换土垫层法在市政道路中的应用研究

陈驰

摘 要：随着我国城市化的发展和市政道路的大规模修建，软土路基出现的频率越来越高。市政道路施工过程中，软基处理关系到整个项目的施工质量，同时会对道路的安全性造成影响，因此在市政道路施工时，应加强对软土路基的处理。针对以上问题文章进行了以下内容分析：对软土路基的特性及施工现状进行了分析，对软基处理应考虑的因素进行了分析，换土垫层法的施工应用及换填垫层厚度计算。通过实际工程对换土垫层的厚度进行了计算。通过以上内容分析，为该方法在市政道路中应用提供了理论分析和计算方法。

关键词：软土路基;市政道路;安全性;换土垫层法

中图分类号：TU997 文献标识码：A

0 引言

随着我国基础交通设施的不断完善，市政道路建设过程中，常遇到软土地段。如果公路软土地基处理不当，有可能引起路基边坡滑移、路面塌陷等病害，严重影响路基的运营寿命。相比于一般地区路段而言，软土具有含水量高、抗剪强度低、压缩性大、结构性明显、流变性显著等特点，其沉降控制难度更大。

1 软基特性

1.1 特性分析

软土路基存在稳定性差、承载力低的特性，当车辆在软土路基段行驶时，会因为承载力不足而对路面造成损害。当软土路基表现出压缩性高的特性时，该路段会出现沉降的现象。并且路面存在积水的现象，常导致交通事故的发生，影响人们的正常出行。软基承载力较低，当受到较大荷载时，地基会发生破坏现象，如：过大沉降、路基滑移、裂缝等。当情况较为严重时，会影响道路的工程质量。

1.2 施工现状分析

市政道路施工时，对于软土路基的处理，应采用科学合理的形式，才能保证道路的施工质量和安全性要求。目前状况表明：技术人员无法通过工程实际情况对施工方法做出选择。这种行为不仅无法保证工程质量，还影响道路的使用年限。

1.3 软基处理应考虑因素

（1）质量要求。市政道路的软基施工时，应采用合理的方法处理，处理后的路基应达到工程标准要求。市政道路存在功能差异，由于用途和建设方式不同，应根据实际的情况进行地基处理，而不是单纯的追求处理效果的完美。在保证道路质量的前提下，应对道路进行多因素、全方位的考虑。（2）地质情况。市政道路的功能不同，基底的土质情况也不尽相同，道路地基存在复杂的地质结构，因此在进行处理时，应针对不同地质情况选择施工方法。路基中常出现黏土，该类土的特性为密实度较差，结构强度低。因此施工时对黏土处理的主要方式为：通过重物，有条件时可采用强夯的方式，对其进行冲击，使黏土的密实度增大，从而提高地基土的强度。当软土的土层小于3 m厚时，应对路基的表层进行换填处理[4]。（3）施工环境。项目所处的地理位置不同，会对施工环境和施工方法产生影响，因此在进行软基处理前，应对施工环境进行详细分析，应对环境中不同因素造成的不同影响考虑周全，避免造成工程事故。同时，在进行施工机械和施工方案选择时，也应根据实际情况进行，防止施工时存现较大沉降，甚至坍塌。针对不同施工环境，制定施工方案，可有效提高经济效益。（4）工期要求。道路施工过程中应对施工进度进行严格把控，满足工期的要求。防止出现施工进度滞后影响工期，对项目造成损失。软土路基的处治时间往往根据项目的实际进度进行，导致软基处理的时间出现过长或过短的现象。时间过长，影响项目的整体进度;时间过短，导致软基处理后的稳定性不足，施工技术更存在局限性。

2 换土垫层的应用

换土垫层施工是通过机械来对地基中的浅层软土进行开挖，对下层的软土进行全面清理，然后进行回填，回填料应满足透水性强、承载能力高、密实性好的特点，施工过程中还应结合排水固结处理，该技术主要应用于淤泥路段。换土垫层配合排水固结的施工方法有效提高了施工质量以及工程可靠度。在进行换土垫层施工时，應按照因地制宜的原则进行，对回填料进行分层压实，保证结构的承载能力[5]。

施工实践表明：换土垫层法主要适用于承受荷载较小的路堤，该方法施工的优点是：取材容易、施工简单、造价低等。该方法的回填料主要有：砂垫层、碎石垫层、灰土垫层等。

2.1 换填厚度计算

换土垫层设计的主要内容是确定垫层的厚度和宽度，而确定垫层厚度是换土垫层设计的关键，只要确定了垫层厚度，根据压力扩散角理论不难确定垫层的宽度。

2.1.1 路基工作区法

根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）规定，路基工作区为汽车荷载通过路面传递到路基的应力与路基土自重应力之比大于0.1的应力分布深度范围。在此深度下，车辆荷载对土基的作用影响很小，可以忽略不计。

（1）路基工作区深度计算：

上式中：K和n表示系数，取值分别为0.5和5;P表示一侧的轮重荷载，单位为kN;γ表示土的重度，单位为kN/m³;Za表示路基工作区深度，单位为m。

（2）路面当量厚度计算：

上式中：hi表示沥青路面各层的厚度，单位为m;Ei表示沥青路面的模量，单位为MPa;E0表示路基顶面模量，单位为MPa;Ze表示沥青路面当量厚度，单位为m。

（3）换填厚度计算：

hc= Za-（ Ze-h1）-h

上式中：hc表示换填厚度，单位为m;h1表示路面厚度，单位为m;h表示路基填高，单位为m。

2.1.2 地基承载力法

路基的换填也可以通过验算路基软弱下卧层的承载能力来确定换填深度。假定在路基某一深度处，车辆荷载引起的应力与路基自重引起的应力之和小于该处的路基承载力，路基处于稳定状态，则此深度即为路基换填深度。即换填层底应力公式为：

（Pz+Pcz）×k≤faz

上式中：k表示安全系数，取1.25;Pcz表示换填土自重;Pz表示换填底附加应力，faz表示容许承载力。

垫层底面处附加应力可按压力扩散角θ进行简化设计，按照矩形基础进行计算，即：

Pz=（bl（P-Pc））/（（b+2Ztanθ）（l+2Ztanθ））

上式中：b表示基础底宽，单位为m;l表示基础底长，单位为m;P表示基底压力，单位为kPa;Pc表示基底土的自重压力，单位为kPa;Z表示基底垫层厚，单位为m;θ表示垫层压力扩散角。

2.1.3 路面计算程序法

利用URPDS2012路面计算程序把换填后的土层看作路面结构的最下层进行计算。通过试算确定满足要求的层厚，即为换填深度。

3 案例分析

3.1 工程概况

道路红线宽度40 m。路基土为黏土，黏土承载力容许值95 kPa，天然含水量26.6%～34.9%，路基干湿类型基本为潮湿、过湿。地下水稳定水位埋深1.20 m～1.80 m左右。设计主要为低填浅挖，采用换土垫层法处理不良地基，挖除部分深度不良土，换填石灰土。

3.2 换填深度计算

3.2.1 路基工作区法计算

（1）路基工作区深度：通过利用2.1.1中（1）的公式对路基工作区深度进行计算可知：Za=2.58 m。

（2）路面当量厚度：通过利用2.1.1中（2）的公式对面当量厚度进行计算可知：Ze=2.79 m。

（3）换填厚度：通过利用2.1.1中（3）的公式对换填厚度进行计算可知：hc= 0.49 m。

3.2.2 地基承载力法

本次计算采用单轴双轮，取轴载130 kN，则单侧轮载为65 kN。轮胎的着地宽度为0.6 m，长度为0.2 m。路面结构及换填土的轮压扩散角θ取30°，地基容许承载力为95 kPa。 假定换填深度为h，则：

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

经计算可知h≥0.05 m。

3.2.3 路面计算程序法

道路一条车道的累计轴载数为24 986 514次，路面结构由上至下依次为4 cm沥青玛蹄脂碎石混合料SMA-13、

6 cm中粒式密级配沥青混凝土AC-20C、8 cm粗粒式密级配沥青混凝土AC-25C、36 cm水泥稳定碎石、16 cm水泥石灰穩定土。现将换填后石灰土作为路面结构一层，经计算，厚度为0.44 m。

4 结语

本文通过对换土垫层进行分析得出以下结论：

（1）软土路基存在透水性差、强度低、稳定性差，承载力低的特性。目前软土路基的施工由于施工进度等各方面的要求，以及理论分析欠缺，很难保证施工后的强度和稳定性。进行软土路基处理时，应对施工环境、施工工期、地质情况进行综合分析。

（2）换土垫层主要是适用于软土层小于3 m的路基，通过对软弱层进行填料置换，同时进行排水固结，使地基的强度满足要求。换填厚度计算主要有路基工作区法、地基承载力法、路面计算程序法。

（3）通过对实际工程进行软土处理，利用三种方法对换填深度进行计算：利用路基工作区法得到换填深度为0.49 m，利用地基承载力法得到换填深度应大于0.05 m，利用软件进行计算得到换填深度为0.44 m。

参考文献：

[1]雷醒民，晁军.强夯技术在毛乌素沙漠地区中的应用研究[J].中国设备工程，2021（10）：266-267.

[2]李腾.盐渍土对路基路面危害分析及处理措施[J].全面腐蚀控制，2021（1）：80-81+104.

[3]张仁桓.农村道路施工过程中软基的处理方式分析[J].科学技术创新，2020（8）：129-130.