城市道路非自重濕陷性黃土換填深度計(jì)算方法的探討

張 義王 力/ .濟(jì)南市政工程設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司新疆分院 .中鐵十四局集團(tuán)有限公司第四工程有限公司

城市道路非自重濕陷性黃土換填深度計(jì)算方法的探討

張 義1王 力2/ 1.濟(jì)南市政工程設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司新疆分院 2.中鐵十四局集團(tuán)有限公司第四工程有限公司

非自重濕陷性黃土由于其固有的特性，對(duì)城市道路的危害較大，是道路設(shè)計(jì)人員不愿意遇見的土質(zhì)。大部分的設(shè)計(jì)人員由于各種各樣的原因，多數(shù)采用換填的處理方式。然而，對(duì)其實(shí)際需要換填的深度僅憑經(jīng)驗(yàn)確定，不能根據(jù)地勘報(bào)告進(jìn)行計(jì)算。因此本文以工程實(shí)例為基礎(chǔ)，通過對(duì)非自重濕陷性黃土換填深度的計(jì)算，對(duì)其計(jì)算方法進(jìn)行了闡釋，希望能對(duì)今后的設(shè)計(jì)有所幫助。

非自重濕陷性黃土；換填深度；城市道路

非自重濕陷性黃土在我國西北地區(qū)大面積存在。在自重壓力與附加壓力共同作用下，受水浸濕后黃土的結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著下沉。濕陷性黃土具有濕陷性和易溶蝕、易沖刷、各向異性等工程特點(diǎn)，導(dǎo)致黃土地區(qū)的路基易產(chǎn)生多種問題及病害。然而，濕陷性黃土對(duì)城市道路的危害并未引起設(shè)計(jì)人員的足夠重視。若是采用換填的處理方案，設(shè)計(jì)人員僅僅憑經(jīng)驗(yàn)確定換填深度。甚至差異很大的起始?jí)毫Γ罱K的換填深度竟然是一樣的，造成了整個(gè)工程造價(jià)的大幅提高。本文針對(duì)此類現(xiàn)象，對(duì)非自重濕陷性黃土換填深度的計(jì)算進(jìn)行了深入地闡釋及說明，并以工程實(shí)例求解換填深度。希望此計(jì)算方法能被設(shè)計(jì)人員掌握，對(duì)以后的設(shè)計(jì)工作起到一定的借鑒作用。

1.工程實(shí)例

某市政道路工程全長約為2km，道路紅線寬度為56米，等級(jí)為主干路。根據(jù)其詳細(xì)勘察報(bào)告顯示，擬建線路在K0+000～K1+700m段分布的粉土，具有濕陷性，屬Ⅰ級(jí)非自重濕陷性土，濕陷起始?jí)毫υ?8～205kPa之間。

2.換填深度的計(jì)算及結(jié)果分析

2.1計(jì)算思路

非自重濕陷性黃土，顧名思義，是指黃土浸水后在飽和自重壓力下不發(fā)生濕陷，只有在附加一定壓力后浸水才發(fā)生濕陷的濕陷性黃土。而自重濕陷性黃土，是指黃土浸水后在飽和自重壓力下就發(fā)生濕陷。根據(jù)其定義，可以輕而易舉地知道，它的濕陷性跟本身的自重是沒有關(guān)系的，只要保證非自重濕陷性黃土層的附加壓力不大于起始?jí)毫Γ呐率芩窈笠膊粫?huì)濕陷。若采用換填的處理方式，那我們的任務(wù)就是確定換填深度，保證黃土層上的壓力不大于起始?jí)毫纯伞?/p>

2.2城市道路設(shè)計(jì)中換填深度計(jì)算

通過以上的分析發(fā)現(xiàn)，既然非自重濕陷性黃土的濕陷性跟自重沒關(guān)系，那就可以只考慮附加壓力。而對(duì)于城市道路，附加壓力基本上全部來自于車輛荷載。簡言之，只要保證車輛荷載在黃土層產(chǎn)生的壓力不大于起始?jí)毫纯伞Ｄ墙酉聛淼娜蝿?wù)就是計(jì)算車輛荷載在黃土層產(chǎn)生的壓力。

車輛荷載在不同深度土層產(chǎn)生的壓力：

根據(jù)現(xiàn)行的《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 37-2012），道路設(shè)計(jì)應(yīng)以雙輪組單軸載100kN為標(biāo)準(zhǔn)軸載進(jìn)行設(shè)計(jì)，單輪重為50kN，此荷載值保持不變。

圖1　車輛荷載產(chǎn)生的土層壓力計(jì)算圖式

從公式以及車輛荷載計(jì)算圖式可以看出，車輛荷載對(duì)土層產(chǎn)生的壓力，隨著土層深度的增加，會(huì)越來越小。這是由于擴(kuò)散角的存在，車輛荷載的擴(kuò)散面積越來越大。

下文就以塔勒奇路的工程實(shí)例，分別根據(jù)起始?jí)毫Φ臉O限值，計(jì)算換填深度。

（1）初始?jí)毫ο孪拗担?8 kPa。

根據(jù)現(xiàn)行的《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 37-2012），單軸輪跡當(dāng)量圓半徑r為10.65cm，雙輪中心間距為3r，車輛荷載的擴(kuò)散角按照30°角進(jìn)行計(jì)算。假設(shè)換填深度為h，則R1=0.1065m，R2=0.1065+0.63/=0.47m，R3=（0.1065+(0.63+h)/）m。

代入上述公式；求得h≥0.03m

（2）初始?jí)毫ι舷拗担?05 kPa。

根據(jù)現(xiàn)行的《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 37-2012），單軸輪跡當(dāng)量圓半徑r為10.65cm，雙輪中心間距為3r，車輛荷載的擴(kuò)散角按照30°角進(jìn)行計(jì)算。假設(shè)換填深度為h，則R1=0.1065m，R2=0.1065+0.63/3=0.47m，R3=（0.1065+(0.63+h)/）m。

代入上述公式；求得h≥0 m

（3）路面結(jié)構(gòu)層底的車輛荷載壓力

代入公式：P=50.6kPa

2.3計(jì)算結(jié)果分析

從以上計(jì)算結(jié)果可以看出，對(duì)于本工程的非自重濕陷性黃土，基本上不需要換填！極限情況下（起始?jí)毫?8 kPa），換填深度只有0.03m。本文還特意對(duì)路面結(jié)構(gòu)層底的車輛荷載壓力進(jìn)行了計(jì)算，達(dá)到了50.6 kPa。這就表明，非自重濕陷性黃土的起始?jí)毫Υ笥?0.6 kPa的路段，即可不進(jìn)行處理。然而，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí)，全線換填深度均按照1.5m來進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)，計(jì)算中選取的一些參數(shù)，比如擴(kuò)散角，本文選取的為30°，可根據(jù)換填的實(shí)際材料來確定；路面結(jié)構(gòu)層厚度，本工程為主干路，路面結(jié)構(gòu)厚度為0.63m，實(shí)際計(jì)算時(shí)，根據(jù)實(shí)際選用的路面結(jié)構(gòu)厚度來確定。本文僅起到拋磚引玉的作用，但計(jì)算方法是完全一樣的。

3.結(jié)語

通過本文論述發(fā)現(xiàn)，城市道路中非自重濕陷性黃土換填深度的計(jì)算并不復(fù)雜，甚至可以說比較簡單。只要按照本文中的計(jì)算圖式，然后利用CAD軟件，即可輕松得到換填深度。然而，由于現(xiàn)在設(shè)計(jì)人員的技術(shù)能力參差不齊，以及從業(yè)態(tài)度等各種各樣的原因，很多設(shè)計(jì)人員根本就不去計(jì)算，只是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)拍腦袋確定換填深度。當(dāng)然，由于市政工程本身的特點(diǎn)，以及地質(zhì)鉆探的局限性和土工試驗(yàn)的差異，對(duì)工程預(yù)留一定的富余量是必須而且是應(yīng)該的，但也不能盲目的一味的去追求富余量和安全度。本工程只是該區(qū)域眾多道路中的一條，本道路地基處理的造價(jià)約為800萬！若經(jīng)過仔細(xì)核實(shí)計(jì)算，地基處理的造價(jià)將大大降低。同時(shí)，由于計(jì)算是工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)的重要組成部分之一，因此，掌握正確的計(jì)算方法是很有必要的。希望本文能對(duì)以后的設(shè)計(jì)工作起到一定的借鑒作用。

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張義（1981-），男，碩士研究生，工程師，主要從事橋梁、道路工程的設(shè)計(jì)研究工作。