现功能性的结构层设计公路路基路面的各层结构设计需要满足一定的功能需求、使用需求，因此，在规划路基路面结构设计方案的过程中，设计人员同样需要围绕公路预期的运营需求，设计具有适配性的工作方案。例如，公路底基层的设计需要围绕“公路抗疲劳性能”展开，通过使用复合改性填料进行填筑，使公路底基层的使用性能得到优化；公路中间层的设计需要围绕“抗车辙能力”展开，通过提高该结构层的填筑硬度，使公路的抗压能力得到提高。而在其他结构层的设计规划中，设计人员同样需要围绕公路设施建设的功能需求，严格调整 公 路 结 构 层 属 性，用 于 优 化 路 基 路 面 结 构 设 计效果。3.2 体现经济性的结构层设计在保障公路路基与路面等结构设计质量的基础上，设计人员需要优先考虑路基路面结构设计是否具备经济性，只有通过合理控制路面结构设计中的选材、各结构层铺筑方法，减少不必要的施工工序、成本支出，最终才能节约工程建设的实际成本。为此，施工单位与工程设计单位需要将“体现公路结构设计经济性”作为设计方案的要点之一，并且从两个方面考虑结构设计方案是否符合工程经济性要求。首先，在路基路面结构的设计中，设计人员可以结合施工方案的图纸、数据模型等，初步判定公路路基与路面的建设是否需要填筑填土路基，在需要填筑填土路基的情况下，结构设计方案分别从“填方、挖方、半填半挖”等思路进行填筑料的使用分析，最终选择能够节约填土路基填筑料的施工方案作为设计优选，保障路基路面结构设计的经济性。其次，路基路面结构层设计需要从填土路基、填石路基、护肩路基、护脚路基等方法出发，通过分析各种填料在路基路面结构施工中的应用效益，总结出最能体现经济性的路基铸造方法，并以此为基础，细化路基路面结构的设计内容，为现场施工的开展奠定基础3。3.3 体现环保性的结构层设计绿色化施工是新时代工程建设的重要目标，在坚持绿色施工理念的背景下，施工单位与工程设计单位联合优化施工过程方案，最终在保障施工质量的基础上，体现施工过程的环保性，为工程行业发展的持续化提供正确的方法和思路。而在处理公路路基路面结构的设计工作中，施工单位与工程设计单位应围绕29运输经理世界道路工程与技术环保性进行公路结构层设计，例如，在沥青路面的结构设计中，通过调整沥青混合料成分、路面铺筑方法、路面层与防水黏结层厚度等因素，降低化学材料施工对环境造成的影响，并且确保公路沥青层设计的合理性。4公路路基路面结构设计的优化方法4.1 半刚性道路结构的设计应用为了提高道路各结构层的稳定性与抗压能力，工程设计单位可以考虑将半刚性道路结构应用到公路结构方案的设计中，通过结合半刚性道路结构施工的要点与实际施工情况，打造具有适配性的路基路面结构设计方案。在路基路面等各层的结构设计中，设计人员应通过调控道路各结构层的位置及构筑厚度，使道路具备相应的使用功能。以 2022 年 7 月随州至信阳高速公路的道路结构设计为例，设计人员将半刚性基层的道路结构方法应用到施工方案的规划中，并分别控制基层及底基层等道路层的距离，设置多项半刚性道路路基路面结构方案。其中，最具科学性的方案采用表层基层加防水层的结构方式，将路基之上厚约380mm 的底基层进行两层铺筑，且下层的基层采用SAC 沥青混合料进行铺筑，将基层以及垫层的厚度分别控制在 80mm 和 50mm。通过利用半刚性道路结构进 行 各 结 构 层 设 计，使 公 路 基 层 的 设 计 强 度 达 到6MPa 的均值，路床顶面的回弹模量值均高于 30MPa，符 合 公 路 水 泥 混 凝 土 路 面 设 计 规 范（JTG D402011）的限定标准。因此，半刚性结构能够被广泛应用到公路路基路面的结构设计中，配合施工现场的实际情况及施工质量 要 求 进 行 方 案 设 计，优 化 公 路 结 构 设 计 的 应 用效果4。4.2 路基防护设施的设计方法路基防护设施的构建有利于保障路基铺筑的稳定性与平整度，在路基路面结构设计的过程中，设计人员需要将防护设施的设计办法作为重点内容，并且结合公路施工的加固工程需求，提出完善的防护设施设计方法。有关路基防护设施的设计需要从以下两个方面出发。其一，在路基与边坡防护设施的构建中，设计人员根据边坡坡度情况，设置挂网喷浆以及安设防护网等防护方法，并且适当采用喷播植草的植物防护方式，提高边坡防护的稳定性。其二，结合施工场地的地形以及地质条件选择相应的防护方法，如针对边坡土质易脱落的问题，防护设施采取衡重式或重力式的形式进行挡墙设计；针对防护路基存在可液化土层或黏土层的情况，采用路基加固配合挡墙回填的方式进行防护设计，使防护设施的稳定性得到保障。4.3 路面结构设计的选材方法为了保障路基路面结构能够适合该路段的交通限量，并且发挥道路结构的交通功能，工程设计单位需要结合公路交通量预测结果、道路工程等级、道路结构强度需求以及施工条件（包括施工现场地质、气象与水文等条件），对施工筑路材料的选择进行规划分析。例如，在高速项目路面的筑路材料选择中，设计方案应分别围绕道路面层、道路基层、道路垫层展开合理选材，首先，在道路面层的选材上，考虑到道路面层应具备抗车辙能力、抗压能力，施工单位可以选择以改性细粒式沥青碎石进行铺筑，并用于上面层的施工，而中面层则采用中粒式沥青混凝土进行铺筑，配合乳化沥青稀浆进行封层，从而提高道路面层的整体性与稳定性。其次，在道路基层的设计中，考虑到公路在运营中会出现局部沉降、路基变形等问题，结构设计方案中可以选择水泥配合碎石的混合料作为主 要 材 料，通 过 将 基 层 与 底 基 层 厚 度 控 制 在 2040cm，能够最大程度地发挥水泥混合碎石铺筑层的稳定性优势，优化结构设计中的选材效果。5结语总体来说，通过打造完善的公路路基路面结构设计方案，能够确保路基路面施工的常态化运行，并且保障公路结构质量能够达到现代化公路设施标准。而在公路路基路面结构的设计决策中，施工单位及工程设计单位需要严格落实施工调研、现场勘查及方案策划等工作，确保公路施工填料选择、施工技术应用、施工工序搭配等过程的合理性，依靠全过程的管理方法来获取施工决策依据，从而打造具有适配性的路基路面结构设计方案，保障公路施工建设的整体质量。参考文献：1刘林平，邱金亮.改扩建公路路基路面设计优化措施研究J.交通世界，2021（36）：106-107.2王慧蓉.公路路基路面结构施工设计的灵活性与创造性分析J.甘肃科技纵横，2021（4）：45-47.3李佳.公路路基路面结构的设计要点分析J.交通世界，2021(Z1)：58-59.4李周沛，梁靓.公路路面结构优化设计分析J.黑龙江交通科技，2019（12）：265.作者简介：庄秀文（1975-），女，汉族，山东沂南人，本科，高级工程师，研究方向：道路桥隧工程施工及公路交通应急处置30