滨海新区低填土路基工作区深度确定及处理方法研究

王新岐

（天津市市政工程设计研究院，天津市 300051）

0 前言

滨海新区濒临渤海，地下水位高、含水量大，地下有着深厚的软弱土层，这些土质含水量大、塑性指数高（26以上）、强度低、对水敏感，往往很难满足工程需要，特别对于填土高度较低路基（0.5～4.5 m），虽然路基工后沉降满足工程需要（一般路段工后沉降要求小于0.3 m），但由于地基沉载力低，路床或路基工作区范围内路基不经处理，强度及压实度很难满足工程的需求。因此，需要研究低填土路基浅层换填方式及换填厚度，以便选取适合滨海新区软土、重载要求的浅层处理方案。

本文针对滨海新区软土特点，根据道路路床强度要求将滨海新区道路路基分为高填土路基和低填土路基，并对不同交通荷载下的低填土路基工作区深度进行分析，对滨海新区道路浅层处理厚度及处理形式进行研究，提出相应的处理措施，并在滨海新区天津大道等工程中推广使用。

1 不同填土高度下浅层处理的区别

为了确定滨海新区软基浅层处理厚度及结构组成，首先应从道路所应满足的地基承载力要求入手，结合滨海新区的土质特点，提出浅层换填的厚度及强度要求，并进一步提出滨海新区各种交通荷载的路基工作区深度及处理措施。

《公路路基施工技术规范》（JTG F10-2006）对于一般道路要求路床顶以下0.8～1.5 m范围路基需要加强，压实度及填料需要控制，为此，可将填土高度大于2.5 m路基定义为高填土路基，小于2.5 m路基定义为低填和就地开挖路基。该种定义充分考虑了路面结构及路床下压实区域的要求：对于高填土路基考虑一般路面结构厚度为0.7～0.9 m，路床顶下要求压实区域深度1.5 m，使得要求压实区域一般不进入天然地基范围；而低填土路基和就地开挖路基要求压实区域将进入天然地基。这样根据填土高度的不同，将浅层处理分为两种情况：高填土路基下软弱地基浅层处理、低填土路基下浅层处理（就地开挖路基也划入该范围内），这两种浅层处理根据所处位置距路面结构顶距离的不同而有所不同，本文仅对低填土和就地开挖路基浅层处理进行分析论述。

2 各种交通量等级下低填土路基工作区深度的确定

从低填土路基所处的填土高度可看出，路床或下路基均在现状地面以下，因此，即使从满足路床范围内压实度要求出发，现状地基也应进行浅层换填，因此，该种填土路基浅层处理必须从分析路基工作区深度入手。

2.1 滨海新区不同车辆荷载作用下路基工作区深度确定

假定路基荷载为条形荷载，路基土按深度的应力分布见图1。

图1 路基下应力分布

在条形荷载作用下地基中任意点的竖向应力，是根据均质、各向同性弹性半空间体上点荷载作用下土中应力解析解（J.Boussinesq）积分得到的，车辆动荷载σ动可以用式（1）定义：式中：P——作用在路基上的车轮荷重（kN）；

K——应力系数，可近似取0.5；Z——荷重下的垂直深度（m）。

路基包括路面结构引起的静载可采用下式计算：

式中：γ——路基土的单位重力密度（kN/m3）。

这样当Z到达路基土的某一深度处，其应力σ动=K·与σ静=γ·Z的比值很小（=～），在此深度以下的路基土受动力荷载的影响很小，可略去不计。该深度称为路基工作区深度Za，其近似计算式如下：

这样，可以根据对滨海新区各种车型最大轴重调查结果，取路面结构及路床范围灰土平均单位重力密度 γ=23（kN/m3），应力比系数 n取 5，即可利用式（3）计算各种荷载下路基工作区深度，见表1及表2。

从表1及表2中可看出不同轴型车辆对应的路基工作区深度是不同的，各种车辆中双联轴及三联轴车辆对应的工作区深度最大，除少量车辆由于超载而使得路基工作区深度在3 m以上外，其它车辆所对应的路基工作区深度一般在1～3 m之间，以此确定滨海新区路基工作区深度是合适的，超过该范围以上的车辆应严令禁止。

我国交通部2000年2月所颁布的《超限运输车辆行驶公路管理规定》对车辆轴载质量进行了新的规定:“单轴单轮组轴载质量6 t；单轴双轮组轴载质量10 t；双联轴双轮组轴载质量18 t；三联轴双轮组轴载质量22 t。”所对应的路基工作区见表3。

可见满足规定轴限范围内车辆对应的路基工作区深度一般在1.5～2.5 m之间，如考虑部分超载，使轴重增加至30 t，则路基工作区深度可增加至2.5～3.0 m。

2.2 不同交通量等级下低填土路基浅层处理厚度确定

由上一节分析可看出，滨海新区路基工作区深度在1.5～2.5m之间，对于重载交通滨海新区路基工作区深度达2.5～3.0m，可参照《滨海新区沥青路面典型结构设计指南》根据不同交通等级提出不同路基工作区深度要求，表4、表5为滨海新区道路交通等级划分表。

表1 各轴型车辆单轴最大轴重对应路基工作区

《滨海新区沥青路面典型结构设计指南》给出不同道路交通等级路面结构形式和厚度，据此可推出滨海新区不同道路交通等级下路基工作区深度、对应路面结构厚度及路基需处理厚度，见表6。

表2 各轴型车辆单轴最大轴重对应路基工作区一览表

表3 货车各种轴、轮型的轴限及对应路基工作区深度

表4 滨海新区一般道路交通量等级划分表

表5 滨海新区重载道路交通量等级划分表

3 软基浅层处理承载力等级划分及处理形式确定

对于浅层处理，地基的强弱影响其处理的深度（厚度）及处理形式，因此，应根据其承载力的强软进行等级划分。

表6 滨海新区各种交通荷载路基需处理厚度一览表

可采用如下公式进行判定：

式中：Pz——浅层处理顶面处的动载压力(kPa)；

Pcz——浅层处理顶面处土的自重压力(kPa)；

fz——浅层处理顶面处地基承载力(kPa)。

浅层处理顶面处的动载压力可采用下式计算：

式中：P——作用在路基上的车轮荷重（kN）；

K——应力系数，可近似取0.5；

Z——路基高度（m）。

浅层处理顶面处的自重压力包括路面结构及路基引起的静载可采用下式计算：

式中：γ——路基土的单位重力密度（kN/m3）。

将式（6）代入式（4），并忽略动荷载的影响，可得如下算式：

天然地基承载力f0一般可以根据地质钻探资料得到，为了计算浅层处理层顶地基承载力，可参照日本浅层处理设计方法，采用如下公式进行计算：

式中：fk——各类浅层处理承载力标准值。

参照《交通土建软土地基工程手册》提供的各种浅层处理的承载力标准值（见表7）。

利用式（8）可计算出各种浅层处理在不同处理厚度下对应的处理层承载力fz，见表8。

表8给出软弱地基（承载力40～110 kPa）通过浅层处理所达到的承载力数值，可以看到如天然地基承载力降低10 kPa，如要达到同样的地基承载力换填厚度仅增加10 cm，因此将软弱地基的承载力划分间隔确定为10 kPa

表7 各种浅层处理的承载力标准值

滨海新区浅层地基天然承载力一般在20～130 kPa之间，考虑承载力小于40 kPa的地基多需进行深层处理，而承载力大于100 kPa的地基也满足其上填土高度的要求，则滨海新区地基承载力等级最低限取40 kPa，最高限取100 kPa,具体划分等级见表9。

4 滨海新区低填土路基浅层处理典型结构确定

通过前几节分析了滨海新区低填土路基工作区深度及浅层处理厚度，这样，可结合滨海新区浅层处理材料的来源及特性，进一步确定滨海新区道路浅层处理结构形式。

对比近几年滨海新区各种浅层处理材料效果可看出，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挤淤地段；而石灰土或水泥石灰土由于板体性好，可以提高路基的强度，一般应放置在上层或地下水位以上，因此，可确定滨海新区浅层处理的结构自上而下如表10所示。

这样根据低填土路基需要的浅层处理厚度及地质承载力情况，并考虑交通等级影响，对各种浅层处理结构进行优化，推荐出滨海新区低填土路基浅层处理典型结构，见表11。

5 滨海新区低填土路基浅层处理典型结构确定

本文在对滨海新区低填土路基工作区深度研究的基础上，对低填土路基浅层处理进行分析，进一步提出滨海新区在不同交通等级、地基承载力等级下的浅层处理典型结构，这些结构已在滨海新区天津大道、中央大道、西中环、海滨大道、临港工业区、海洋高新区等道路工程中采用，取得了良好的效果，实现了滨海新区路基浅层处理“所看即所得”的目的。

表8 浅层处理后地基承载力值

表9 浅层处理承载力等级划分表

表10 天津市滨海新区推荐使用浅层处理结构

表11 滨海新区低填土道路软基浅层处理典型结构汇总表

[1]李清生.天津地区过湿路基石灰土浅层处理设计方法[J].城市道桥与防洪,1996(1).

[2]李振东.高等级道路路基浅层处治方法[J].中国市政工程,2011(1).

[3]何宁.公路软土地基处理设计方法探讨[J].现代交通技术,2010(6).