浅谈两种不同路基处理方法的合理性

2016-11-16郑航

城市道桥与防洪 2016年6期

关键词：土质城市道路黏土

郑航

（上海浦东工程建设管理有限公司，上海市 201210）

浅谈两种不同路基处理方法的合理性

郑航

（上海浦东工程建设管理有限公司，上海市 201210）

近年来，由于超载现象严重，路基早期病害出现较多。全国多地城市道路设计及施工中对于路基处理多采用高压实度标准、深层换填等措施，导致土方量大、工程投资高，在技术经济上不具有优势。分析长江中下游江北岸某市规一路结构设计及路基处理方案，并与浦东新区同等级道路做对比，对其路基土质、压实度、换填方案等关键问题做了深入研究分析，得出了关于不良土质、压实度标准以及路基换填方面的结论，为国内同等级道路路基设计与施工提供了有益参考。

路槽深度；路基处理；压实度；换填

1　问题提出

道路结构需建造在稳定、具有一定承载力的路基之上。由于道路走向及规划线位影响，天然地基不满足承载力的情况时常发生，需要对路基进行相应处理，以达到满足承载力的要求。目前路基处理方式较多，包括换填、强夯、堆载预压、水泥搅拌桩、PHC管桩复合地基等多种方式。其中，路基换填在软弱土层较为发达的长江中下游地区普遍使用，但各地对路基换填的方式、压实度标准等问题均有不同意见。本文结合长江中下游北岸某工程以及上海浦东同等级道路工程的路基处理方案，对两种软土地基换填的处理方法展开讨论。

2　案例分析

长江中下游北岸某市一条在建的城市道路（规一路）路槽开挖深度近一层楼深，开挖剖面自上而下土质情况分别为第一层：杂填土，含植物根茎，厚度30～50 cm。第二层：褐黄色粉质黏土，层厚150～250 cm；第三层到基底：灰色淤泥质粉质黏土，基底潮湿状态未见积水。上海浦东新区常见沟槽开挖断面的土质分层基本与江北市规一路路槽开挖断面的土质分层类似。第一层：耕植土，施工时一般清表30 cm；第二层：褐黄色粉质黏土，平均厚度约150 cm，俗称“硬壳层”；第三层：灰黄色淤泥质粉质黏土，土壤天然含水量较大（30%～40%），地基承载力特征值60～90 kPa。排水沟槽开挖时需及时做好支护和排水等措施。

江北市规一路与浦东新区同等级城市道路（纬二路）路面结构设计及路基处理方案如表1所示。对比规一路和浦东新区纬二路的路面结构和路基处理总厚度可知，在道路面层上，二者同为三层沥青铺装共18 cm。在道路基层上，江北市规一路第一、二层为水泥含量4.5%、厚18 m的水泥稳定碎石，第三层为水泥含量2.5%，厚20 cm的水泥稳定碎石，厚度共计56 cm。浦东纬二路两层均为水泥含量4.5%，厚20 cm的水泥稳定碎石，厚度共计40 cm，二者基层总厚度相差16 cm。在路基处理上两者区别较大：江北市规一路路基处理方案是挖除原状天然土基，采用80 cm级配碎石+150 cm块石换填，共计换填深度230 cm；浦东新区纬二路路基处理方案是采用6%石灰土换填，换填深度30 cm，分两层施工。总体而言二者路面结构相差不大，但路基处理厚度相差达到了200 cm。下文将对此问题进行分析讨论。

表1　两地道路结构及路基处理方案对比

3　方案探讨

根据笔者了解，江北市矿产资源丰富，重载过境车辆较多，部分修建的城市道路通车半年不到即出现各种早期病害，以至于相关部门在重要路口设置岗亭专门查处超载重车并禁止其通行。为改变城市道路面貌，江北市有关管理部门非常重视道路建设质量，要求按高速公路的相关标准建设规一路。在该项目的勘察、设计以及施工中，勘查单位认为地基土土质不良，应该全部挖除；施工单位反映土基过软，达不到相应的压实度要求，设计方案上相应采取了大范围的换填措施。下面就土质、压实度、换填方案进行逐一分析。

（1）关于路基土土质

根据规一路岩土工程勘查报告所述，第一层为杂填土，要求清除；第二层为粉质黏土，灰色，软塑，含少量腐殖质，夹簿层粉土，干强度中等，高压缩性，低等韧性，摇振反应无，无光泽，推荐承载力特征值100 kPa，工程性质不良，要求全部清除；第三层为淤泥质粉质黏土，灰色，软～流塑，饱和，含腐殖质，夹簿层粉砂，干强度中等，低韧性，摇振反应无，无光泽，推荐承载力特征值80 kPa，工程性质不良，要求清至设计路槽底标高。现行公路路基施工规范和城市道路路基设计规范中，除建议对厚度较小的泥沼及软土层采用换填处治外，未出现工程性质不良土的定义及对其全部清除的要求。勘察报告中描述的第二层是工程实践中常见的土质较好的硬壳层，具有应力扩散并保护软弱下卧层的作用，不符合软土的定义，全部挖除较为可惜，且在第二层挖除后，由于第三层土质更差，将更加不利于基底的压实。笔者认为，从严格意义上来说，如现场具备条件，应综合利用第一层的杂填土。由于换填方案在使用过程中的适用性以及局限性，即便是遇到软土路基，也不能只考虑全部清除换填这一种方案，应与浅层无机结合料拌合等方案进行综合经济技术比选。

（2）关于路基土压实度

规一路设计文件中要求路基压实度参照高速公路路基压实标准控制，路床顶面以下0～80 cm均按96%控制。施工单位采用21 t压路机碾压路槽后出现了弹簧现象，似乎印证了路基土质不良的情况。规一路路基土的天然含水量为27%，最佳含水量17%，最大干密度为1.82 g/cm3，击实曲线如图1所示。

由击实曲线可知，规一路路基天然含水量比最佳含水量绝对值大10个百分点，相对值大58.8%。根据击实曲线可以回归得到干密度和含水量的函数：y=-0.008 5x2+0.292 9x-0.717 4（R2=0.9715）。在天然含水量为27%时，标准击实下的干密度为0.994 g/cm3，故在单位体积土体击实功相同的前提下，不可能达到规定的压实度标准。凌旭初等在1995年就提出了“湿黏土重型压实难以为继，实行轻型压实度检验才是合理的”［1］。笔者认为对于湿黏土压实应采取两方面措施：一方面要降低标准密实度的要求，另一方面要降低压实机械的吨位。具体操作应根据平均稠度来确定是否是湿黏土，采用不同吨位压路机进行试压，试压的标准是压稳且不会造成土体剪切破坏。根据一些工程经验，对于本文讨论的路基可用12～14 t压路机进行试压，路槽底压实度可按90%控制（重型）。新版《城市道路路基设计规范》（CJJ194-2013）提出了路床顶面设计回弹模量值，由于压实度标准受土质、稠度、压实功等因素影响，回归到路面结构计算理论上应用路基顶面回弹模量来控制较为合理。

（3）关于路基土换填

规一路在低剂量水泥稳定碎石底面设计了80 cm的级配碎石换填。这个深度是“硬壳层”的一部分，厚度正好是上下路床厚度之和。江北市同期多条新建城市道路都有类似的设计，笔者推测可能是湿软路基造成的结果。由于湿软黏土路基含水量过大，碾压不能达到要求的压实度，甚至会出现弹簧现象；另一方面又因工期紧，故设计思路将路床部分或者全部采用级配碎石换填。在有路槽的城市道路设计中，用级配碎石换填的合理性值得商榷，且需要根据工程情况做具体分析。首先，本例中换填层破坏了天然的“硬壳层”，经济上浪费，技术上也不尽合理；其次，级配碎石的渗透系数远大于其他周围的黏性土体的渗透系数，两者大约相差6个数量级。城市道路的中央分隔带、两侧绿化带、地下过路管线接头和道路结构的裂缝孔隙都是雨水进入路基的通道，如碎石的级配不良，细料含量过多，则碎石内的细集料在水流的作用下会重排列；若同时伴有下水道出现渗漏，必将使级配碎石层受到冲刷，导致细集料大量流失，造成路基早期损害，进而将对路面造成更为严重的损害。