公路工程路基稳定性

1. 工程概况

      铁力至金山屯公路（以下简称铁金公路） 是我省骨架公路网的组成路线， 沿线跨越桃山、 朗乡 、带岭、 松青、 梧桐、 南岔等城镇（区） 。 同时也是黑龙江省集货物和贸易功能为一体的重要运输通道。

    项目承担铁力至金山屯公路铁力至南岔段， 桩号区间为 K0+000～K118+000， 全长 116. 907km

（短链 1. 093km） ， 全线采用两车道二级公路技术标准， 行车道宽度： 2×3. 75m， 设计车速： 80km/h，最大纵坡： 4. 98%， 圆曲线最小半径 400m， 不设超高圆曲线最小半径 255 m， 凸型竖曲线最小半径：4500m， 凹型竖曲线最小半径： 3000m ， 路基宽 12m， 路面宽 10. 5m。 路线起点于鸡讷公路 K406+400处， 途经桃山、 朗乡 、 帯岭， 终点至南岔与村道南岔至狩猎村公路平交处。 全线新建大桥 229. 74m/2座， 中桥 477. 48m/7 座， 小桥 319. 66m/12 座， 涵洞 164 道； 设主线上跨分离式立体交叉 1 处， 平面交叉 54 处。

     本项目原有路段在 2003 年改造升级为三级公里， 设计时速为 30km/h， 路基宽度 7. 5m、 路面宽

度 6m， 路面结构为 24cm 水泥混凝土面层、 18cm 厚 6%水泥稳定砂砾基层、 18cm 厚 5%水泥稳定砂砾

底基层， 路段地形属山岭重丘区， 部分旧路平面、 纵面线性指标较低， 越岭路段多为傍山路段， 局

部路段出现沉降、 破损。

      本项目基本沿旧路路肩布线， 为充分利用原有旧路残值， 本项目通道内在线性满足的路段充分利用原有旧路路基， 采取帮宽利用， 路基利用段长 49km, 占标段主线全长的 57. 95%， 以减少占地，合理利用原有路基。 通过对原有旧路的拟合， 对平面线性不满足新建公路线形指标的路段进行优化，改善了平面线形， 缩短了路线长度， 使其满足规范要求， 对可能存在安全隐患的路段增设了安全设施， 更好的满足车辆行驶需要， 同时开山段的土、 石方还可以作为路基土， 降低了工程造价。

2. 公路路基及作用

2. 1 路基的概念

路基是指在天然地面上按道路的设计线形(位置) 和设计横断面(几何尺寸) 的要求开挖或堆填而成的岩土结构物（图 1-1）。为使路线平顺， 在自然地面低于路基设计标高处要填筑成路堤， 在自然地面高于路基设计标高处要开挖成路堑（图 1-2）。 路基是一种线形结构物， 具有路线长， 与大自然接触面广的特点， 其稳定性， 在很大程度上由当地自然条件所决定。 合理选择线位， 可以避开地质不良地段和工程艰巨路段， 保证路基稳定， 减少工程数量， 节约工程投资。 路基工程的特点是： 工艺较简单， 工程数量大， 耗费劳力多， 涉及面较广，耗资亦较多。 路基施工改变了沿线原有自然状态， 挖填借弃土石方涉及当地生态平衡、 水土保持和农田水利。 土石方相对集中或条件比较复杂的路段， 路基工程往往是施工期限的关键之一。

图 1-1 路基

2. 2 路基设计的一般要求

     公路路基是路面的基础， 它承受着本身土体的自重和路面结构的的重量， 同时还承受由路面传递下来的行车荷载，所以路基是公路的承重主体。公路路基属于带状结构， 随着天然地面的不同高程而高低起伏。 路基设计需根据路线平、 纵、横设计， 精心布置， 确定高程， 为路面结构提供具有足够宽度的平顺基面。路基承受行车荷载作用， 主要在应力作用区的范围之内， 其深度一般在路基顶面以下 0. 8m 范围以内。 此部分路基按其作用可视为路面结构的路床， 其强度和稳定性要求， 可根据路基路面综合设计的原则确定。 坚固的路基， 不仅是路面强度与稳定性的重要保证， 而且能为延长路面使用寿命创造有利条件， 所以路基路面的综合设计至关重要。

      为了确保路基的强度和稳定性， 使路基在外界因素作用下， 不致产生不允许的变形， 在路基的

整体结构中还必须包括各项附属设施， 其中有路基排水， 路基防护与加固， 以及与路基工程直接相

关的设施， 如弃土堆、 取土坑、 护坡道、 堆料坪及错车道等。

由于路基高程与原地面高程有差异， 且各路段岩石性质的变化， 各处附属设施的布置不尽相同，因此各路段的路基横断面形状差别很大。 路基横断面形式的选定和各项附属设施的设计， 都是路基设计的基本内容。

     一般路基通常指在良好的地质与水文等条件下， 填方高度和挖方深度不大的路基。 通常认为一

般路基可以结合当地的地形、 地质情况和水文等条件特殊的路基， 为确保路基具有足够的强度和稳

定性， 需要进行个别设计和验算

3 . 影响公路路基稳定性的自然因素

       影响路基稳定性的因素主要包括自然因素主要是地形、 气候、 水文与水文地质、 地质条件、 植

物覆盖等。 因此应深入调查公路沿线的自然条件， 从整体到局部， 从大区域到具体地段的自然情况，

分析研究， 掌握其规律对路基稳定性的影响， 因地制宜地采取工程措施， 以确保路基具有足够的强

度和稳定性

3. 1 地理条件

      公路沿线的地形、 地貌和海拔高度不仅影响路线的选定， 也影响路基与路面的设计。 平原、 丘陵、 山岭各区地势不同， 路基的水温状况也不同。 平原区地势平坦， 排水困难， 地表易积水， 地下水位相应较高， 因而路基需要保持一定的最小填土高度， 路面结构层应选择水稳定良好的材料， 并采用一定的结构排水设施， 地势起伏较大， 路基路面排水设计至关重要， 否则会导致稳定性下降，出现破坏现象， 影响路基的稳定性。本项目位于伊春境内， 公路自然区划为 I2 区。 伊春市位于黑龙江省东北部， 东临鹤岗丘陵， 西

接松嫩平原， 北临黑龙江与俄罗斯隔江相望， 边境线长 250 公里。 伊春市纵贯小兴安岭山系， 整个地势西低

东高， 南低北高， 山地面积占 79%， 平均海拔高度为 400 米左右， 境内千米以上山峰 77 座，最高山峰为平顶山， 海拔 1429 米。 全市南北长 325 公里， 东西长 145 公里， 呈狭长地形， 地貌特征

为“八山半水半草一分田” 。 境内沟谷密布， 水系发达， 总蓄水量 102 亿立方米。 全市境内共有大、

小河流 676 条， 分属黑龙江和松花江两大水系， 流经区域多为森林覆盖。

3. 2 地质条件

     沿线的地质条件， 如岩石的种类、 成因、 节理， 风化程度和裂隙情况， 岩石走向， 倾向、 倾角、

层里和岩层厚度， 有无夹层或遇水软化的夹层， 以及有无断层或其他不良地质现象（岩溶、 冰川、

泥石流、 地震等） 都对路基的稳定性有一定的影响。

      本项目处于小兴安岭隆起带的南端， 地质构造变化多样， 较为复杂。 上古生代海西运动， 上古

生界层及相应的褶皱、 断裂等构造带大体呈北东分布， 而中生代燕山运动以后的沉积、 火山喷发及

其褶皱、 压性断裂的分布方向多为北北方向， 各沿线除古老地层形成的沉积岩（砂岩、 贡岩、 石灰

岩） 和变质岩（大理岩、 片麻岩） 外， 侵入岩分布最为广泛各沿线所经沟谷主要为第四系松散地层，

而山区多为岩石区， 据区域地质资料， 路线所经地区岩性主要为泥岩、 砂岩及花岗岩。 所覆盖第四

系松散地层主要由冲击、 洪积、 坡积及冰积所形成的粘性土及砂、 碎（砾） 石土组成。 以淤泥、 草

炭、 粘土、 砂土混合物及含砂粘土为主的细粒土大多分布于较低洼的沼泽地上部， 其下部多为砂砾

土及碎（砾） 石土为主。

本项目所经区域处小兴安岭腹地， 不良地质类型主要包括低山缓坡湿地、 河谷湿地和季节性冻土等。

本地区季节性冻土标准冻深 2. 0-2. 2m， 部分路段顶覆粘性土， 在季节冻深范围内具备冻涨条件。

路面设计中宜考虑防冻的要求， 桥涵设计应注意选用抗变形能力较好的结构， 并注意基础防冻害处

理； 路基设计宜适当提高路基高度， 减弱或消除季节冻土的影响。

湿地路段地表多为腐质土、 淤泥质土、 淤泥、 草炭等， 结构疏松， 空隙比大， 含水量高， 压缩

性高， 地下水位高， 承载力偏低， 具强冻胀性， 易形成翻浆及施工后路面下沉。 为保证路基稳定及

控制施工后沉降， 可采取清除软土换填石渣或天然砂砾的方式进行地基处理。

3. 3 气候条件

      气候条件如气温、 降水、 湿度、 冰冻深度、 日照、 蒸发量、 风向、 风力等都会影响公路沿线地

面水和地下水的状况， 并且影响到路基路面的水温状况。 在一年之中， 气候有季节性的变化， 因此

路基的水温状况也随之变化。 气候还受地形的影响， 例如山顶与山脚， 山南坡与山北坡气候有很大

差别， 这些因素都会严重影响路基的稳定性。

本项目所在地区属亚寒带大陆性季风气候， 春秋两季时间短促， 冷暖多变， 升降温快， 大风天

多； 夏季湿热多雨； 冬季严寒漫长， 降雪天较多。 年平均气温 1. 1℃， 最冷月份为一月， 平均气温

-23. 3℃， 历史最低气温为-42. 6℃， 皆因西伯利亚强寒流侵袭所致。 年无霜期 113 天， 结冻时间为

200 天左右， 年平均降水量 664mm， 6-9 月份为主要降水期， 占全年降水量的 77%， 冬季降雪丰富，

雪质优良。 本区域内全年多为西南风， 平均风速为 2-3m/s， 年日照 2493 小时。

本项目所经地区公路自然区划为 I2 区， 即北部多年岛状冻土区。 季节性最大冻深 2. 90 米， 公

路自然病害主要是冻胀和翻浆及沿河路段水毁。 冬季降温较快， 水份易积聚， 形成聚冰层； 春季升

温， 水份不易下渗， 对路基路面的强度与稳定性产生不利影响。

3. 4 水文和水文地质条件

      水文条件如公路沿线地表水的排泄， 河流洪水位， 常水位， 有无地表积水和积水时期的长短，

河岸的淤积情况等。 水文地质条件如地下水位， 地下水移动的规律， 有无层间水、 裂隙水、 泉水等。

所有这些地面水及地下水都会影响路基的稳定性， 如果处理不当， 常会引起各种病害。

      由于沿线河流均为山区河流， 水流急， 汛期易发生短期洪涝， 且冲刷力强。 在桥位选择上， 在

不偏离路线总体布局走向的前提下， 宜在河床稳定、 河道顺直、 河宽较窄的河段选择桥位。 桥涵设

计中， 应充分考虑桥梁泄洪能力， 以不压缩河床断面为宜， 同时对桥头两侧的路基进行必要的防护。

在可能的情况下， 应结合水利部站的治理规划， 采取综合处理措施， 避免洪水对公路的冲刷破坏。

4. 影响公路路基稳定性的人为因素

     影响路基稳定性的人为因素主要指路基的填土与压实、 路基路面排水、 路基防护等。 人为因素

是公路在施工和使用过程中影响路基稳定性的重要因素。

4. 1 路基填土与压实

公路路基的强度和稳定性很大程度取决于路基填料的性质及其压实的程度。 从现有条件出发，改进填土要求和压实条件是保证路基质量最有效和最经济的方法。

4. 1. 1 施工方案

4. 1. 1. 1 开挖路槽:

      首先由测量人员定线， 严格按设计图纸和监理工程师要求， 将需要清基的段落测量放样， 用边桩及白灰将几何尺寸标明， 确保几何尺寸满足设计要求， 确定挖除的边线（洒白灰线） 后采用人工配合机械进行。

挖掘机按测量人员给定的挖除边线、 高程进行挖除， 在挖除的过程中， 测量员及时跟踪测量，确保软基处理深度。 推土机、 挖掘机等机械按照流水施工法清除树根、 草根、 杂土及表土等残留物，并将其利用人工码放整齐， 存放于边沟外做坡面罩土。 两侧挖边沟， 使排水顺畅。 开设排水孔， 使两侧水能进入边沟。 如遇到地下水， 泉水等不良地段， 及时上报监理工程师和上级主管部门， 待指令下达后再实施。

4. 1. 1. 2 基底碾压

    基底利用人工配合小推土机整平， 并用小推土机排链， 使基底平整并有一定的承载力。 视基底情况决定是否使用压路机进行碾压。

4. 1. 1. 3 回填路槽

      采用后退卸土式施工， 填筑时挂线施工， 分层铺筑严格按要求控制铺筑厚度， 利用大功率的平

路机精平， 确保层面平整； 逐层压实， 碾压至压实度满足要求。 对于超过原地面的中粗砂或石渣垫

层利用粘土包边， 先包边利用小型压实机预压后再与填料一同碾压， 确保路基边部压实强度。

4. 1. 2 路基填土与选用土质

     土是建筑路基和路面的材料， 并影响路基的形状和尺寸。 土的性质， 随其类别而定， 过去填筑

路基所用土质始终没有把它当成主要的筑路材料加以选用， 一般只是采用就地挖边沟和土坑取土的

做法。 在群众筑路中甚至有时违背规定， 对泥炭、 淤泥、 冻结土都曾使用过， 对于粉性土的使用也

很少控制。 因此， 曾发生不少路基失稳的问题。 施工前应通过对沿线做细致调查， 从设计上就明确

哪些土壤可用， 哪些土壤不可用， 以及使用的部位； 对于可用的粘性土中含水量过大者， 宜采用哪

些技术措施方可使用等等， 这些都是把住路基稳定性的主要环节， 决不可等闲视之。 路基稳定问题

的解决， 就可基本防止路基失稳， 影响路面严重破坏情况的出现。

       填料是由大小不同、 形状各异、 成分不一的颗粒组成的集合体。 其中， 粘性土类填枓的工程性质主要受其自身塑性界限含水量的影响。 塑性界限含水量是用以量度粘性土可塑状态含水量变化范围的指标， 它综合

反映了土的粒度成分、 矿物成分对土的可塑性的影响， 反映了土的本质。 大量的试验证明： 液限含水量、 塑

性指数越小的粘性土其水稳定性和整体稳定性越好。 粗粒土及巨粒土类填料则主要以颗粒的级配组成来反映其

性质。 不均匀系数C 0 表示大小颗粒的组成情况， C 0 值越小说明土越均匀， 反之， 则说明土颗粒越不均

匀； 曲率系数C 0 值描述土颗粒的分布范围， 某粒径的颗粒是否缺失。 根据工程经验可知： 一般C 0 ≥5和C 

0 =1-3能同时满足时， 则土体级配良好， 容易压实， 强度和稳定性高于级配不良的填料。 填料的C 0 值如果

偏大， 其粗细颗粒就容易离析， 影响工程质量。 对路基填料应有条件的选用， 对路基填料的最小强度和最大

粒径都要严格按规范要求的技术标准控制。高速公路和一级公路路面底以下0-30cm的路床填料CBR值应大于

8。 当路基填料达不到规定的最小强度时， 应采取掺合粗粒料、 或换填、 或用石灰等稳定材料处理。 要分层填筑， 厚度一至， 不能溥厚不均。路基填料（土） 含水量的控制也是保证路基质量的一道关键工序， 含水量控制的越好， 越接近最佳含水量路基的碾压效果就会越好， 路基的稳定性就会越强。本着充分利用产地材料、 就近取材、 减少工程造价的原则。

       本项目选用的石场： 石料储量丰富， 为花岗岩， 强度高， 石质好。 经取样试验各项指标均达到

工程质量要求， 可用于全线的水泥混凝土路面、 桥涵、 排水和防护工程。

      本项目砂场： 河滩和河道中储有丰富的天然砂砾， 满足工程用砂指标要求， 可用于全线的水泥

混凝土路面、 桥涵、 路基处理、 排水和防护等工程。

水源： 沿线所经河流呼兰河、 小白河、 半圆河、 朗乡 河， 可以满足路段用水之外， 其余均可抽

取地下水用于施工， 检测地下水无腐蚀性。 沿线电力较充足， 公路施工用电不会给周围群众的生产、

生活带来负面影响。

      本项目采用水泥由浩良河水泥厂供应， 钢材、 木材等建筑材料由沿线购进。

路基填土应本着“集中挖运， 少破坏林地和耕地” 的原则， 在路线视野范围以外， 寻找低山集

中开挖， 以减少对环境的破坏。

填料的选择:路基底层填筑， 材料采用风化碎石， 颗粒含量多的填料， 其透水性强， 抗冻性强， 受气候条件

影响小， 能够满足工程需要。 路基上部填筑。 采用碎石土材料， 填筑达到最佳含水率时， 再进行路基填筑。 部分填料利用旧路路基土方， 经翻松、 凉晒后其含水率达到最佳含水率时使用。

路堤填料现场取样检测试合格后， 在施工之前将检测结果报送监理工程师， 审查批准后再行使

用。 路基不同部位填料最小强度和最大粒径及压实度见表一:

总之， 土作为路基建筑材料， 砂性土最优， 粘性土次之， 粉性土属不良材料， 最容易引起路基

病害。 重粘土， 特别是蒙脱土也是不良的路基土。 此外， 还有一些特殊土类， 如有特殊结构的土（黄

土）， 含有有机质的土（腐殖土） 以及含有溶盐的土（盐渍土） 等， 用以填筑路基时必须采取相应技

术措施。

知识点：公路工程路基稳定性