城市道路路基換填深度的計算

文｜漢中市城鄉規劃市政工程設計院 趙育軍

1 不同等級城市道路的荷載取值

荷載取值及布置參照《城市橋梁設計規范》（CJJ11-2011）。

快速路為城-A、B級，主干路為城-A級，次干路為為城-A、B 級，支路為城-B 級；

城-A 荷載為5 軸加載，總重700KN，城-B 荷載為3 軸加載，總重300KN；每組車輪橫向中距1.8m，車輪著地面積為0.6×0.25m。

2 常用城市道路路面結構

主干路：5cm 厚細粒式瀝青瑪蹄脂碎石+8cm 厚粗粒式瀝青混凝土+20cm 厚水泥穩定碎石+20cm 厚水泥穩定砂礫+30cm厚級配碎石。

次干路：4cm 厚細粒式瀝青混凝土+6cm 厚中粒式瀝青混凝土+20cm 厚水泥穩定碎石+20cm 厚水泥穩定砂礫+30cm 厚級配碎石。

支路：4cm 厚細粒式瀝青混凝土+5cm厚中粒式瀝青混凝土+15cm 厚水泥穩定碎石+15cm 厚水泥穩定砂礫+30cm 厚級配碎石。

3 軟弱下臥層驗算公式

根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》，墊層厚度應根據下臥土層的承載力確定，并應符合：

式中：Pok為墊層底面處的附加壓應力，Pgk為墊層底面處的自重壓應力，rR為地基承載力容許值抗力系數，fa為墊層底面處地基的承載力容許值。

4 驗算路基軟弱下臥層確定換填深度

4.1 荷載選取

按照《城市橋梁設計規范》要求選取荷載，主干道選用城-A 荷載，最大輪載P=100KN，次干道分別按照城-A、城-B荷載取值，最大輪載分別為P=100KN 和P=60KN，支路按城-B 荷載的70%取值，最大輪載P=42KN。基礎的長寬按照車輪的著地寬度和長度，取B=0.6m，L=0.25m。

4.2 輪壓應力擴散角

瀝青砼、水泥穩定材料應力擴散角取45 度，級配碎石應力擴散角按30 度取值，換填天然砂礫應力擴散角按30 度取值。

4.3 相關系數

路基結構重要性系數取1.0，汽車荷載的分項系數，取1.8，永久作用的分項系數，取1.2；，地基承載力容許值抗力系數，取1.0。

4.4 路面結構層

按照擬定的主干道、次干道、支路結構。

4.5 換填厚度

分別取換填0.5m、0.6m、0.8m 計算。

4.6 軟弱下臥層計算

4.6.1 車輛荷載的分布

4.6.1.1 輪壓擴散面積按下式計算：(B + 2 × z × tgθ) × ( L + 2 × z × tgθ)

依照上式分別計算得出輪壓擴散面積：

構層底面輪壓擴散面積：

主干路：S1=1.656×2.006=3.322m3；次干路S1=1.596×1.946=3.106m3，支路S1=1.376×1.726=2.375m3。

換填0.5m、0.6m、0.8m 輪壓擴散面積：

主干路：S0.5=2.214×2.584=5.72m3；S 0.6 = 2.349 × 2.699 = 6.34 m3，S0.8=2.58×2.93=7.56m3。

次干路：S0.5=2.173×2.523=5.48m3；S 0.6 = 2.288 × 2.638 = 6.04 m3，S0.8=2.519×2.869=7.23m3。

支路：S0.5=1.953×2.304=4.5m3；S 0.6 = 2.069 × 2.419 = 5 m3，S0.8=2.3×2.65=6.1m3。

4.6.1.2 作用于墊層底面的附加應力

結構層底面附加應力：

主干路PO=30.1KP，次干路PO=32.2KP（城A），支路PO=17.68KP。

換填0.5m、0.6m、0.8m 后墊層底面附加應力：

主干路：PO0.5=17.48KP，PO0.6=15.77KP，PO0.8=13.22KP。

次干路：PO0.5=18.25KP，PO0.6=16.56KP，PO0.8=13.83KP。

支路：PO0.5=9.33KP，PO0.6=8.4KP，PO0.8=6.9KP。

4.6.1.3 通過分析輪壓擴散面積可以看出輪壓擴散寬度大于單輪影響寬度，應考慮雙輪疊加，疊加后的附加應力為以上計算得的兩倍。

4.6.2 路面結構自重荷載的分布

細粒式瀝青砼容重：2.35，中粒式瀝青砼容重：2.36，粗粒式瀝青砼容重：2.37，水穩碎石容重：2.1，水穩砂礫容重：2.1，級配碎石容重：2.1，天然砂礫容重：2.0。

4.6.2.1 結構層底面的自重應力

主干路：Pg=17.77KP；次干路Pg=17.06KP，支路Pg=14.72KP。

4.6.2.2 換填0.5m、0.6m、0.8m 后墊層底面自重應力：

主干路：P g 0.5=27.77 K P，Pg0.6=29.77KP，Pg0.8=33.77KP。

次干路：P g 0.5=27.06 K P，Pg0.6=29.07KP，Pg0.8=33.06KP。

支路 ：P g 0.5 = 24.72 K P ，Pg0.6=26.72KP，Pg0.8=30.72KP。

4.6.3 荷載組合（表1）

換填0.5m、0.6m、0.8m 后墊層底面應力：（表2-表4）

5 結論

將路基承載力與以上計算得下臥層頂面應力比較，選用適宜的路基換填厚度，但應注意對于濕軟路基應考慮方便路基施工碾壓時的換填厚度，根據15MR301 說明“采用墊層法處理處理軟基時，墊層厚度一般不小于0.5m”，故若承載力滿足要求，但路基潮濕無法碾壓時采用換填處理時，最小換填厚度應不小于0.5m。

表1 結構層底面的應力

表2 主干路墊層底面的應力（按城-A 荷載）

表3 次干路墊層底面的應力（按城-A 荷載）

表4 支路墊層底面的應力