砂性土道路路基碎石换填厚度优化方案综述与展望

段军库 盖伏香

摘  要：以银川市西夏区飞地工业园区道路建设砂土地基处理为研究对象，对地基换填处理技术进行了分析研究。文中对软土路基换填技术的适用条件、换填厚度、换填材料、换填方法、施工方法和施工注意事项等方面进行了分析总结和设计，提出了该地区砂性土道路路基碎石换填厚度优化的研究方案和建议，可以为宁夏本地砂土地基换填技术研究和工程施工方案设计提供借鉴。

关键词：砂土地基  换填厚度  换填材料  厚度优化

中图分类号：TU472                            文献标识码：A                   文章编号：1674-098X（2020）08（a）-0019-03

Abstract： Taking the sand foundation treatment of the road construction in the Feidi Industrial Park in Xixia District of Yinchuan City as the research object， the technology of foundation replacement is analyzed and studied. In this paper， the applicable conditions， replacement thickness， replacement materials， replacement methods， construction methods and construction precautions of soft soil subgrade replacement technology are analyzed， summarized and designed， and the research scheme and suggestions for the optimization of gravel replacement thickness of sandy soil road subgrade in this area are put forward， which can be used for reference in Ningxia local sand soil subgrade replacement technology research and engineering construction scheme design.

Key Words： Sand foundation; Replacement thickness; Replacement material; Thickness optimization

中央和寧夏回族自治区提出以“全域银川”的理念来谋划银川，就是要以国际视野，以全球格局意识，高起点、高规格、高标准对银川城市规划进行再定位再布局。将整个宁夏作为一个城市整体来规划，打造沿黄经济区。银川经济技术开发区作为发展外向型的重要窗口，是促进区域经济发展的强有力的助推器，是推动银川高新技术产业发展的核心区域，也是银川实现良好扩散、示范和推动作用的重要舞台。道路作为园区交通的动脉，是一个必不可少的元素，其规划必须根据形势发展和用地扩展的需求，还要满足基础建设的主干路向机动化发展方向，建立起层次分明，功能明确的路网体系。对于任何一个区域的路网体系，路网布局的优化贯穿于规划编制的全过程，其布局的优劣是决定道路功能的关键。交通道路不仅是工业园区的网络线，更是提高生态环境质量的体现。

飞地工业园区地处宁夏西夏区，地表土以砂土为主，对于道路建设，道路基层作为道路面层的支撑结构及荷载传递扩散层，须具有满足承载能力、抗变形能力、抗裂能力和一定的水稳定性能力，砂土的这些力学性能较差，无法作为路床使用，需对基层底下80cm厚的砂土进行换填处理。80cm的换填厚度是由传统工法所确定的，在该工法下换填需要开挖大量砂土，占用较大的存放空间，投入的人力、物力和财力较多;同时大量生产碎石会增加城市环境污染，在经济和环保方面都不是最佳方案。需对施工技术和碎石配合比进行深入试验研究，同时通过数值模拟对道路整体结构从耐久性和力学性能方面进行分析，客观、全面的评价不同换填厚度对道路性能的影响，最大程度的减少路床开挖厚度和减小废土存放占地，在满足道路功能的基础上，实现资源的有效利用。

1  研究现状

宁夏银川地区位于贺兰山东麓，其所属西夏区存在着大量粉砂土地基。在以砂土为路床的基础上修筑建筑物，若不对砂土进行加固处理[1]，路床发生过大不均匀变形或地基渗流可能会造成基础沉陷、基础及地梁被拉裂、墙体裂缝、建筑物倾斜等危害[2]，为了杜绝事故的发生，保证建筑物的使用安全，应对建筑场地进行勘察，并对路床进行加固治理。

宁夏属于西部半干旱带-少雨带地区[3]，地下水位底，大部分地区土壤均以砂土和黄土为主，在动荷载作用下饱和的松散砂土，其内部易造成土体水压力增加，形成流动性的液态砂，形成振动液化现象。这种现象是饱和砂土大幅度骤然丧失强度的问题。例如，1964年美国阿拉斯加地震和1976年中国唐山大地震分别造成1万多方公里和2.4万多方公里的砂土液化[4]。砂土地基液化易造成排水构造物淤塞，道路路基坍塌破坏，桥梁倒塌，房屋开裂失稳等严重灾害。

道路路基换土法是将道路路基范围内的软土、腐殖土和特殊土等不良地基土3m深度以内开挖清除，利用石灰土、碎石土和山皮土等优良的路基填筑土进行换土。具体施工方法为：清除不良土，分层铺筑，按照碾压制度进行分层碾压，每层施工完后按照设计要求进行分层检测。换填土优先考虑天然砂砾，当天然砂砾不满足要求时，再考虑采用石灰土或者级配碎石换填。当换填部分进入路床部分时，考虑路床部分要求承载力高的要求，可以采用无机结合稳定混合料进行换填，例如石灰、粉煤灰和级配碎石拌制的二灰碎石或水泥、石灰、粉煤灰和级配碎石拌制的水泥稳定碎石，这些材料强度高，抗变形能力强，能够满足道路强度、刚度和稳定性要求。换填施工过程中，必须严控施工质量，保证换填材料的压实度，避免因压实不足造成后期路基的沉降，尤其是对换填交接处进行质量控制，防止差异沉降，造成路基路面的开裂破坏[5]。

路床换填技术是指对路面以下30cm或80cm进行天然土不良土体的换填。有以下情况需要进行换填：

（1）提高路基承载力，当路床土体承载力小，且道路累计轴载较大时，一般需要将路床部分土体进行换填，提高其承载能力，保证道路路面稳定性。

（2）较小路床的溶沉破坏，有冻胀性的盐碱土地基路床，由于盐渍土遇水后易造成地基土的溶沉病害，为了保证路床部分的抗变形能力，需要采用石灰土或碎石土等较好的路基填料进行换填[6]。

（3）消除路基的胀缩作用，对于弱膨胀土可以掺入石灰和水泥进行改良，对于中等和强膨胀土，需要将路床部分的膨胀性土进行换填或超挖换填，在地下水发育的路段，还需进行隔水处理，处理方法为夹铺不透水的土工布或者不透水材料换填，并设计泄水管将水排出路床范围。

（4）消减黄土的湿陷性，将路面以下80cm范围黄土挖除换填，路床以下部分路堤黄土可以采用强夯法、碎石桩法、冲击碾压或爆破法等地基处理方法消减黄土的湿陷性。

（5）消减路基冻胀力和防止路基冻胀破坏，依据道路所处地区路基冻土的分布和冻结厚度进行分析计算换填，换填保温材料、级配卵石和渗水土工布等材料。

2  厚度优化研究方案

在现有的换填技术中，针对砂土地基换填技术中确定砂土地基换填厚度的方法及施工经验较少，通过现有换填的研究现状，提出了宁夏飞地工业园区砂土路床换填技术的优化研究方案，通过研究可以为宁夏本地砂土地基换填提供理论依据和工程经验，具体的研究方案如下：

（1）进行园区内交通分析并确定交通等级。年平均日交通量AADT、设计车道年平均日货车交通量AADTT等的的分析调查预测;车辆种类、轴型的分析预测，并进行轴载换算，确定交通等级。

（2）针对不同的开挖厚度，选取合适的工法对开挖后的下路床进行压实处理，并对承载力、压实度和弯沉等进行检测，保证路床的强度和稳定性。

（3）针对不同的换填厚度，对换填料的配合比进行分析与设计，并对施工技术进行相对应的选择与试验。

（4）对不同换填厚度的道路整体结构进行数值模拟，并通过现场试验，对弯沉、平整度、压实度、承载力等指标进行检测，结合试验结果对其进行分析，确定最佳换填厚度。

（5）优化施工工法，保证所选取的厚度能够满足道路等级要求，进行试验路的铺筑并对其进行检测，检测各项指标能否满足要求。

（6）通过研究提出一种适合宁夏地区砂土地基经济性优越的换填方法及施工工法。

3  结语

通过现有路床换填的研究现状，对飞地工业园区砂土路床换填技术和换填碎石配合比进行深入试验的研究，同时通过数值模拟对道路整体结构从耐久性和力学性能方面进行分析，客观、全面的评价不同换填厚度对道路性能的影响，最大程度的减少路床开挖厚度和减小废土存放占地，在满足道路功能的基础上，实现资源的有效利用。通过研究可以为宁夏本地砂土地基换填提供理论依据和工程经验。

参考文献

[1] 胡玮，李云川，史成江.中卫地区粉砂土湿陷特性及影响因素探讨[J].宁夏工程技术，2017，16（2）：178-182.

[2] 周炜，杨宝红.地基基础缺陷及地基加固措施简析[J].中国建材科技，2016，25（2）：118-119，145.

[3] 李琪，陈顺才.浅谈地基基础施工过程中的质量控制与缺陷处理[J].建设监理，2018（2）：62-64.

[4] 万惕，万齐龙.路基换填技术在公路工程中的实践[J].交通世界，2018（36）：72-73.

[5] 陳思佳.舟山地区市政道路软土路基处理技术[D].西安：长安大学，2019.

[6] 曹兴.基于土工合成材料立体加筋法的软土路基处理研究[D].绵阳：西南科技大学，2018.