中俄路基設計方法和指標對比研究

文琰，趙強

（九江市規(guī)劃設計集團有限公司，江西 九江 332000）

0 引言

當前，國內外由于社會環(huán)境、建設理念、經(jīng)濟條件的不同，導致公路路基的設計方法存在一定的差異[1]。越來越多的學者和工程技術人員開始對比研究國內外路基設計，但往往是結合特定的項目去分析，并沒有形成系統(tǒng)性的理論來指導路基設計。為此，本文針對中俄路基設計方法和指標進行分析。

1 中外路基壓實度和沉降計算方法對比

1.1 路基工作區(qū)深度計算

我國的公路路基規(guī)范認為，路基工作區(qū)深度就是車輛荷載傳遞到路基內部的附加應力和填土自重應力比值大于0.1的深度范圍，其深度值主要取決于車輛載荷大小及路基填土參數(shù)，具體可按照式（1）計算[2]，

式（1）中：Zα為工作區(qū)深度（m）；K為計算系數(shù)，可取0.5；n為計算系數(shù)，取5或10；λ為填土重度（kN/m3）。

俄羅斯路基工作區(qū)深度通常指路面底部到冰凍深度2/3的深度范圍內。同時，根據(jù)道路所處的氣候帶，規(guī)定路基工作區(qū)的最小深度（路表下1.5m）。

1.2 路基土壓實度

路基是公路的主要承重結構層，應具有足夠的壓實度、強度和穩(wěn)定性，以確保公路運營期間在各種不利作用組合下不發(fā)生病害。公路路基設計規(guī)范中的高等級公路壓實度要求見表1，并認為路基土壓實度取決于填料的CBR值（加州承載比）和回彈模量。

表1 高等級公路壓實度控制指標

比如俄羅斯路基分層與國內有一定的區(qū)別，其將路面結構層以下的路基分為A、B、C三個區(qū)，其中A區(qū)對應國內規(guī)范的上路床，厚度30cm，對應的壓實度為95%，CBR為8%。B區(qū)類似國內規(guī)范的下路床，厚度45cm，對應的壓實度為93%，CBR為5%。C區(qū)為B區(qū)以下的所有路基范圍，類似于國內規(guī)范的路堤，對應的壓實度為90%，CBR為5%。

但是，俄羅斯控制路基壓實度是不考慮CBR值的，他們認為路基土壓實度與路面類型、氣候條件、含水率等參數(shù)密切相關，主要以路基回彈模量來控制路基壓實度，回彈模量設計值計算可參考式（2）[3]：

式（2）中：Ey為彈性模量設計值（MPa）；p為單位載荷（MH/mm2），可取0.5；D為模具直徑（mm）；u為填土重度，kN/m3；l為可逆變形（mm）。

該公式只適用于正常工況，如果公路所在地區(qū)降水量大或凍土嚴重，則需要對路基回彈模量進行溫度、濕度修正。

1.3 沉降計算方法

路基總沉降=瞬時沉降+主固結沉降+次固結沉降。中國公路路基設計規(guī)范在計算沉降時是基于分層總和法先計算出主固結沉降，然后將主固結沉降乘以沉降系數(shù)（與地基條件、加載速率、填土重度等密切相關）就是路基總沉降。同時，還可以根據(jù)固結度的變化推導出路基在不同時刻的沉降量。

俄羅斯規(guī)范在計算路基沉降時也是采用分層總和法，考慮了每個結構層的變形量，但計算的沉降是固定值，不考慮沉降隨公路運營時間的變化，無法根據(jù)工后沉降來選擇合適的路基養(yǎng)護或大修時間、養(yǎng)護措施等。

2 中俄路基幾何參數(shù)確定方法對比

2.1 路基寬度

路基寬度確定是開展道路設計的前提條件，寬度值直接影響了占地、征拆、路面工程量等內容。國內的路基設計寬度=行車道+中央分隔帶+土路肩+硬路肩，一般受設計速度、車道數(shù)等因素影響，在規(guī)范中給出了路基寬度的一般值和最小值（條件受限時采用）。俄羅斯路基寬度=車道寬度+分隔帶寬度（大于國內寬度1～2m）+路邊寬度，受公路等級影響較大，通常會在橫斷面圖中規(guī)定不同等級的公路所對應的能保證行車安全的最小路基寬度[4]。

2.2 路堤高度

我國公路路基填土高度在確定時應綜合考慮所在區(qū)域的自然區(qū)劃、地下水位、臨近道路建設經(jīng)驗等，路基最小填土高度應確保路床長期處于干燥或中濕狀態(tài)。而沿河路段或可能受水浸淹的路基設計標高不得低于1/100設計洪水頻率計算水位+雍水高、波浪侵襲高+0.5m安全高度。如果路基處于季節(jié)性凍土區(qū)域，填土高度還應考慮當?shù)仄骄鶅錾睢?/p>

俄羅斯的填土高度往往對地下水和路基的濕度考慮較少，路基填土高度就主要考慮積雪條件，要求路基高度高于積雪計算高度。如果不滿足上述規(guī)定，應當設置防雪林帶、防雪鐵絲網(wǎng)、排水溝等。此外，當積雪計算高度大于1m，還需要明確路堤邊緣高于積雪覆蓋層的高度，計算公式如式（3）：

式（3）中：B為路基寬度（m）；a為吹雪機拋雪距離（m）。

2.3 路基邊坡坡率

道路路基邊坡坡率（斜坡豎直距離與水平距離的比值）不僅會影響土石方開挖量和施工難易，還是影響路基安全系數(shù)的最關鍵參數(shù)之一。路基邊坡坡率主要取決于邊坡巖土體強度、地形地貌、降雨量、邊坡高度件等因素。中國高度小于20m的路基邊坡，坡率選擇往往是根據(jù)工程經(jīng)驗和規(guī)范直接選取，比如黏土、粉質黏土邊坡坡率不超過1∶1，中砂、粗砂、礫砂邊坡坡率不超過1∶1.5，卵石土，碎石土等邊坡坡率不超過1∶0.75，礫土邊坡坡率不超過1∶1。

對于坡度大于1∶2.5的陡坡路基或高度大于20m的路基邊坡需要進行單獨的工點設計，并用理正巖土、midas、FLAC3D等軟件驗算其穩(wěn)定性，確保邊坡安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

俄羅斯路基邊坡坡率與國內基本保持一致，也是根據(jù)邊坡巖土體類型，邊坡高度等確定，并針對不同高度的邊坡提出了最大坡率，設計時不可隨便突破此值。

3 中俄路基防護措施對比

3.1 我國邊坡防護措施

公路運營期間，路基邊坡可能會受到降雨、降溫、暴曬等氣候的影響而長期處于干濕循環(huán)、凍融循環(huán)的狀態(tài)。此時如果不對邊坡進行防護，會出現(xiàn)開裂、溜塌、整體失穩(wěn)等病害。根據(jù)防護材料的不同，路基邊坡防護措施主要有植物防護、骨架防護、圬工防護等，具體見表2。

表2 中國路基邊坡常用防護措施

3.2 俄羅斯邊坡防護措施

當前越來越多的國家已經(jīng)不采用圬工防護，而是越來越重視綠色生態(tài)防護理念，選擇對沿線地質破壞小，能與周圍環(huán)境相協(xié)調的坡面防護措施。例如種草、植樹、土工格室、土工格柵、高分子纖維護坡等技術。

4 結論

本文詳細探討了中外路基對壓實度、沉降計算、邊坡幾何參數(shù)、防護措施等方面的要求，主要得到以下幾方面結論：（1）國內規(guī)范認為路基土壓實度取決于填料的CBR值（加州承載比）和回彈模量，但俄羅斯控制路基壓實度不考慮CBR值；（2）中俄路基計算沉降時都是基于分層總和法，但國內可根據(jù)固結度的變化推導出路基在不同時刻的沉降量，俄羅斯認為路基沉降是固定的；（3）中俄路基在確定幾何參數(shù)時都要根據(jù)巖土體強度、地形地貌、降雨量、地下水等因素；（4）國內路基邊坡防護措施主要有植物防護、骨架防護、圬工防護等，俄羅斯路基邊坡防護更加重視綠色生態(tài)防護理念。