城市道路路基换填深度的计算

文｜汉中市城乡规划市政工程设计院 赵育军

1 不同等级城市道路的荷载取值

荷载取值及布置参照《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）。

快速路为城-A、B级，主干路为城-A级，次干路为为城-A、B 级，支路为城-B 级；

城-A 荷载为5 轴加载，总重700KN，城-B 荷载为3 轴加载，总重300KN；每组车轮横向中距1.8m，车轮着地面积为0.6×0.25m。

2 常用城市道路路面结构

主干路：5cm 厚细粒式沥青玛蹄脂碎石+8cm 厚粗粒式沥青混凝土+20cm 厚水泥稳定碎石+20cm 厚水泥稳定砂砾+30cm厚级配碎石。

次干路：4cm 厚细粒式沥青混凝土+6cm 厚中粒式沥青混凝土+20cm 厚水泥稳定碎石+20cm 厚水泥稳定砂砾+30cm 厚级配碎石。

支路：4cm 厚细粒式沥青混凝土+5cm厚中粒式沥青混凝土+15cm 厚水泥稳定碎石+15cm 厚水泥稳定砂砾+30cm 厚级配碎石。

3 软弱下卧层验算公式

根据《公路桥涵地基与基础设计规范》，垫层厚度应根据下卧土层的承载力确定，并应符合：

式中：Pok为垫层底面处的附加压应力，Pgk为垫层底面处的自重压应力，rR为地基承载力容许值抗力系数，fa为垫层底面处地基的承载力容许值。

4 验算路基软弱下卧层确定换填深度

4.1 荷载选取

按照《城市桥梁设计规范》要求选取荷载，主干道选用城-A 荷载，最大轮载P=100KN，次干道分别按照城-A、城-B荷载取值，最大轮载分别为P=100KN 和P=60KN，支路按城-B 荷载的70%取值，最大轮载P=42KN。基础的长宽按照车轮的着地宽度和长度，取B=0.6m，L=0.25m。

4.2 轮压应力扩散角

沥青砼、水泥稳定材料应力扩散角取45 度，级配碎石应力扩散角按30 度取值，换填天然砂砾应力扩散角按30 度取值。

4.3 相关系数

路基结构重要性系数取1.0，汽车荷载的分项系数，取1.8，永久作用的分项系数，取1.2；，地基承载力容许值抗力系数，取1.0。

4.4 路面结构层

按照拟定的主干道、次干道、支路结构。

4.5 换填厚度

分别取换填0.5m、0.6m、0.8m 计算。

4.6 软弱下卧层计算

4.6.1 车辆荷载的分布

4.6.1.1 轮压扩散面积按下式计算：(B + 2 × z × tgθ) × ( L + 2 × z × tgθ)

依照上式分别计算得出轮压扩散面积：

构层底面轮压扩散面积：

主干路：S1=1.656×2.006=3.322m3；次干路S1=1.596×1.946=3.106m3，支路S1=1.376×1.726=2.375m3。

换填0.5m、0.6m、0.8m 轮压扩散面积：

主干路：S0.5=2.214×2.584=5.72m3；S 0.6 = 2.349 × 2.699 = 6.34 m3，S0.8=2.58×2.93=7.56m3。

次干路：S0.5=2.173×2.523=5.48m3；S 0.6 = 2.288 × 2.638 = 6.04 m3，S0.8=2.519×2.869=7.23m3。

支路：S0.5=1.953×2.304=4.5m3；S 0.6 = 2.069 × 2.419 = 5 m3，S0.8=2.3×2.65=6.1m3。

4.6.1.2 作用于垫层底面的附加应力

结构层底面附加应力：

主干路PO=30.1KP，次干路PO=32.2KP（城A），支路PO=17.68KP。

换填0.5m、0.6m、0.8m 后垫层底面附加应力：

主干路：PO0.5=17.48KP，PO0.6=15.77KP，PO0.8=13.22KP。

次干路：PO0.5=18.25KP，PO0.6=16.56KP，PO0.8=13.83KP。

支路：PO0.5=9.33KP，PO0.6=8.4KP，PO0.8=6.9KP。

4.6.1.3 通过分析轮压扩散面积可以看出轮压扩散宽度大于单轮影响宽度，应考虑双轮叠加，叠加后的附加应力为以上计算得的两倍。

4.6.2 路面结构自重荷载的分布

细粒式沥青砼容重：2.35，中粒式沥青砼容重：2.36，粗粒式沥青砼容重：2.37，水稳碎石容重：2.1，水稳砂砾容重：2.1，级配碎石容重：2.1，天然砂砾容重：2.0。

4.6.2.1 结构层底面的自重应力

主干路：Pg=17.77KP；次干路Pg=17.06KP，支路Pg=14.72KP。

4.6.2.2 换填0.5m、0.6m、0.8m 后垫层底面自重应力：

主干路：P g 0.5=27.77 K P，Pg0.6=29.77KP，Pg0.8=33.77KP。

次干路：P g 0.5=27.06 K P，Pg0.6=29.07KP，Pg0.8=33.06KP。

支路 ：P g 0.5 = 24.72 K P ，Pg0.6=26.72KP，Pg0.8=30.72KP。

4.6.3 荷载组合（表1）

换填0.5m、0.6m、0.8m 后垫层底面应力：（表2-表4）

5 结论

将路基承载力与以上计算得下卧层顶面应力比较，选用适宜的路基换填厚度，但应注意对于湿软路基应考虑方便路基施工碾压时的换填厚度，根据15MR301 说明“采用垫层法处理处理软基时，垫层厚度一般不小于0.5m”，故若承载力满足要求，但路基潮湿无法碾压时采用换填处理时，最小换填厚度应不小于0.5m。

表1 结构层底面的应力

表2 主干路垫层底面的应力（按城-A 荷载）

表3 次干路垫层底面的应力（按城-A 荷载）

表4 支路垫层底面的应力