馮健雪

(貴州交通職業(yè)技術學院，貴州貴陽 550008)

在公路的建設中，經常會遇到軟土路基，軟土具“高液限、低密度、低強度、高壓縮性、低透水性和中等靈敏度”等特點［2］，對軟基的處理不當就會使規(guī)范要求的壓實度、路基設計彎沉等達不到要求，軟土路基的穩(wěn)定性和沉降有一定的要求，由于軟土路基在路面失穩(wěn)、不均勻沉降、跳臺跳車等病害方面比較突出，影響路面的使用性能和行車的安全性。軟土路基處理［9］有換土墊層法、振密、擠密法、排水固結法、置換法、加筋法、膠結法、冷熱處理法等，由于換填法有施工方便和造價低廉等優(yōu)點，在工程實際中以換填法最為常見，其中換填深度直接關系到路面使用質量和工程造價，現(xiàn)行《公路路基設計規(guī)范》對換填厚度的規(guī)定界限是3 m，在實際施工中比較模糊，以下就以換填深度問題進行探討。

1 換土墊層法設計的基本原理

1．1 原理及適用范圍［9，10］

換填法是對路基的淺層軟弱表土清除，換填強度高、壓縮性小、價格廉價、料源豐富的碎石、素土、穩(wěn)定類混合料，按照施工規(guī)范分層夯實碾壓，加速軟土層的排水固結，增強路基承載力，提高路基的穩(wěn)定性，減小路基沉降量。

1．2 換填深度計算原理

路基換填深度的影響因素復雜，其中受基底地質和水文、路床的臨界高度、路面結構、路面荷載、壓實度以及填料當量厚度等影響較大，在深度計算方面，現(xiàn)行的《土工材料應用技術手冊》是以承載力為指標進行，但受實際工程的復雜性影響，往往根據(jù)經驗法計算。通過相關文獻資料的查閱，計算分析方法有多種。

路基荷載工作區(qū)分析法［7］:

1)路基工作區(qū)的計算。在路基某一深度Za處，當車輪荷載引起的垂直應力σZ與路基土自重力引起的垂直應力σB相比較所占比例很小，僅為0．1～0．2時，該深度范圍內的路基稱為路基工作區(qū)，路基工作區(qū)的計算公式為:

其中，Za為路基工作區(qū)的厚度(包含路面厚度)，m;P為車輪荷載，kN;n為系數(shù)(二級及二級以下公路取0．2，一級公路、高速公路取 0．1)。

2)路面當量厚度。柔性路面的當量厚度換算公式為:

其中，Ze為路面換算為路基土層的當量厚度;h1為路面厚度;E—1為路面材料的平均回彈模量;E0為路基土的回彈模量。

3)換填厚度。如圖1所示，換填深度應為:

其中，hc為換填厚度;h為路基高度。

圖1 路基工作區(qū)換填示意圖

a．地基承載力法——近似按應力擴散角進行計算［9］。墊層厚度的確定以墊層地面處土自重壓力與附加應力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:

其中，pcz為墊層底面處土的自重壓力值;faz為墊層底面處深度修正后的地基承載力特征值;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。

道路路基可以近似看成條形基礎，即:

其中，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;pc為基礎底面處土的自重壓力值;z為基礎底面下墊層的厚度;θ為墊層的壓力擴散角。

墊層寬度應滿足應力擴散的要求，具體可按下式計算或根據(jù)當?shù)亟涷瀬泶_定:

其中，b'為墊層底面寬度，其余同上。

b．HPDS路面計算程序計算法［4］。HPDS2011是根據(jù)現(xiàn)行JTG D50-2006公路瀝青路面設計規(guī)范和JTG D40-2011公路水泥混凝土路面設計規(guī)范以及CJJ 37-90城市道路設計規(guī)范的有關內容編制的一個路面計算系統(tǒng)，利用HPDS2011計算程序把換填后的土層看作路面結構層的最下層進行計算，通過試算確定滿足要求的層厚，即為換填深度。

2 工程實例計算

2．1 工程概況

織金綺陌至茶店洪家渡大道，沿線地形地貌較為復雜，地貌類型屬于侵蝕～溶蝕型低中山溝谷地貌，沿線丘陵與沖積盆地相間分布，地形變化較大。地層基巖主要為白云質灰?guī)r夾泥灰?guī)r、粉砂巖、泥質粉砂巖。所經過區(qū)域屬于亞熱帶季風氣候，年平均氣溫14．1℃，年降雨量1 436 mm，公路自然區(qū)劃屬V3區(qū)。K2+568～K2+632段路床土為粘土，土基干濕類型為中濕，地下水距地表2 m，地基承載力特征值為50 kPa，墊層壓力擴散角取27．7°，土的飽和容重取 18．0 kN/m3，容重取 19 kN/m3，路面重度按25 kN/m3計算，回彈模量為30 MPa，道路交通累計當量軸次為3 453 845，路面結構層擬定從下到上依次為:15 cm級配碎石，30 cm水泥穩(wěn)定碎石基層，5 cm中粒式瀝青混凝土，4 cm細粒式瀝青混凝土。路面材料基于厚度的加權平均回彈模量為948．15 MPa;作用在基礎底面的荷載為車輛荷載及路面自重，荷載取JN-151載重汽車，即P1=100．3 kN/m3。

2．2 利用路基荷載工區(qū)法計算

路基工作區(qū)厚度:

路面材料平均回彈模量:

路面當量厚度:

換填深度:

2．3 地基承載法計算

取換填厚度1．0 m，墊層頂面處基底壓力:

墊層底面的附加應力:

墊層底面處的自重應力:

下臥層驗算:

符合設計要求，故墊層厚度取1．0 m。

2．4 利用HPDS程序計算換填深度［4］

1)累計當量軸次。道路交通累計當量軸次為3 453 845。

2)路面結構層。路面結構層擬定從下到上依次為:15 cm級配碎石，30 cm水泥穩(wěn)定碎石基層，5 cm中粒式瀝青混凝土，4 cm細粒式瀝青混凝土。

3)計算結果。路面結構設計結果:細粒式瀝青混凝土40 mm;中粒式瀝青混凝土50 mm;水泥穩(wěn)定碎石300 mm;級配碎石150 mm;天然碎石960 mm;路基30 MPa。

3 路基換填注意事項

1)加強排水。在設計時對路基地質水文狀況充分調查，采取開挖邊溝、盲溝等綜合排水措施，其中必要時應進行鉆探地下水位高度，深度至少應達到路床地面0．5 m左右;2)加強路基壓實。對換填路基壓實深度的控制，按照路基壓實規(guī)范進行，碾壓厚度不得超過30 cm;3)選擇合理的施工季節(jié)，盡量在旱季施工;4)選擇施工方案前，對換填路基的地質土質、地下水位、地形地貌作詳細的了解;5)不良地質地段路基工作區(qū)內的路基換填深度取決于路堤高度、凍深及換填土的性質，對于季節(jié)性凍土深度較大的地區(qū)，應增加換填深度，最好采用抗凍水穩(wěn)定性好的換填材料。

4 結語

合理的路基的換填深度關系到路面強度與穩(wěn)定性，通過利用HPDS計算、路基荷載工作區(qū)計算和地基承載法計算三種方法分別計算換填深度，比較發(fā)現(xiàn)三者之間的差異較小，路基換填深度受基底地質和水文、路床的臨界高度、路面結構、路面荷載、壓實度以及填料當量厚度等因素影響較大，上述三種方法為換填深度提供了一個參考，在實際工程中很難找到真實的計算模型;因此，在確定換填深度的過程中，應采用理論和實踐相結合的方法，當遇到復雜地基時，應對路基穩(wěn)定性及地基沉降進行觀測，根據(jù)結果綜合分析調整路基換填深度。

［1］ GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規(guī)范［S］．

［2］ 林沙濱．城市復雜路基換填處理法應用分析［J］．福建建筑，2010(1):98-100．

［3］ 彭小東．淺析城市道路軟弱地基換填厚度［J］．黑龍江交通科技，2011(6):74．

［4］ 肖化德．HPDS在路基換填深度計算中的應用［J］．道路工程，2011(9):97-99．

［5］ 戴成玉．過濕土路基換填層厚度計算分析［J］．交通標準化，2011(11):168-169．

［6］ 丁進文，薛長武，黃文有．高速公路零填及路基換填深度的探討［J］．公路與汽車，2004(3):54-56．

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［8］ 袁聚云．基礎工程設計原理［M］．第2版．上海:同濟大學出版社，2007．

［9］ 葉觀寶，高彥斌．地基處理［M］．第3版．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009．

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［11］ GB 50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范［S］．

［12］ GB 30007-2002，建筑地基基礎設計規(guī)范［S］．