路基工作區深度與路基換填深度關系分析

朱杰

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司　廣東　深圳　518000）

路基工作區深度與路基換填深度關系分析

朱杰

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司廣東深圳518000）

簡單介紹路基工作區的概念、判定方法、影響因素及計算模型。同時，分析路基換填深度與路基工作區深度之間的關系，提出根據路基工作區深度計算路基換填處理深度的方法，為合理確定非高壓縮性土層（α1-2≥0.5MPa-1）路基換填深度提供了理論依據。

路基工作區；路基換填深度

前言

路基是路面的基礎，它與路面共同承擔行車的作用。路基承載力不足，是路面沉陷、車轍及開裂的主要原因之一。實踐證明，沒有堅固、穩定的路基，就沒有穩固的路面。路基質量的好壞，關系到整個道路的質量及汽車的正常行駛。

一般情況下，路基承受兩種荷載：路基路面自重引起的靜力荷載和車輛的輪載引起的動力荷載。在這兩種荷載的共同作用下，使路基土處于應力狀態。由于路基路面材料的彈塑性特征，材料受到的荷載應力越低，其本構關系越接近于彈性狀態。道路設計就是通過合理的結構組合設計來控制道路路基的受力情況，使路基材料盡可能處于彈性狀態，以保證在行車的反復作用下不產生過多的形變累計。

在路基的某一深度處，車輛荷載引起的應力與路基自重引起的應力相比只占一小部分（1/5～1/10），在此深度以下，車輛荷載對土基的作用影響很小，可以忽略不計。將此深度Za范圍內的路基稱為路基工作區。

1　路基工作區深度的判定方法

結合以往的研究成果，路基工作區深度的判定方法主要有以下幾種：

（1）路基土只產生彈性變形，不產生塑性變形。

（2）車輛輪載引起的附加應力與路基的自重應力的比值（不超過1/10～1/5）。

（3）路基土所受到的垂直應力小于土的屈服強度。

目前，我國大多采用第二種方法作為評判標準，計算附加應力和自重應力所采用的彈性層狀體系理論，計算簡便，可操作性強，是一種最簡單有效的方法。

2　路基工作區深度的影響因素

影響路基工作區深度的主要因素有：路面結構的強度和厚度、車型及車輛軸載和路基回彈模量。

3　附加應力計算模型

利用彈性層狀體系理論的BISAR 3.0軟件，計算車輛荷載反復作用下路基深度方向的附加應力，計算模型如圖1所示。

圖1　附加應力計算模型

其中x為車軸方向，y為行車方向，z為路基深度方向。參照規范要求，輪載采用雙圓均布荷載，單輪傳壓面當量圓半徑按下式計算：

式中：δ為單輪傳壓面當量圓半徑；P為單輪輪重；p為輪胎接地壓力。

視路面結構為多層彈性體系，hi、μi、Ei（其中i為路面結構層數）分別為第i層結構的厚度、泊松比和抗壓回彈模量，通過試算，路基豎向附加應力最大位置在原點處。

4　路基換填深度與路基工作區深度之間的關系

軟土地基上道路路基的設計主要包括沉降計算、穩定驗算。對于非高壓縮性土層（α1-2≥0.5MPa-1）而言，路面設計使用年限內的殘余沉降（工后沉降）基本都滿足規范要求。故對于高填路堤，地基為非高壓縮性土層（α1-2≥0.5MPa-1）而言，地基處理的深度可由路基工作區的深度參考確定。對于低填淺挖路基，更是如此。

（1）路基工作區與換填深度的關系示意圖

圖2　

其中Za為路基工作區的厚度（包含路面厚度）；h為路基高度；Ze為路面結構換算為路基土的當量厚度；hc為路基換填深度；h1為路面結構厚度。

則路基換填深度：hc=Za-h-（Ze-h1）

（2）路基工作區的計算公式為：

式中：Za為路基工作區的厚度（包含路面厚度）；P為車輪荷載；n為系數（建議一級及一級以上等級的道路，n取0.1，二級及二級以下等級的道路，n取0.2）；γ為土的容重。

從上式可以看出，P越重，Za越深。同時考慮到車輛在實際運行中，超載的現象普遍存在，因此應考慮車輛超載對路基工作區的影響。

對于一級及一級以上等級的道路（n取0.1），選取單軸雙輪與標準軸載100kN、130kN和160kN四種軸載，取γ=18kN/m3，分別可算出不同的路基工作區深度，且軸載越重，路基工作區深度越深。當取P=100kN時，Za=3.02m。

（3）路面結構換算為路基土的當量厚度的確定

選取典型的半剛性瀝青路面結構，以一級及一級以上等級的道路為例，路面結構采用4cm細粒式改性瀝青混凝土AC-13C+ 6cm中粒式瀝青混凝土AC-20C+8cm粗粒式瀝青混凝土AC-25C+16cm 5％水泥穩定碎石（彎拉強度4.5MPa）+16cm 5％水泥穩定碎石（彎拉強度4.0MPa）+20cm 4％水泥穩定碎石（彎拉強度3.0MPa）。

半剛性路面的當量厚度換算公式為：

表1　

故h1=0.7m；1=1300MPa；E0=30MPa；Ze=2.19m。

由上式可以看出，當路面結構的平均回彈模量越大，半剛性路面的當量厚度就越大，則路基工作區在路床以下土基中的深度就越小，路基換填深度就越小。

（4）路基換填深度的計算

取一級及一級以上等級道路，重交通等級，標準軸載100kN典型半剛性路面結構為例，路基換填深度hc=Za-h-（Ze-h1）=Za-Ze-h+h1=0.83-h+0.7=1.53-h（h為路基高度，h1為路面結構厚度）。由此可得，當路基填高越高，路基換填深度越小。

5　結論

在進行軟基換填處理時，對于非高壓縮性土層（α1-2≥0.5MPa-1）而言，同一等級道路在相同土基模量下，路基換填深度可由路基工作區深度計算而得，當路基填高越高，路基換填深度可相應減小，同時要盡量保證路基工作區各土層的壓實度要求。

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U416.1

A

1673-0038（2015）29-0313-02

2015-4-25

朱杰（1983-），女，工程師，本科，主要從事道路設計工作。