淺析城市道路軟弱地基換填厚度

彭小東

(中國市政工程西南設計研究總院)

淺析城市道路軟弱地基換填厚度

彭小東

(中國市政工程西南設計研究總院)

摘 要:運用應力擴散角法對路基換填厚度進行了嘗試性計算，探討了該方法用于路基換填厚度計算所存在的問題，并對影響道路軟弱地基換填厚度的影響做了簡要分析。

關鍵詞:軟弱地基;換填厚度;計算方法

1 引言

近年來，我國的城市化已進入到高速發展階段，與之相匹配的城市道路的建設也得到了迅猛發展，由于城市向外擴張迅猛，城市道路不可避免的會遇到工程性質較差的軟土地基，難以壓實成型，而填筑于這些軟弱土層之上的路基是路面的基礎，它承受著本身巖土自重和路面重量，以及由路面傳遞而來的行車荷載，是道路的承重主體。道路路基不僅有壓實度、強度等方面的要求，更有回彈模量及變形的要求。如果處理不好，會造成路基不均勻沉降、路面開裂等病害，影響行車安全。

處理該類軟弱土的方法有很多，如換填法，拋石擠淤法、砂墊層法、反壓護道法、塑料板排水法、粒料樁法等。換填法由于其施工方便，造價低廉，常作為處理軟弱土的首選方法，換填法分為全部或部分換填，換填以砂、礫、卵石、片石等滲水性材料或強度較高的粘性土。全部挖除換填從根本上改善了地基，不留后患，效果最佳，是最為徹底的措施。在軟弱土層厚度較大時，全部換填工程量大，造價太高，不太現實。《公路路基設計規范》中對于換填厚度的要求還很模糊，公路路基設計手冊中也僅簡單的以3 m為界，厚度小于3 m的情況，采取全部挖除換填的方法;對厚度大于3 m的情況，采取部分挖除換填的方法。在滿足設計要求的前提下，換填厚度的大小將直接影響工程的造價，因此有必要作以研究。

2 換填厚度計算原理

換填厚度計算實質上是軟弱下臥層頂面承載力的驗算，計算方法有多種。

一種方法是按彈性理論的土中應力分布公式計算。即將換填后的砂墊層及下臥土層視為一均質半無限彈性體，在基底附加應力作用下，計算不同深度的各點土中附加應力并加上土的自重應力，同時計算地基土層隨深度變化的容許承載力，并以此確定換填厚度。也可將加固后地基視為上層堅硬、下層軟弱的雙層地基，用彈性力學公式計算。

另一種是近似按應力擴散角進行計算的方法。即認為砂墊層以“”角向下擴散基底附加壓力，到砂墊層底面(下臥層頂面)處的土中附加壓應力與土中自重應力之和不超過該處下臥層頂面地基深度修正后的容許承載力。即

式中:pcz為墊層底面處土的自重壓力值，kPa;faz為墊層底面處經深度修正后的地基承載力特征值，kPa;pz為相應于荷載效應標準組合時，墊層底面處的附加壓力值，kPa。

對于道路路基而言，可近似的看成條形基礎，所以

式中:pk為相應于荷載效應標準組合時基礎底面處的平均壓力值，kPa;pc為基礎底面處土的自重壓力值，kPa;z為基礎底面下墊層的厚度;θ為墊層的壓力擴散角，°。

由于路基路面不是均質體，路面的強度和材料的容重均較路基大，需將路面折算為路基同一性質的當量厚度，再進行計算。路面的當量厚度H是由路床頂算起，柔性路面的當量厚度換算公式為

式中:H為路面換算成路基土層的當量厚度，m;h1為路面厚度，m;E1為路面材料的回彈模量，MPa;E0為路基土的回彈模量，MPa;m為指數，多層柔性路面取2.5。

3 算例

某城市次干道寬24 m，沿線分布大量軟弱土層，軟弱土層厚度約為7 m，該土層容重r1=17 kN/m3，路基填筑高度5 m，路基填筑材料為沙性土，容重r2=20 kN/m3，基地平均壓力值按20 kPa考慮，墊層底面處經深度修正后的地基承載力特征值取85 kPa，由于z/b＜0.25，θ=0°，路面換算成路基土層的當量厚度為2.1 m。

由此算出需要換填厚度為3.25 m。

4 問題討論

道路路基不同于水泥混凝土等剛性材料，具有其特殊性與復雜性，該計算方法還存在很多問題，比如，在本次計算中，將路基近似看成條形基礎，而實際受力模式還需要做進一步的研究。所以該方法算出的結果只能作為一個參考，實際應用時還需要對路基進行穩定性驗算以及地基的沉降驗算。除此之外，對于填方較低的路段，還應該保證路基換填深度處于路基臨界高度以內及滿足荷載特別是動載影響的深度。

5 結論

雖然本方法還存在很多問題，但是能提供一個大致的換填厚度，特別是能給經驗不足的工程人員一個換填厚度參考，然后再經過路基穩定性及地基的沉降驗算，最終確定一個經濟合理的換填厚度。

:

［1］建筑地基基礎設計規范(GB30007-2002)［S］.

［2］丁進文等.高速公路零填及路塹段路基換填深度的探討［J］.公路與汽運，2004，(3).

中圖分類號:U416.1

C

1008-3383(2011)06-0074-01

收稿日期:2011-03-18

作者簡介:彭小東(1982-)，男，重慶人，助理工程師，從事市政道路設計工作。