浅析城市道路软弱地基换填厚度

2011-09-06彭小东

黑龙江交通科技 2011年6期

关键词：软弱地基计算方法

彭小东

(中国市政工程西南设计研究总院)

浅析城市道路软弱地基换填厚度

彭小东

(中国市政工程西南设计研究总院)

摘要:运用应力扩散角法对路基换填厚度进行了尝试性计算，探讨了该方法用于路基换填厚度计算所存在的问题，并对影响道路软弱地基换填厚度的影响做了简要分析。

关键词:软弱地基;换填厚度;计算方法

1 引言

近年来，我国的城市化已进入到高速发展阶段，与之相匹配的城市道路的建设也得到了迅猛发展，由于城市向外扩张迅猛，城市道路不可避免的会遇到工程性质较差的软土地基，难以压实成型，而填筑于这些软弱土层之上的路基是路面的基础，它承受着本身岩土自重和路面重量，以及由路面传递而来的行车荷载，是道路的承重主体。道路路基不仅有压实度、强度等方面的要求，更有回弹模量及变形的要求。如果处理不好，会造成路基不均匀沉降、路面开裂等病害，影响行车安全。

处理该类软弱土的方法有很多，如换填法，抛石挤淤法、砂垫层法、反压护道法、塑料板排水法、粒料桩法等。换填法由于其施工方便，造价低廉，常作为处理软弱土的首选方法，换填法分为全部或部分换填，换填以砂、砾、卵石、片石等渗水性材料或强度较高的粘性土。全部挖除换填从根本上改善了地基，不留后患，效果最佳，是最为彻底的措施。在软弱土层厚度较大时，全部换填工程量大，造价太高，不太现实。《公路路基设计规范》中对于换填厚度的要求还很模糊，公路路基设计手册中也仅简单的以3 m为界，厚度小于3 m的情况，采取全部挖除换填的方法;对厚度大于3 m的情况，采取部分挖除换填的方法。在满足设计要求的前提下，换填厚度的大小将直接影响工程的造价，因此有必要作以研究。

2 换填厚度计算原理

换填厚度计算实质上是软弱下卧层顶面承载力的验算，计算方法有多种。

一种方法是按弹性理论的土中应力分布公式计算。即将换填后的砂垫层及下卧土层视为一均质半无限弹性体，在基底附加应力作用下，计算不同深度的各点土中附加应力并加上土的自重应力，同时计算地基土层随深度变化的容许承载力，并以此确定换填厚度。也可将加固后地基视为上层坚硬、下层软弱的双层地基，用弹性力学公式计算。

另一种是近似按应力扩散角进行计算的方法。即认为砂垫层以“”角向下扩散基底附加压力，到砂垫层底面(下卧层顶面)处的土中附加压应力与土中自重应力之和不超过该处下卧层顶面地基深度修正后的容许承载力。即

式中:pcz为垫层底面处土的自重压力值，kPa;faz为垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值，kPa;pz为相应于荷载效应标准组合时，垫层底面处的附加压力值，kPa。

对于道路路基而言，可近似的看成条形基础，所以

式中:pk为相应于荷载效应标准组合时基础底面处的平均压力值，kPa;pc为基础底面处土的自重压力值，kPa;z为基础底面下垫层的厚度;θ为垫层的压力扩散角，°。

由于路基路面不是均质体，路面的强度和材料的容重均较路基大，需将路面折算为路基同一性质的当量厚度，再进行计算。路面的当量厚度H是由路床顶算起，柔性路面的当量厚度换算公式为

式中:H为路面换算成路基土层的当量厚度，m;h1为路面厚度，m;E1为路面材料的回弹模量，MPa;E0为路基土的回弹模量，MPa;m为指数，多层柔性路面取2.5。

3 算例

某城市次干道宽24 m，沿线分布大量软弱土层，软弱土层厚度约为7 m，该土层容重r1=17 kN/m3，路基填筑高度5 m，路基填筑材料为沙性土，容重r2=20 kN/m3，基地平均压力值按20 kPa考虑，垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值取85 kPa，由于z/b＜0.25，θ=0°，路面换算成路基土层的当量厚度为2.1 m。

由此算出需要换填厚度为3.25 m。

4 问题讨论

道路路基不同于水泥混凝土等刚性材料，具有其特殊性与复杂性，该计算方法还存在很多问题，比如，在本次计算中，将路基近似看成条形基础，而实际受力模式还需要做进一步的研究。所以该方法算出的结果只能作为一个参考，实际应用时还需要对路基进行稳定性验算以及地基的沉降验算。除此之外，对于填方较低的路段，还应该保证路基换填深度处于路基临界高度以内及满足荷载特别是动载影响的深度。