浅层加筋土换填技术在深圳地区道路软基处理中的应用

浅层加筋土换填技术在深圳地区道路软基处理中的应用

彭玉文

深圳市综合交通设计研究院有限公司，广东深圳， 518000

【摘要】 换填法是具有工艺简单，工期短，造价低等特点，是道路软基处理中最常见的处理方法之一，也是适用范围最广的软基处理方法。本文通过对路基及下部软基受力情况的计算，分析道路填方高度与下部软基换填处理深度的关系，由此得出路基填方高度低于1.2m，软土层厚度小于6m时，浅层加筋土换填在软基处理工程中的可行性。

【关键词】 换填处理 承载力验算 换填深度

1 引言

道路设计人员在对软基进行处理时通常会依据规范对软土层厚度小于3m、埋深较浅的软土地基采用浅层换填处理，但是勘察钻孔资料仅仅是对场地某断面局部地质情况的揭示，并不能完全反应整个场地的真实地质情况。软土地层厚度的不均匀性导致施工单位在对软基进行换填处理时，开挖基槽至设计底标高后底部仍然有软土夹层，通过开挖探坑实测基槽底部的软土层厚1～3m，其下为地基持力层，此时施工单位往往会提出变更。

针对上述问题笔者通过对规范^[1]和手册^[2]的解读结合相关文献的研究成果进行深入的学习与解读，通过对路基及下部软基受力情况的计算，分析道路填方高度与下部软基换填处理深度的关系，认为在路基填方高度低于1.2m，软土层厚度小于6m时，经浅层加筋土换填处理后，其工后沉降在20cm以内，同时因浅层加筋土换填处理后在软土层顶部形成了硬壳层，从经济角度考虑对于上述问题可不采取变更处理。

2软土数据的收集与整理

深圳地区的软土主要分为滨海相软土（ ）^[5]，三角洲相软土（ ）^[5]，湖沼相软土（ ）^[5]。其主要物理及力学性质见表1、表2。

沿海地区淤泥和淤泥质土承载力特征值的经验值 在40kPa~100kPa^[7]，同时笔者也收集了部分深圳地区一些项目的勘察报告中软土的承载力特征值数据如表3所示。

本文计算时按上述表中深圳地区软土最不利参数取值。

表3 深圳地区各项目软土地基承载力特征值

3计算模型

深圳市某道路双向8车道，路基宽43m，填土高 ，路基填土容重 ，其下为淤泥，容重 ，压缩模量1.2MPa，底部持力层为粉质黏土，设计时采用加筋土换填处理，换填深度为3.0m，施工单位开挖至设计标高后，发现其下仍有3.0m厚淤泥。

3 .1 填土极限高度确定

对于软土层厚度为3m～6m时，可视为均质薄层软土地基，滑动圆弧与软土底面相切，极限高度按式计算：

式中：

— 极限高度，m；

— 软土的快剪粘聚力， ；

— 路基填土容重，取19.0 ；

— 稳定因数。

计算软土层厚度为6m时，路堤填土极限高度为1.2m。

3.2路基受力分析

作用于路基基底的荷载，有路基填土的自重（静载）和汽车的轮重（活载）^[2]。

路基自重荷载包含路面结构层自重和路基填土自重，按重交通路面结构74cm，路基自重荷载 。

基底土层自身重量在计算深度范围引起的应力：

轮重作为集中荷载在路基内所引起的的应力，主要按鲍辛尼斯公式进行计算^[2]：

式中：

； — 汽车轮重，单轮组标准轴载^[6]/2= ； — 轮重荷载作用影响深度。

当轮重引起的应力 与基底土层自重应力 在路基深度范围内所引起的应力比值（1/n）很小时（小于1/10），轮重引起的附加应力可忽略不计^[2]。

路基自身填土高1.2m，换填处理深度3.0m，大于路基车辆荷载影响深度2.6m，经换填处理后轮重引起的应力不会影响下卧软土层，此时可将行驶于路基上的车辆视为均布于路基上的均布荷载，单位长度上每车道上有一组标准轴载，则车辆均布荷载

。

则作用于路基基底的总附加荷载 。

3.3 下卧软土层承载力验算

经加筋土换填处理后下卧层的承载力验算按规范^[4] 式5.2.1-1计算：

_式中：

— 换填垫层底面的附加压力值（kPa）；— 换填垫层底面土的自重压力值（kPa）；

— 换填垫层底面经深度修正后的地基承载力特征值（kPa）。

换填垫层底面处的附加压力值按规范^[4]式5.2.1-2计算：

_式中：

—路基底面平均压应力（kPa）； — 路基底面埋深范围土自重压应力（kPa）；

— 路基底面宽（m）； — 换填垫层厚（m）；

— 换填垫层压应力扩散角（°）加筋土取30°。

计算得

地基承载力深度修正按规范^[7] 式6.2.4计算：

_式中：

—修正后的地基承载力特征值（kPa）； — 地基承载力特征值（kPa）；

— 加筋土垫层底面深度（m）； — 埋置深度地基承载力修正系数按规范^[7]取1；

— 加筋土垫层底面以上土层加权平均重度（kN/m³）。

修正后下卧层地基承载

因此需对其下卧层软土进行沉降计算。

3.4 沉降计算

采用分层总和法按规范^[7]式6.3.5-1计算：

式中：

— 地基最终沉降量（mm）； — 经验系数，取1.4；

—路基底面附加应力（kPa）； —路基底面第 层土底面距离（m）；

—地基土压缩模量（MPa）； —路基底面计算点至第 层土底面范围内的应力附加系数，按手册^[3]表4-3-5查找。

计算可得下卧软土层厚度为3.0m时沉降量 ，满足城市道路路基设计规范要求。

4 结语

综上分析当路基底部存在薄层软弱土层时采用局部加筋土换填处理后虽然其工后沉降尚在规范允许范围内，但是这种低填路堤在交通荷载作用下特别是重型车辆交通，路面容易发生不均匀沉降，当软土分布于交叉路口范围时，车辆在等候红绿灯制动刹车时会在路口形成车辙。因此在设计时应充分考虑地质情况的不均匀性，尽量避免处理不到位的情况。当出现上述因地质不均匀性导致处理不到位的情况时，应加强处理换填层，使之形成硬壳层，硬壳层主要有扩散应力的作用还有限制软土流动发生变形的作用。有试验资料表明当硬壳层厚度大于2.5m时应力扩散作用比较明显^[1]。

参考文献：

_{[1] 中国建筑标准设计研究院城市道路工程设计技术措施（2011年版）[S] 住房和城乡建设部工程质量安全监管司，2011}

_{[2] 交通部第二公路勘察设计院 公路路基设计手册（第二版） [M] 人民交通出版社，2011}

_{[3] 工程地质手册编委会工程地质手册（第五版） [M] 北京：中国建筑工业出版社，2018}

_{[4] 深圳市勘察研究院有限公司 深圳市地基处理技术规范 SJG04-2015 [S] 深圳市住房和建设局，2015}

_{[5] 蒙韵等深圳地区软土的工程特性及软基处理措施探讨[J] 资源环境与工程，2016：450-453}

_{[6] 北京市市政工程研究总院 城市道路工程设计规范 CJJ37-2012 [S] 中华人民共和国住房和城乡建设部，2012}

_{[7] 广州市建筑科学研究院有限公司 建筑地基基础设计规范 DBJ15-31-2016 [S] 广东省住房和城乡建设厅，2016}

_{[8] 同济大学 城市道路路基设计规范 CJJ194-2013 [S] 中华人民共和国住房和城乡建设部，2013}