天津滨海新区软土路基处理形式研究

2019-03-08

天津建设科技 2019年6期

中国拥有广阔的国土面积，地质多种多样，不同地质环境下施工需要采用不同的技术和材料。在沿海地区以及部分内陆地区分布着软土层，软土层的主要特点是天然含水量大、压缩性高、承载力低、固结系数小、固结时间长，天津滨海新区就属于典型的软土层区域。

1 软土地基工作区及处理厚度

从市政道路所需地基满足的强度入手，结合土质特点，提出路基换填的厚度，进一步提出各种交通荷载的道路路基工作区深度及采取的技术措施。

道路地基必须承受道路结构及车辆荷载，对于一般道路，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[1]。这样道路路基处理可出现两种情况：一种情况针对高填土路基下的天然地基，如路基由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成，其地基承载力无法满足其上静载和动载的要求，需进行换填处理；另一种情况，对低填土或开挖路基，由于路床顶以下0.8～1.5 m可能已进入天然地基范围内，即使天然地基条件良好，但压实度及强度无法满足相应规范要求，地基也需下挖换填，这种情况在滨海新区道路设计中极其普遍[2]。

1.1 不同车辆荷载作用下路基工作区深度

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 路基土按深度的应力分布

在条形荷载作用下，地基中任意点的竖向应力是根据均质、各向同性的弹性半空间体上，点荷载作用下土中应力解析解积分得到的，车辆动荷载σ动可以定义为

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。

式中：γ——路基土的重度，kN/m3。

这样当Z到达路基土的某一深度处，其应力σ动与σ静的比值很小，约为，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

式中：n——应力比系数。

这样，根据对滨海新区交通荷载的调查，即可利用式（3）计算各种荷载下路基工作区深度。取路面结构及路床范围灰土的γ=23 kN/m3，n取5，见图2。

图2 不同轴重对应的路基工作区深度

由图2可以看出，滨海新区相应车辆所对应的工作区深度一般在1～4 m之间，除少量车辆由于超载而使轴载质量显著增加，使得路基工作区深度在3 m以上外，其他车辆所对应的路基工作区深度一般在1～3 m之间。

根据交通运输部《超限运输车辆行驶公路管理规定》对车辆轴载质量的规定:“单轴单轮组轴载质量6 t；单轴双轮组轴载质量l0 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1。

表1 货车各种轴、轮型的轴限及对应路基工作区深度

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1.5～2.3 m之间，如考虑部分超载，使轴载质量增加至30 t，则路基工作区深度可增加至2.5 m。

1.2 路基处理厚度确定

综合以上分析可看出，滨海新区路基工作区深度在1.5～2.5 m之间。根据《滨海新区沥青路面典型结构设计指南》给出的不同道路交通等级路面结构的形式和厚度，可推出滨海新区不同道路交通等级下路基工作区深度及对应路面结构厚度，据此可进一步可确定不同交通等级道路路面结构底以下路基需处理的厚度，见表2。

表2 滨海新区各种交通荷载路基需处理厚度

2 滨海新区各大功能区道路软基浅层处理形式

软土对道路的危害，已引起我国道路建设部门的高度重视，虽然滨海新区多年来采用多种软土处理技术，积累了一定的经验。但由于软土的特异性、多变性，至今，在软基处理中仍然无法找到一套万无一失的解决方案。本节对天津滨海新区各大功能区的软基换填浅层处理进行了总结。

2.1 天津中新生态城

天津中心生态城位于永定新河的河口北侧，建筑过程中的总体规划面积为99 km2，其中包含的陆域面积大约为28 km2。主要介绍其中四条比较典型的道路软基处理方式，针对四条道路的不同路基处理方式来进行总结分析。见表3。

表3 四条道路工程概况

由于上述四条道路工期较为紧张，为保证工程施工的进度，对四条道路的软基处理采取了不同的处理方案。针对第一路段，主要是以夯实为主，因此，先清理了施工现场的表层并且将淤泥挖出，将素土回填到路基标高下方100 cm处并对其进行强夯处理。对于第二路段，主要是进行了灰土处理，先将路段下层土质中的淤泥清理出去并将素土回填，移除表层的素土进行灰土处理。第三路段主要是以戗灰的方式进行处理，先清理好淤泥，然后对土层直接进行40 cm的戗灰处理，确保含灰量为7%左右。针对第四路段，主要以换填土的方式来处理软基，将淤泥清理好并铺设两条竹笆，然后铺双向土工格栅，其上进行混渣填筑，然后再次铺设格栅。

2.2 天津空港加工区道

天津市的空港加工区位于天津市区的东南侧，其占地面积大约为25.4 km2。道路工程中的软基路段主要存在于鱼塘路段，针对该路段软基的处理，主要采取了以下方式：先在沟渠以及鱼塘的基础之上进行打坝抽水并清理淤泥，当淤泥被清理得能够看见原状土的情况下，在上方铺设一层土工格栅，然后在格栅上面进行混渣回填，回填的厚度约为50 cm，然后施作40 cm厚的碎石垫层，用土工格栅包裹起来，之后再在碎石层上进行石灰土处理，此次石灰土的含量约为10%，最后依次做好路面结构的处理。

2.3 天津经济技术开发区

天津经济技术开发区的道路工程施工过程中也包含了对软基的处理，其中以西区为主要代表。对软基的处理考虑了岩土工程勘探报告，了解到该区域内的地下水位情况并针对土层的软塑状态制定了处理方案。为了确保路基的稳定性，保障路基具有足够的承载力，在一般的路段采取了碎石+石灰土的处理方式，铺设30 cm的碎石和40 cm厚的石灰土，然后在碎石垫层的下放再铺设一层土工格栅。而在特殊路段，则是根据淤泥的深度来进行淤泥的清除工作，如果淤泥的深度不超过1.5 m，就将淤泥清除处理，直至其恢复到原状土的状态，然后回填混渣，在混渣的上方回填山皮土，再铺设碎石垫层及石灰土，石灰土上方铺设路面结构。如果淤泥的深度超过了1.5 m，那么同样是先清理表层的淤泥，然后在淤泥层的上方铺设格栅，继续铺设两层竹笆，将其作为持力层，然后再回填混渣，一共两层，每层的厚度在50 cm左右，继而进行碎石垫层的处理，铺设30 cm左右的碎石垫层，然后铺设石灰土，最后做路面结构。

2.4 天津临港工业区

临港工业区位于海河的入海口南侧位置，属于滨海新区的核心区域。在软基的处理过程中主要采取了以下方式：如果路基是在沟渠的位置，先对其进行打坝清淤；然后根据设计中的标高设计来进行碎石垫层的处理，在沟渠的范围之内回填厚度为50 cm左右的拆房渣，然后再下方铺设一层格栅；最后铺设40 cm厚的碎石层并做石灰土的处理。根据原地面的情况进行戗灰的处理，然后进行碎石垫层+石灰土的处理，此处石灰土的含量为8%左右。

3 适用于软土路基浅层换填处理方式

换土垫层法也称换填法，为处理软土路基常用的一种土的置换方式。其原理主要是将软土层的一部分或者全部挖除，回填强度较高的砂、石、素土、灰土或者其他性能稳定、无侵蚀性的材料并夯至密实，从而提高路基土的抗剪强度以及承载力，继而确保路基整体稳定性，减少土路基沉降。换土垫层法是一种浅层软土路基处理方法，其处理深度一般在0.5～3 m［3～5］。

为更好地处理滨海新区内的软基，需要了解到换填材料的情况，在处理路基的过程中加强换填材料的整体性，从而让换填材料作为整体的承托层，保证上部所具有的自重及负荷能够均匀的分布到软土中，避免出现局部应力集中的情况，引起到地基的不均匀沉降。在换填材料处理过程中可采用加筋的方式来限制地基土的侧面位移。

滨海新区的工程当中，路基的填土高度比路面结构的总厚度小，在处理该阶段道路的路基时，可以采取挖方路基的方式，也就是说对地表土进行超挖及分层回填，保证超挖的深度要到达路床底面的位置，该环节中要对地基进行压实处理，保证压实的程度满足设计要求。在利用挖方路基的方式处理软基的时候，也需要考虑到路床在使用年限范围内的承载力情况，杜绝因为降雨而出现的下渗影响到路床湿度情况的发生。据了解，滨海新区内的软基因为含水量较大，在压实处理过程中会遭遇施工上的困难，因此，在实际施工过程中，会先清理好地表的土质，对地表处于可塑状态且具有较大含水量，无法达到设计压实要求的土层进行翻晒或者是戗灰处理，而如果是土质处于流塑状态，地基比较弹软，无法压实，则采取加强换填材料的方式来提升土层的整体性，让土层所具有的承托性增强，达到共同承担应力的效果。