路基設(shè)計

路堤(見路基)頂面的寬度由鐵路軌道的道床底寬或公路路面寬加上兩側(cè)的路肩寬決定。鐵路路堤的路肩寬，要便于養(yǎng)路機(jī)械的放置和操作。公路路肩寬，應(yīng)足以保持路面穩(wěn)定和堆放養(yǎng)路材料。路堤填料的選擇和填筑質(zhì)量的要求，影響到路堤的強(qiáng)度、穩(wěn)定、造價和工期，對不同等級鐵路或公路的路基要求應(yīng)不同。在保證填料質(zhì)量的前提下，要考慮就近取土以降低造價。第二次世界大戰(zhàn)前，車速不高，運量小，因而選擇填料要求不高；后來要求路堤在填筑后立即能適應(yīng)正常的行車速度和運量，因而各國都制定嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，以防止沉陷變形。例如，中國鐵路部門將填料按其適用性分為A、B、C和D四級。A級為優(yōu)質(zhì)填料，如粗粒無粘性土；B級為良好填料,如細(xì)粒含量小于30%的混合土和砂粘土等；C級為限制使用的填料，如細(xì)粒含量超過30%的混合土及粉砂等；D級為一般禁止使用的土料,如粘粉土、粘土和有機(jī)土等。鐵路路堤頂面承受動荷載的基床部分應(yīng)選用 A級或B級填料，若不得不使用C級填料時，填料的液限應(yīng)不大于32，塑性指數(shù)應(yīng)不大于12。公路部門規(guī)定粗細(xì)粘砂土和砂土及輕重砂粘土為適宜填筑路堤的材料。輕重粘土及粉質(zhì)土除采取一定改善措施外，一般不宜用作填料。施工時路堤填土應(yīng)分層壓實達(dá)到規(guī)定的密度，此密度根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)夯實試驗得到的最佳密度確定（見路基填土壓實）。

路堤邊坡須根據(jù)填料的力學(xué)性質(zhì)設(shè)計，當(dāng)邊坡較高時,應(yīng)單獨進(jìn)行檢算，如采用圓弧法設(shè)計(見土坡穩(wěn)定分析)。一般情況下采用1:1.5～1:1.75的邊坡。平原地區(qū)的路堤填土高度應(yīng)不小于 0.5米。路堤填土的基底應(yīng)清除草皮。當(dāng)?shù)孛鏅M坡陡于1:5時,應(yīng)將原地面挖成寬度不小于1米的臺階；當(dāng)?shù)孛鏅M坡陡于1:2.5或地基為軟土?xí)r，對其穩(wěn)定性需作特殊設(shè)計。路堤邊坡常種植灌木或草皮以防雨水沖刷。路堤兩側(cè)地面要修筑排水溝(邊溝)，以防坡腳積水影響其穩(wěn)定性。在多雨及低洼地的路基兩側(cè)，要修筑護(hù)道以保護(hù)坡腳?？鐪系穆返绦柙诘撞啃藿ê矗员闩判箿纤蛴昙镜牡乇硭?，并注意保證灌溉。土質(zhì)路基頂面應(yīng)設(shè)置路拱，其目的是將頂面雨水迅速排走。石質(zhì)路基可不設(shè)路拱。

路塹設(shè)計主要是確定路塹邊坡。邊坡一般分三類：①巖石路塹邊坡（包括巖質(zhì)及半巖質(zhì)）；②碎石土類（礫石、卵石、碎石、塊石）路塹邊坡；③粘性土路塹邊坡。

巖石路塹邊坡 　確定巖石路塹邊坡的方法可以按平面破壞、楔體破壞、圓弧形破壞或傾倒破壞等形態(tài)用力學(xué)方法檢算其穩(wěn)定性，對于較低的路塹邊坡一般可根據(jù)巖性、風(fēng)化程度、地層產(chǎn)狀、層厚及節(jié)理裂隙、水文地質(zhì)條件及氣候因素，特別是依據(jù)附近的極限穩(wěn)定邊坡統(tǒng)計調(diào)查資料，采用工程類比方法確定。

碎石土類路塹邊坡 　通?？紤]在不同密實程度下此類土的穩(wěn)定邊坡，并根據(jù)水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件、散狀特征、顆粒大小、邊坡高度，給予不同的安全系數(shù)而確定。在有土工試驗資料或有較可靠的經(jīng)驗數(shù)據(jù)時，也可用圓弧法或折線法進(jìn)行穩(wěn)定性檢算作為參考。在巖堆上開挖路塹時，除檢算路塹邊坡的穩(wěn)定外，還需檢算巖堆與基巖層接觸面間的滑動穩(wěn)定性。

粘性土路塹邊坡 　根據(jù)工程地質(zhì)勘察和土工試驗資料，當(dāng)邊坡較高時，用圓弧分析法進(jìn)行檢算。對計算中采用的土的物理力學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)，應(yīng)加分析，須確認(rèn)其具有代表性及真實性后才能使用，并考慮到施工后可能產(chǎn)生的變化（例如地下水的影響等）。

一般在較均質(zhì)的地層中,巖石邊坡為1:0.1～1:1;碎石土類邊坡為1:0.5～1:1.5；粘性土邊坡為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：舉凡路基沉陷、翻漿冒泥、凍脹凸起、邊坡溜滑、崩坍滑坡等病害,多與地面水或地下水的活動有關(guān)。因此,為了保證路基穩(wěn)定，必須做好排水附屬工程，一般分為排除地面水和排除地下水兩大類。

地面排水系統(tǒng) 　使所有的地面水流都能通暢地流出路塹范圍以外，防止漫流或停積。在地質(zhì)不良地段，更須防止下滲。路塹的地面排水系統(tǒng)包括以下設(shè)備：①路塹側(cè)溝，設(shè)在路塹的路肩外側(cè)，用以排除路塹坡面和路基表面的雨水；②天溝，設(shè)于路塹邊坡坡頂以外的適當(dāng)距離處，用以截引塹頂上方的地面徑流；③吊溝，設(shè)于路基需要橫向排水的陡峻邊坡上，可分為單級或多級吊溝。路堤兩側(cè)地面要修筑排水溝。

地下排水系統(tǒng) 　其作用為降低地下水位或攔截地下水流。這種排水設(shè)備一般采用滲水暗溝、滲水隧洞、滲水井和滲水管等。其構(gòu)筑物的位置、類型和尺寸，由地下水的水量、流向、埋藏深度、土層及土的種類決定。其設(shè)計和施工需根據(jù)詳細(xì)的工程地質(zhì)調(diào)查資料進(jìn)行。

特殊條件下的路基　在不同的地質(zhì)和氣候地區(qū)，有一些特殊問題須加考慮。

軟土地區(qū)路堤 　軟土的特點是強(qiáng)度低,變形大,且延續(xù)時間長。路堤填筑過高時將引起地基的滑動破壞，因而軟土地區(qū)路堤需先計算能填筑的“臨界高度”，超過該高度的路堤必須對地基進(jìn)行處理（見軟土地區(qū)筑路）。最簡單的方法是分層分階段填筑，每層填筑后，等待地層中的超靜孔隙水壓力消散（見土體固結(jié)理論），再填筑次一層土。這種方法的缺點是工期長。為加速填筑過程中地層超靜孔隙水壓力的消散，最常用的措施是在地層中先打砂井或排水紙板以增加軟土中的排水通道。近年來，用生石灰樁或礫石樁以改良軟土地基，或鋪設(shè)土工織物以提高軟土承載能力。

黃土地區(qū)路基　黃土是一種特殊地層，它的特點是孔隙度很大(一般為44～53%)，并具有豎直節(jié)理；孔隙內(nèi)壁堅硬，有碳酸鈣膠結(jié)；遇水后易于在自重及外力作用下產(chǎn)生沉陷(稱為濕陷性，見濕陷性黃土地基)。因而黃土地區(qū)多溝谷和陷穴，其邊緣多為近于垂直的黃土陡壁。黃土地貌有塬、墚、峁。黃土塬是溝間的地貌，寬而平坦,大者達(dá)數(shù)百平方公里，小者亦有幾平方公里,厚約200米左右。黃土墚成長而狹的條形分布,其間的溝谷切割深度較塬地區(qū)為淺，但溝谷的分布密度較大。墚角再被切割，則形成孤立的山頭，形態(tài)如饅頭，稱為黃土峁。黃土路塹邊坡的設(shè)計主要應(yīng)根據(jù)黃土地區(qū)的工程地質(zhì)決定，即根據(jù)黃土的區(qū)域分布規(guī)律、工程地質(zhì)及已有邊坡的穩(wěn)定情況而定（見黃土地區(qū)筑路）。

鹽漬土地區(qū)路基　鹽漬土在中國河西走廊、柴達(dá)木盆地和南疆，亞洲阿拉伯半島等地分布較廣泛。土中含鹽量超過一定數(shù)量會使土的密度和強(qiáng)度降低。隨著表面蒸發(fā)作用，土中鹽分將隨著地下水的上升向路堤頂面集聚而使土松脹，在車輛動力作用下形成翻漿冒泥或凍融，影響運輸。中國和蘇聯(lián)都規(guī)定了填料中不同鹽類的最高含量，超過限量的含鹽土不能用作填料。鹽漬土對一般混凝土有腐蝕性，鹽漬土地區(qū)的路基土工構(gòu)筑物須采用能抗腐蝕的材料建筑（見鹽漬土地區(qū)筑路）。

沙漠地區(qū)路基 　在沙漠地區(qū)筑路，首先要掌握當(dāng)?shù)仫L(fēng)向和風(fēng)速的變化規(guī)律，以及地面沙丘的移動規(guī)律。防治流沙侵襲路堤最根本的方法是植樹造林，但沙漠地區(qū)造林困難，而且樹木生長需要一定時間。因此，在沙漠中修筑路基，應(yīng)進(jìn)行特殊設(shè)計并須要采取各種固沙措施。中國包蘭鐵路經(jīng)過中衛(wèi)縣沙漠地區(qū)，采取了固沙造林與機(jī)械防沙的綜合措施，效果良好（見沙漠地區(qū)筑路）。

泥石流地區(qū)的路基 　泥石流為攜帶大量固體（如粘土漿、砂礫、石塊等）的山洪。粘土漿是泥石流的基本組成部分。它具有巨大的懸浮力及搬運力，有時能攜帶直徑1米或更大一些的石塊。泥石流常突然發(fā)生,短暫而且具有劇烈的破壞作用。泥石流的流域可分為上游、中游和下游三個部分。上游部分為供給帶，由無數(shù)的細(xì)流和小溝匯合，形似漏斗；中游部分為通過帶，經(jīng)常是窄的峽谷；下游部分是沉積帶，在谷口處形成沖積扇，大的可達(dá)幾十平方公里。鐵路或公路應(yīng)在其中游部分，以有足夠凈空的單孔橋跨過，或以隧道、明洞自泥石流溝底的下面通過（見泥石流地區(qū)筑路、自然地質(zhì)作用和工程地質(zhì)作用）。

多年凍土地區(qū)路堤 　在高緯度或高海拔地層中，溫度等于或低于零度，土中固態(tài)水終年不化且連續(xù)三年以上者，稱為多年凍土。其表面層則常為季節(jié)融化層。多年凍土層中存在冰錐、冰丘、熱融湖和沼澤，都會影響路堤的穩(wěn)定（見凍土地基）。路堤的修筑可能改變或破壞土層的地溫條件，從而引起凍土冰層的變化和路堤的變形。因此，須進(jìn)行特殊設(shè)計（見多年凍土地區(qū)筑路）。

河灘及水庫地區(qū)路堤 　終年浸水及季節(jié)性浸水的路堤，最好用水穩(wěn)性的滲水材料填筑。中國從集美到廈門的鐵路公路兩用海堤，是在海中填石筑成。浸水路堤的坡面防護(hù)，通常采用干砌片石護(hù)坡、擋墻、堆石等措施。海灘路堤的防護(hù)也可采用導(dǎo)流措施，以減弱海水對路堤的沖刷。水庫路堤還要考慮水庫水位漲落所引起的庫岸地下水位的變化，以及波浪所引起的坍岸。這些變化和坍岸有時會影響沿岸路堤的穩(wěn)定。

巖溶、坑洞地區(qū)路基 　在石灰?guī)r地區(qū)，由于地面水和地下水的溶蝕作用，在地層中存在大小不等的溶洞和暗河；在礦區(qū)則在地下有正在使用的坑道，或已廢棄的礦穴。路基經(jīng)過這種地區(qū)，必須查明這些空洞的分布位置和對路基的危害程度，并盡量少挖少填。對溶巖地區(qū)主要是要查明其是否還在繼續(xù)發(fā)展和巖溶頂板的安全厚度，必要時將巖溶空洞回填。地下礦體開采會引起地表大面積下沉，一般重要鐵路干線下一定寬度內(nèi)不允許開挖；廢棄的礦穴坑道上部覆蓋常為土層，因而對地面路基穩(wěn)定的影響更為嚴(yán)重。有些老煤礦上的老路基，由于廢棄坑道大量抽水，地下水位下降會引起路基沉陷。

裂隙粘土地區(qū)路基 　裂隙粘土是在地質(zhì)年代中曾經(jīng)在地層深處受過很大壓力和擠壓剪切作用，后來經(jīng)過地殼運動出露地面的粘土層。這種粘土的特點是孔隙比很小，密度大而堅硬，但其中有大量微小不規(guī)則的剪裂面。這種地區(qū)的路塹在開挖時可以維持較陡的邊坡，但這種邊坡往往在經(jīng)過幾個雨季后逐漸喪失其原有的強(qiáng)度而發(fā)生坍滑。有些裂隙硬粘土邊坡的坍滑可以延續(xù)很多年，甚至邊坡放緩至1:2和1:3仍不能穩(wěn)定。因此，在裂隙硬粘土地層中，路基設(shè)計應(yīng)盡量避免深挖和高填，并注意坡面防水。

崩坍滑坡地區(qū)路基　滑坡是大量土體或巖體在重力作用下，沿一定的滑動面緩慢而長期地下滑，有些則在到達(dá)一定程度后出現(xiàn)比較急劇的傾倒崩塌。這些現(xiàn)象往往造成重大災(zāi)害。鐵路和公路選線需要盡可能地繞避崩坍滑坡地段。無法繞避時，應(yīng)對可能發(fā)生崩坍滑坡的地段進(jìn)行詳細(xì)的工程地質(zhì)調(diào)查研究，并采取必要的防治措施，包括排除地表水及地下水，坡頂減重，坡腳修建抗滑樁等等（見巖土滑移）。

特殊條件下路基除上述幾種外，尚有墜石、沼澤、鹽湖、雪崩、水庫坍岸等等。它們對路基穩(wěn)定性都有影響，要充分調(diào)查研究加以考慮。

鐵路路基和公路路基的整體作用和設(shè)計原則基本相同,其目標(biāo)是在動荷載和自然營力作用下應(yīng)保持穩(wěn)定;對于高速鐵路和公路，路基的長期變形和動載下的彈性變形不能過大。路基設(shè)計的內(nèi)容包括路堤、路塹設(shè)計，路基排水和防護(hù)工程（見路基擋土結(jié)構(gòu)）設(shè)計以及特殊條件下的路基設(shè)計。

(1)城市道路路基設(shè)計應(yīng)符合城市總體規(guī)劃的要求，與城市發(fā)展、沿線地塊的開發(fā)相協(xié)調(diào)。

(2)路基設(shè)計應(yīng)兼顧當(dāng)?shù)剞r(nóng)田基本建設(shè)的需要。盡可能與當(dāng)?shù)剞r(nóng)田水利建設(shè)相結(jié)合，

不得任意減、并農(nóng)田排灌溝渠，并要照顧到近期發(fā)展，要做好路基排水設(shè)計。

(3)沿河岸道路路線的路基設(shè)計，應(yīng)注意路基不被洪水淹沒或沖毀，城市道路應(yīng)滿足城市防洪的要求。路基放坡不得壓縮河道，引起壅水而危及農(nóng)田、房舍。否則應(yīng)變更設(shè)計，將路線適當(dāng)外移(增加一些砌石路基、擋土墻或防護(hù)工程)以減少對河道的影響。廢方一般不得侵占河道，減少河道過水?dāng)嗝妗?

(4)必須穿過耕種地區(qū)的路基，可進(jìn)行邊坡加固或修建矮墻，以防邊坡坍塌；對較矮的路基邊坡，如石料取用較方便，甚至可修筑直立矮墻，以節(jié)約用地。原有梯田田坎，如因筑路受到破壞，應(yīng)予修復(fù)。

(5)路基設(shè)計應(yīng)符合環(huán)境保護(hù)的要求，應(yīng)充分考慮地區(qū)特點，盡量有效利用自然地形，減少土石方量；加強(qiáng)園林綠化，改善變化后的地形和景觀。另外，對施工中的噪聲、振動、塵埃、地基變動、水質(zhì)污染、地下水位變化等問題應(yīng)充分研究采取必要措施，努力保護(hù)環(huán)境。

(6)改建道路的路基設(shè)計應(yīng)遵循“充分利用，新老改造相結(jié)合”的原則。

(7)路基設(shè)計應(yīng)根據(jù)道路所在地區(qū)的自然因素與地質(zhì)條件，設(shè)計完善的排水設(shè)施和防護(hù)工程。路基邊坡在受到降水等影響之后，會引起崩塌，阻礙車輛通行。特別是挖方邊坡，因地質(zhì)復(fù)雜，若設(shè)計時不充分調(diào)查研究，施工中就會發(fā)生問題，通車后也會因降水及風(fēng)化作用而坍塌，因此，設(shè)計時進(jìn)行穩(wěn)定性分析及采取相應(yīng)的措施是非常必要的。另外，填方的邊坡有時也因填方材料而影響其穩(wěn)定性。因此也應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，采取相應(yīng)的措施。

《路基設(shè)計原理與方法》詳細(xì)介紹了公路和鐵路路基設(shè)計與施工方面的基本原理與方法，同時結(jié)合公路與鐵路工程的特點，將公路、鐵路路基設(shè)計與施工有機(jī)結(jié)合起來，具有理論性、工程性的特點?！堵坊O(shè)計原理與方法》可以作為“道路與鐵道工程”二級學(xué)科碩士研究生課程的首選教材，也可作為“交通運輸工程”一級學(xué)科中其他二級學(xué)科的主要參考教材，還可供從事公路、城市道路、鐵道、機(jī)場等科研與設(shè)計的技術(shù)人員參考使用。