天津濱海新區軟土路基處理形式研究

中國擁有廣闊的國土面積，地質多種多樣，不同地質環境下施工需要采用不同的技術和材料。在沿海地區以及部分內陸地區分布著軟土層，軟土層的主要特點是天然含水量大、壓縮性高、承載力低、固結系數小、固結時間長，天津濱海新區就屬于典型的軟土層區域。

1 軟土地基工作區及處理厚度

從市政道路所需地基滿足的強度入手，結合土質特點，提出路基換填的厚度，進一步提出各種交通荷載的道路路基工作區深度及采取的技術措施。

道路地基必須承受道路結構及車輛荷載，對于一般道路，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[1]。這樣道路路基處理可出現兩種情況：一種情況針對高填土路基下的天然地基，如路基由淤泥、淤泥質土、沖填土、雜填土或其他高壓縮性土層構成，其地基承載力無法滿足其上靜載和動載的要求，需進行換填處理；另一種情況，對低填土或開挖路基，由于路床頂以下0.8～1.5 m可能已進入天然地基范圍內，即使天然地基條件良好，但壓實度及強度無法滿足相應規范要求，地基也需下挖換填，這種情況在濱海新區道路設計中極其普遍[2]。

1.1 不同車輛荷載作用下路基工作區深度

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 路基土按深度的應力分布

在條形荷載作用下，地基中任意點的豎向應力是根據均質、各向同性的彈性半空間體上，點荷載作用下土中應力解析解積分得到的，車輛動荷載σ動可以定義為

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。

式中：γ——路基土的重度，kN/m3。

這樣當Z到達路基土的某一深度處，其應力σ動與σ靜的比值很小，約為，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

式中：n——應力比系數。

這樣，根據對濱海新區交通荷載的調查，即可利用式（3）計算各種荷載下路基工作區深度。取路面結構及路床范圍灰土的γ=23 kN/m3，n取5，見圖2。

圖2 不同軸重對應的路基工作區深度

由圖2可以看出，濱海新區相應車輛所對應的工作區深度一般在1～4 m之間，除少量車輛由于超載而使軸載質量顯著增加，使得路基工作區深度在3 m以上外，其他車輛所對應的路基工作區深度一般在1～3 m之間。

根據交通運輸部《超限運輸車輛行駛公路管理規定》對車輛軸載質量的規定:“單軸單輪組軸載質量6 t；單軸雙輪組軸載質量l0 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1。

表1 貨車各種軸、輪型的軸限及對應路基工作區深度

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1.5～2.3 m之間，如考慮部分超載，使軸載質量增加至30 t，則路基工作區深度可增加至2.5 m。

1.2 路基處理厚度確定

綜合以上分析可看出，濱海新區路基工作區深度在1.5～2.5 m之間。根據《濱海新區瀝青路面典型結構設計指南》給出的不同道路交通等級路面結構的形式和厚度，可推出濱海新區不同道路交通等級下路基工作區深度及對應路面結構厚度，據此可進一步可確定不同交通等級道路路面結構底以下路基需處理的厚度，見表2。

表2 濱海新區各種交通荷載路基需處理厚度

2 濱海新區各大功能區道路軟基淺層處理形式

軟土對道路的危害，已引起我國道路建設部門的高度重視，雖然濱海新區多年來采用多種軟土處理技術，積累了一定的經驗。但由于軟土的特異性、多變性，至今，在軟基處理中仍然無法找到一套萬無一失的解決方案。本節對天津濱海新區各大功能區的軟基換填淺層處理進行了總結。

2.1 天津中新生態城

天津中心生態城位于永定新河的河口北側，建筑過程中的總體規劃面積為99 km2，其中包含的陸域面積大約為28 km2。主要介紹其中四條比較典型的道路軟基處理方式，針對四條道路的不同路基處理方式來進行總結分析。見表3。

表3 四條道路工程概況

由于上述四條道路工期較為緊張，為保證工程施工的進度，對四條道路的軟基處理采取了不同的處理方案。針對第一路段，主要是以夯實為主，因此，先清理了施工現場的表層并且將淤泥挖出，將素土回填到路基標高下方100 cm處并對其進行強夯處理。對于第二路段，主要是進行了灰土處理，先將路段下層土質中的淤泥清理出去并將素土回填，移除表層的素土進行灰土處理。第三路段主要是以戧灰的方式進行處理，先清理好淤泥，然后對土層直接進行40 cm的戧灰處理，確保含灰量為7%左右。針對第四路段，主要以換填土的方式來處理軟基，將淤泥清理好并鋪設兩條竹笆，然后鋪雙向土工格柵，其上進行混渣填筑，然后再次鋪設格柵。

2.2 天津空港加工區道

天津市的空港加工區位于天津市區的東南側，其占地面積大約為25.4 km2。道路工程中的軟基路段主要存在于魚塘路段，針對該路段軟基的處理，主要采取了以下方式：先在溝渠以及魚塘的基礎之上進行打壩抽水并清理淤泥，當淤泥被清理得能夠看見原狀土的情況下，在上方鋪設一層土工格柵，然后在格柵上面進行混渣回填，回填的厚度約為50 cm，然后施作40 cm厚的碎石墊層，用土工格柵包裹起來，之后再在碎石層上進行石灰土處理，此次石灰土的含量約為10%，最后依次做好路面結構的處理。

2.3 天津經濟技術開發區

天津經濟技術開發區的道路工程施工過程中也包含了對軟基的處理，其中以西區為主要代表。對軟基的處理考慮了巖土工程勘探報告，了解到該區域內的地下水位情況并針對土層的軟塑狀態制定了處理方案。為了確保路基的穩定性，保障路基具有足夠的承載力，在一般的路段采取了碎石+石灰土的處理方式，鋪設30 cm的碎石和40 cm厚的石灰土，然后在碎石墊層的下放再鋪設一層土工格柵。而在特殊路段，則是根據淤泥的深度來進行淤泥的清除工作，如果淤泥的深度不超過1.5 m，就將淤泥清除處理，直至其恢復到原狀土的狀態，然后回填混渣，在混渣的上方回填山皮土，再鋪設碎石墊層及石灰土，石灰土上方鋪設路面結構。如果淤泥的深度超過了1.5 m，那么同樣是先清理表層的淤泥，然后在淤泥層的上方鋪設格柵，繼續鋪設兩層竹笆，將其作為持力層，然后再回填混渣，一共兩層，每層的厚度在50 cm左右，繼而進行碎石墊層的處理，鋪設30 cm左右的碎石墊層，然后鋪設石灰土，最后做路面結構。

2.4 天津臨港工業區

臨港工業區位于海河的入海口南側位置，屬于濱海新區的核心區域。在軟基的處理過程中主要采取了以下方式：如果路基是在溝渠的位置，先對其進行打壩清淤；然后根據設計中的標高設計來進行碎石墊層的處理，在溝渠的范圍之內回填厚度為50 cm左右的拆房渣，然后再下方鋪設一層格柵；最后鋪設40 cm厚的碎石層并做石灰土的處理。根據原地面的情況進行戧灰的處理，然后進行碎石墊層+石灰土的處理，此處石灰土的含量為8%左右。

3 適用于軟土路基淺層換填處理方式

換土墊層法也稱換填法，為處理軟土路基常用的一種土的置換方式。其原理主要是將軟土層的一部分或者全部挖除，回填強度較高的砂、石、素土、灰土或者其他性能穩定、無侵蝕性的材料并夯至密實，從而提高路基土的抗剪強度以及承載力，繼而確保路基整體穩定性，減少土路基沉降。換土墊層法是一種淺層軟土路基處理方法，其處理深度一般在0.5～3 m［3～5］。

為更好地處理濱海新區內的軟基，需要了解到換填材料的情況，在處理路基的過程中加強換填材料的整體性，從而讓換填材料作為整體的承托層，保證上部所具有的自重及負荷能夠均勻的分布到軟土中，避免出現局部應力集中的情況，引起到地基的不均勻沉降。在換填材料處理過程中可采用加筋的方式來限制地基土的側面位移。

濱海新區的工程當中，路基的填土高度比路面結構的總厚度小，在處理該階段道路的路基時，可以采取挖方路基的方式，也就是說對地表土進行超挖及分層回填，保證超挖的深度要到達路床底面的位置，該環節中要對地基進行壓實處理，保證壓實的程度滿足設計要求。在利用挖方路基的方式處理軟基的時候，也需要考慮到路床在使用年限范圍內的承載力情況，杜絕因為降雨而出現的下滲影響到路床濕度情況的發生。據了解，濱海新區內的軟基因為含水量較大，在壓實處理過程中會遭遇施工上的困難，因此，在實際施工過程中，會先清理好地表的土質，對地表處于可塑狀態且具有較大含水量，無法達到設計壓實要求的土層進行翻曬或者是戧灰處理，而如果是土質處于流塑狀態，地基比較彈軟，無法壓實，則采取加強換填材料的方式來提升土層的整體性，讓土層所具有的承托性增強，達到共同承擔應力的效果。

4 結語

天津濱海新區由于地理位置特性的影響，其大部分道路工程都要面臨軟基處理的問題。軟基處理可以采取多種多樣的方式，但在不同處理方式下，其施工流程及工程造價，甚至是最后達到的施工效果也各不相同，但淺層換填處理還是目前最為經濟最為常用的處理方法。