換土墊層法在市政道路中的應用研究

陳馳

摘 要：隨著我國城市化的發(fā)展和市政道路的大規(guī)模修建，軟土路基出現(xiàn)的頻率越來越高。市政道路施工過程中，軟基處理關系到整個項目的施工質(zhì)量，同時會對道路的安全性造成影響，因此在市政道路施工時，應加強對軟土路基的處理。針對以上問題文章進行了以下內(nèi)容分析：對軟土路基的特性及施工現(xiàn)狀進行了分析，對軟基處理應考慮的因素進行了分析，換土墊層法的施工應用及換填墊層厚度計算。通過實際工程對換土墊層的厚度進行了計算。通過以上內(nèi)容分析，為該方法在市政道路中應用提供了理論分析和計算方法。

關鍵詞：軟土路基;市政道路;安全性;換土墊層法

中圖分類號：TU997 文獻標識碼：A

0 引言

隨著我國基礎交通設施的不斷完善，市政道路建設過程中，常遇到軟土地段。如果公路軟土地基處理不當，有可能引起路基邊坡滑移、路面塌陷等病害，嚴重影響路基的運營壽命。相比于一般地區(qū)路段而言，軟土具有含水量高、抗剪強度低、壓縮性大、結(jié)構(gòu)性明顯、流變性顯著等特點，其沉降控制難度更大。

1 軟基特性

1.1 特性分析

軟土路基存在穩(wěn)定性差、承載力低的特性，當車輛在軟土路基段行駛時，會因為承載力不足而對路面造成損害。當軟土路基表現(xiàn)出壓縮性高的特性時，該路段會出現(xiàn)沉降的現(xiàn)象。并且路面存在積水的現(xiàn)象，常導致交通事故的發(fā)生，影響人們的正常出行。軟基承載力較低，當受到較大荷載時，地基會發(fā)生破壞現(xiàn)象，如：過大沉降、路基滑移、裂縫等。當情況較為嚴重時，會影響道路的工程質(zhì)量。

1.2 施工現(xiàn)狀分析

市政道路施工時，對于軟土路基的處理，應采用科學合理的形式，才能保證道路的施工質(zhì)量和安全性要求。目前狀況表明：技術人員無法通過工程實際情況對施工方法做出選擇。這種行為不僅無法保證工程質(zhì)量，還影響道路的使用年限。

1.3 軟基處理應考慮因素

（1）質(zhì)量要求。市政道路的軟基施工時，應采用合理的方法處理，處理后的路基應達到工程標準要求。市政道路存在功能差異，由于用途和建設方式不同，應根據(jù)實際的情況進行地基處理，而不是單純的追求處理效果的完美。在保證道路質(zhì)量的前提下，應對道路進行多因素、全方位的考慮。（2）地質(zhì)情況。市政道路的功能不同，基底的土質(zhì)情況也不盡相同，道路地基存在復雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，因此在進行處理時，應針對不同地質(zhì)情況選擇施工方法。路基中常出現(xiàn)黏土，該類土的特性為密實度較差，結(jié)構(gòu)強度低。因此施工時對黏土處理的主要方式為：通過重物，有條件時可采用強夯的方式，對其進行沖擊，使黏土的密實度增大，從而提高地基土的強度。當軟土的土層小于3 m厚時，應對路基的表層進行換填處理[4]。（3）施工環(huán)境。項目所處的地理位置不同，會對施工環(huán)境和施工方法產(chǎn)生影響，因此在進行軟基處理前，應對施工環(huán)境進行詳細分析，應對環(huán)境中不同因素造成的不同影響考慮周全，避免造成工程事故。同時，在進行施工機械和施工方案選擇時，也應根據(jù)實際情況進行，防止施工時存現(xiàn)較大沉降，甚至坍塌。針對不同施工環(huán)境，制定施工方案，可有效提高經(jīng)濟效益。（4）工期要求。道路施工過程中應對施工進度進行嚴格把控，滿足工期的要求。防止出現(xiàn)施工進度滯后影響工期，對項目造成損失。軟土路基的處治時間往往根據(jù)項目的實際進度進行，導致軟基處理的時間出現(xiàn)過長或過短的現(xiàn)象。時間過長，影響項目的整體進度;時間過短，導致軟基處理后的穩(wěn)定性不足，施工技術更存在局限性。

2 換土墊層的應用

換土墊層施工是通過機械來對地基中的淺層軟土進行開挖，對下層的軟土進行全面清理，然后進行回填，回填料應滿足透水性強、承載能力高、密實性好的特點，施工過程中還應結(jié)合排水固結(jié)處理，該技術主要應用于淤泥路段。換土墊層配合排水固結(jié)的施工方法有效提高了施工質(zhì)量以及工程可靠度。在進行換土墊層施工時，應按照因地制宜的原則進行，對回填料進行分層壓實，保證結(jié)構(gòu)的承載能力[5]。

施工實踐表明：換土墊層法主要適用于承受荷載較小的路堤，該方法施工的優(yōu)點是：取材容易、施工簡單、造價低等。該方法的回填料主要有：砂墊層、碎石墊層、灰土墊層等。

2.1 換填厚度計算

換土墊層設計的主要內(nèi)容是確定墊層的厚度和寬度，而確定墊層厚度是換土墊層設計的關鍵，只要確定了墊層厚度，根據(jù)壓力擴散角理論不難確定墊層的寬度。

2.1.1 路基工作區(qū)法

根據(jù)《公路路基設計規(guī)范》（JTG D30-2015）規(guī)定，路基工作區(qū)為汽車荷載通過路面?zhèn)鬟f到路基的應力與路基土自重應力之比大于0.1的應力分布深度范圍。在此深度下，車輛荷載對土基的作用影響很小，可以忽略不計。

（1）路基工作區(qū)深度計算：

上式中：K和n表示系數(shù)，取值分別為0.5和5;P表示一側(cè)的輪重荷載，單位為kN;γ表示土的重度，單位為kN/m3;Za表示路基工作區(qū)深度，單位為m。

（2）路面當量厚度計算：

上式中：hi表示瀝青路面各層的厚度，單位為m;Ei表示瀝青路面的模量，單位為MPa;E0表示路基頂面模量，單位為MPa;Ze表示瀝青路面當量厚度，單位為m。

（3）換填厚度計算：

hc= Za-（ Ze-h1）-h

上式中：hc表示換填厚度，單位為m;h1表示路面厚度，單位為m;h表示路基填高，單位為m。

2.1.2 地基承載力法

路基的換填也可以通過驗算路基軟弱下臥層的承載能力來確定換填深度。假定在路基某一深度處，車輛荷載引起的應力與路基自重引起的應力之和小于該處的路基承載力，路基處于穩(wěn)定狀態(tài)，則此深度即為路基換填深度。即換填層底應力公式為：

（Pz+Pcz）×k≤faz

上式中：k表示安全系數(shù)，取1.25;Pcz表示換填土自重;Pz表示換填底附加應力，faz表示容許承載力。

墊層底面處附加應力可按壓力擴散角θ進行簡化設計，按照矩形基礎進行計算，即：

Pz=（bl（P-Pc））/（（b+2Ztanθ）（l+2Ztanθ））

上式中：b表示基礎底寬，單位為m;l表示基礎底長，單位為m;P表示基底壓力，單位為kPa;Pc表示基底土的自重壓力，單位為kPa;Z表示基底墊層厚，單位為m;θ表示墊層壓力擴散角。

2.1.3 路面計算程序法

利用URPDS2012路面計算程序把換填后的土層看作路面結(jié)構(gòu)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。

3 案例分析

3.1 工程概況

道路紅線寬度40 m。路基土為黏土，黏土承載力容許值95 kPa，天然含水量26.6%～34.9%，路基干濕類型基本為潮濕、過濕。地下水穩(wěn)定水位埋深1.20 m～1.80 m左右。設計主要為低填淺挖，采用換土墊層法處理不良地基，挖除部分深度不良土，換填石灰土。

3.2 換填深度計算

3.2.1 路基工作區(qū)法計算

（1）路基工作區(qū)深度：通過利用2.1.1中（1）的公式對路基工作區(qū)深度進行計算可知：Za=2.58 m。

（2）路面當量厚度：通過利用2.1.1中（2）的公式對面當量厚度進行計算可知：Ze=2.79 m。

（3）換填厚度：通過利用2.1.1中（3）的公式對換填厚度進行計算可知：hc= 0.49 m。

3.2.2 地基承載力法

本次計算采用單軸雙輪，取軸載130 kN，則單側(cè)輪載為65 kN。輪胎的著地寬度為0.6 m，長度為0.2 m。路面結(jié)構(gòu)及換填土的輪壓擴散角θ取30°，地基容許承載力為95 kPa。 假定換填深度為h，則：

Pz=65/（（0.7×tan30°×2+h×tan30°×2+0.2）×（0.7×tan30°×2+h×tan30°×2+0.6））

Pcz=0.7×23+h×19

（Pz+Pcz）×1.25≤95

經(jīng)計算可知h≥0.05 m。

3.2.3 路面計算程序法

道路一條車道的累計軸載數(shù)為24 986 514次，路面結(jié)構(gòu)由上至下依次為4 cm瀝青瑪蹄脂碎石混合料SMA-13、

6 cm中粒式密級配瀝青混凝土AC-20C、8 cm粗粒式密級配瀝青混凝土AC-25C、36 cm水泥穩(wěn)定碎石、16 cm水泥石灰穩(wěn)定土。現(xiàn)將換填后石灰土作為路面結(jié)構(gòu)一層，經(jīng)計算，厚度為0.44 m。

4 結(jié)語

本文通過對換土墊層進行分析得出以下結(jié)論：

（1）軟土路基存在透水性差、強度低、穩(wěn)定性差，承載力低的特性。目前軟土路基的施工由于施工進度等各方面的要求，以及理論分析欠缺，很難保證施工后的強度和穩(wěn)定性。進行軟土路基處理時，應對施工環(huán)境、施工工期、地質(zhì)情況進行綜合分析。

（2）換土墊層主要是適用于軟土層小于3 m的路基，通過對軟弱層進行填料置換，同時進行排水固結(jié)，使地基的強度滿足要求。換填厚度計算主要有路基工作區(qū)法、地基承載力法、路面計算程序法。

（3）通過對實際工程進行軟土處理，利用三種方法對換填深度進行計算：利用路基工作區(qū)法得到換填深度為0.49 m，利用地基承載力法得到換填深度應大于0.05 m，利用軟件進行計算得到換填深度為0.44 m。

參考文獻：

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[2]李騰.鹽漬土對路基路面危害分析及處理措施[J].全面腐蝕控制，2021（1）：80-81+104.

[3]張仁桓.農(nóng)村道路施工過程中軟基的處理方式分析[J].科學技術創(chuàng)新，2020（8）：129-130.