濱海新區低填土路基工作區深度確定及處理方法研究

王新岐

（天津市市政工程設計研究院，天津市 300051）

0 前言

濱海新區瀕臨渤海，地下水位高、含水量大，地下有著深厚的軟弱土層，這些土質含水量大、塑性指數高（26以上）、強度低、對水敏感，往往很難滿足工程需要，特別對于填土高度較低路基（0.5～4.5 m），雖然路基工后沉降滿足工程需要（一般路段工后沉降要求小于0.3 m），但由于地基沉載力低，路床或路基工作區范圍內路基不經處理，強度及壓實度很難滿足工程的需求。因此，需要研究低填土路基淺層換填方式及換填厚度，以便選取適合濱海新區軟土、重載要求的淺層處理方案。

本文針對濱海新區軟土特點，根據道路路床強度要求將濱海新區道路路基分為高填土路基和低填土路基，并對不同交通荷載下的低填土路基工作區深度進行分析，對濱海新區道路淺層處理厚度及處理形式進行研究，提出相應的處理措施，并在濱海新區天津大道等工程中推廣使用。

1 不同填土高度下淺層處理的區別

為了確定濱海新區軟基淺層處理厚度及結構組成，首先應從道路所應滿足的地基承載力要求入手，結合濱海新區的土質特點，提出淺層換填的厚度及強度要求，并進一步提出濱海新區各種交通荷載的路基工作區深度及處理措施。

《公路路基施工技術規范》（JTG F10-2006）對于一般道路要求路床頂以下0.8～1.5 m范圍路基需要加強，壓實度及填料需要控制，為此，可將填土高度大于2.5 m路基定義為高填土路基，小于2.5 m路基定義為低填和就地開挖路基。該種定義充分考慮了路面結構及路床下壓實區域的要求：對于高填土路基考慮一般路面結構厚度為0.7～0.9 m，路床頂下要求壓實區域深度1.5 m，使得要求壓實區域一般不進入天然地基范圍；而低填土路基和就地開挖路基要求壓實區域將進入天然地基。這樣根據填土高度的不同，將淺層處理分為兩種情況：高填土路基下軟弱地基淺層處理、低填土路基下淺層處理（就地開挖路基也劃入該范圍內），這兩種淺層處理根據所處位置距路面結構頂距離的不同而有所不同，本文僅對低填土和就地開挖路基淺層處理進行分析論述。

2 各種交通量等級下低填土路基工作區深度的確定

從低填土路基所處的填土高度可看出，路床或下路基均在現狀地面以下，因此，即使從滿足路床范圍內壓實度要求出發，現狀地基也應進行淺層換填，因此，該種填土路基淺層處理必須從分析路基工作區深度入手。

2.1 濱海新區不同車輛荷載作用下路基工作區深度確定

假定路基荷載為條形荷載，路基土按深度的應力分布見圖1。

圖1 路基下應力分布

在條形荷載作用下地基中任意點的豎向應力，是根據均質、各向同性彈性半空間體上點荷載作用下土中應力解析解（J.Boussinesq）積分得到的，車輛動荷載σ動可以用式（1）定義：式中：P——作用在路基上的車輪荷重（kN）；

K——應力系數，可近似取0.5；Z——荷重下的垂直深度（m）。

路基包括路面結構引起的靜載可采用下式計算：

式中：γ——路基土的單位重力密度（kN/m3）。

這樣當Z到達路基土的某一深度處，其應力σ動=K·與σ靜=γ·Z的比值很小（=～），在此深度以下的路基土受動力荷載的影響很小，可略去不計。該深度稱為路基工作區深度Za，其近似計算式如下：

這樣，可以根據對濱海新區各種車型最大軸重調查結果，取路面結構及路床范圍灰土平均單位重力密度 γ=23（kN/m3），應力比系數 n取 5，即可利用式（3）計算各種荷載下路基工作區深度，見表1及表2。

從表1及表2中可看出不同軸型車輛對應的路基工作區深度是不同的，各種車輛中雙聯軸及三聯軸車輛對應的工作區深度最大，除少量車輛由于超載而使得路基工作區深度在3 m以上外，其它車輛所對應的路基工作區深度一般在1～3 m之間，以此確定濱海新區路基工作區深度是合適的，超過該范圍以上的車輛應嚴令禁止。

我國交通部2000年2月所頒布的《超限運輸車輛行駛公路管理規定》對車輛軸載質量進行了新的規定:“單軸單輪組軸載質量6 t；單軸雙輪組軸載質量10 t；雙聯軸雙輪組軸載質量18 t；三聯軸雙輪組軸載質量22 t。”所對應的路基工作區見表3。

可見滿足規定軸限范圍內車輛對應的路基工作區深度一般在1.5～2.5 m之間，如考慮部分超載，使軸重增加至30 t，則路基工作區深度可增加至2.5～3.0 m。

2.2 不同交通量等級下低填土路基淺層處理厚度確定

由上一節分析可看出，濱海新區路基工作區深度在1.5～2.5m之間，對于重載交通濱海新區路基工作區深度達2.5～3.0m，可參照《濱海新區瀝青路面典型結構設計指南》根據不同交通等級提出不同路基工作區深度要求，表4、表5為濱海新區道路交通等級劃分表。

表1 各軸型車輛單軸最大軸重對應路基工作區

《濱海新區瀝青路面典型結構設計指南》給出不同道路交通等級路面結構形式和厚度，據此可推出濱海新區不同道路交通等級下路基工作區深度、對應路面結構厚度及路基需處理厚度，見表6。

表2 各軸型車輛單軸最大軸重對應路基工作區一覽表

表3 貨車各種軸、輪型的軸限及對應路基工作區深度

表4 濱海新區一般道路交通量等級劃分表

表5 濱海新區重載道路交通量等級劃分表

3 軟基淺層處理承載力等級劃分及處理形式確定

對于淺層處理，地基的強弱影響其處理的深度（厚度）及處理形式，因此，應根據其承載力的強軟進行等級劃分。

表6 濱海新區各種交通荷載路基需處理厚度一覽表

可采用如下公式進行判定：

式中：Pz——淺層處理頂面處的動載壓力(kPa)；

Pcz——淺層處理頂面處土的自重壓力(kPa)；

fz——淺層處理頂面處地基承載力(kPa)。

淺層處理頂面處的動載壓力可采用下式計算：

式中：P——作用在路基上的車輪荷重（kN）；

K——應力系數，可近似取0.5；

Z——路基高度（m）。

淺層處理頂面處的自重壓力包括路面結構及路基引起的靜載可采用下式計算：

式中：γ——路基土的單位重力密度（kN/m3）。

將式（6）代入式（4），并忽略動荷載的影響，可得如下算式：

天然地基承載力f0一般可以根據地質鉆探資料得到，為了計算淺層處理層頂地基承載力，可參照日本淺層處理設計方法，采用如下公式進行計算：

式中：fk——各類淺層處理承載力標準值。

參照《交通土建軟土地基工程手冊》提供的各種淺層處理的承載力標準值（見表7）。

利用式（8）可計算出各種淺層處理在不同處理厚度下對應的處理層承載力fz，見表8。

表8給出軟弱地基（承載力40～110 kPa）通過淺層處理所達到的承載力數值，可以看到如天然地基承載力降低10 kPa，如要達到同樣的地基承載力換填厚度僅增加10 cm，因此將軟弱地基的承載力劃分間隔確定為10 kPa

表7 各種淺層處理的承載力標準值

濱海新區淺層地基天然承載力一般在20～130 kPa之間，考慮承載力小于40 kPa的地基多需進行深層處理，而承載力大于100 kPa的地基也滿足其上填土高度的要求，則濱海新區地基承載力等級最低限取40 kPa，最高限取100 kPa,具體劃分等級見表9。

4 濱海新區低填土路基淺層處理典型結構確定

通過前幾節分析了濱海新區低填土路基工作區深度及淺層處理厚度，這樣，可結合濱海新區淺層處理材料的來源及特性，進一步確定濱海新區道路淺層處理結構形式。

對比近幾年濱海新區各種淺層處理材料效果可看出，碎石、混渣、山皮土由于具有很好的隔水及承托功能，一般可放置在地下水位以下或擠淤地段；而石灰土或水泥石灰土由于板體性好，可以提高路基的強度，一般應放置在上層或地下水位以上，因此，可確定濱海新區淺層處理的結構自上而下如表10所示。

這樣根據低填土路基需要的淺層處理厚度及地質承載力情況，并考慮交通等級影響，對各種淺層處理結構進行優化，推薦出濱海新區低填土路基淺層處理典型結構，見表11。

5 濱海新區低填土路基淺層處理典型結構確定

本文在對濱海新區低填土路基工作區深度研究的基礎上，對低填土路基淺層處理進行分析，進一步提出濱海新區在不同交通等級、地基承載力等級下的淺層處理典型結構，這些結構已在濱海新區天津大道、中央大道、西中環、海濱大道、臨港工業區、海洋高新區等道路工程中采用，取得了良好的效果，實現了濱海新區路基淺層處理“所看即所得”的目的。

表8 淺層處理后地基承載力值

表9 淺層處理承載力等級劃分表

表10 天津市濱海新區推薦使用淺層處理結構

表11 濱海新區低填土道路軟基淺層處理典型結構匯總表

[1]李清生.天津地區過濕路基石灰土淺層處理設計方法[J].城市道橋與防洪,1996(1).

[2]李振東.高等級道路路基淺層處治方法[J].中國市政工程,2011(1).

[3]何寧.公路軟土地基處理設計方法探討[J].現代交通技術,2010(6).