彭小東

(中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院)

淺析城市道路軟弱地基換填厚度

彭小東

(中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院)

摘 要:運(yùn)用應(yīng)力擴(kuò)散角法對(duì)路基換填厚度進(jìn)行了嘗試性計(jì)算，探討了該方法用于路基換填厚度計(jì)算所存在的問題，并對(duì)影響道路軟弱地基換填厚度的影響做了簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞:軟弱地基;換填厚度;計(jì)算方法

1 引言

近年來(lái)，我國(guó)的城市化已進(jìn)入到高速發(fā)展階段，與之相匹配的城市道路的建設(shè)也得到了迅猛發(fā)展，由于城市向外擴(kuò)張迅猛，城市道路不可避免的會(huì)遇到工程性質(zhì)較差的軟土地基，難以壓實(shí)成型，而填筑于這些軟弱土層之上的路基是路面的基礎(chǔ)，它承受著本身巖土自重和路面重量，以及由路面?zhèn)鬟f而來(lái)的行車荷載，是道路的承重主體。道路路基不僅有壓實(shí)度、強(qiáng)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(huì)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(hù)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(jià)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(qiáng)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(shí)，全部換填工程量大，造價(jià)太高，不太現(xiàn)實(shí)?！豆仿坊O(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)于換填厚度的要求還很模糊，公路路基設(shè)計(jì)手冊(cè)中也僅簡(jiǎn)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(duì)厚度大于3 m的情況，采取部分挖除換填的方法。在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，換填厚度的大小將直接影響工程的造價(jià)，因此有必要作以研究。

2 換填厚度計(jì)算原理

換填厚度計(jì)算實(shí)質(zhì)上是軟弱下臥層頂面承載力的驗(yàn)算，計(jì)算方法有多種。

一種方法是按彈性理論的土中應(yīng)力分布公式計(jì)算。即將換填后的砂墊層及下臥土層視為一均質(zhì)半無(wú)限彈性體，在基底附加應(yīng)力作用下，計(jì)算不同深度的各點(diǎn)土中附加應(yīng)力并加上土的自重應(yīng)力，同時(shí)計(jì)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(jiān)硬、下層軟弱的雙層地基，用彈性力學(xué)公式計(jì)算。

另一種是近似按應(yīng)力擴(kuò)散角進(jìn)行計(jì)算的方法。即認(rèn)為砂墊層以“”角向下擴(kuò)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(yīng)力與土中自重應(yīng)力之和不超過(guò)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(jīng)深度修正后的地基承載力特征值，kPa;pz為相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，墊層底面處的附加壓力值，kPa。

對(duì)于道路路基而言，可近似的看成條形基礎(chǔ)，所以

式中:pk為相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)基礎(chǔ)底面處的平均壓力值，kPa;pc為基礎(chǔ)底面處土的自重壓力值，kPa;z為基礎(chǔ)底面下墊層的厚度;θ為墊層的壓力擴(kuò)散角，°。

由于路基路面不是均質(zhì)體，路面的強(qiáng)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(zhì)的當(dāng)量厚度，再進(jìn)行計(jì)算。路面的當(dāng)量厚度H是由路床頂算起，柔性路面的當(dāng)量厚度換算公式為

式中:H為路面換算成路基土層的當(dāng)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(shù)，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(jīng)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(dāng)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(fù)雜性，該計(jì)算方法還存在很多問題，比如，在本次計(jì)算中，將路基近似看成條形基礎(chǔ)，而實(shí)際受力模式還需要做進(jìn)一步的研究。所以該方法算出的結(jié)果只能作為一個(gè)參考，實(shí)際應(yīng)用時(shí)還需要對(duì)路基進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算以及地基的沉降驗(yàn)算。除此之外，對(duì)于填方較低的路段，還應(yīng)該保證路基換填深度處于路基臨界高度以內(nèi)及滿足荷載特別是動(dòng)載影響的深度。

5 結(jié)論

雖然本方法還存在很多問題，但是能提供一個(gè)大致的換填厚度，特別是能給經(jīng)驗(yàn)不足的工程人員一個(gè)換填厚度參考，然后再經(jīng)過(guò)路基穩(wěn)定性及地基的沉降驗(yàn)算，最終確定一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的換填厚度。

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［1］建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB30007-2002)［S］.

［2］丁進(jìn)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(yùn)，2004，(3).

中圖分類號(hào):U416.1

C

1008-3383(2011)06-0074-01

收稿日期:2011-03-18

作者簡(jiǎn)介:彭小東(1982-)，男，重慶人，助理工程師，從事市政道路設(shè)計(jì)工作。