淺談兩種不同路基處理方法的合理性

鄭航

（上海浦東工程建設(shè)管理有限公司，上海市 201210）

淺談兩種不同路基處理方法的合理性

鄭航

（上海浦東工程建設(shè)管理有限公司，上海市 201210）

近年來，由于超載現(xiàn)象嚴(yán)重，路基早期病害出現(xiàn)較多。全國(guó)多地城市道路設(shè)計(jì)及施工中對(duì)于路基處理多采用高壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)、深層換填等措施，導(dǎo)致土方量大、工程投資高，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上不具有優(yōu)勢(shì)。分析長(zhǎng)江中下游江北岸某市規(guī)一路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及路基處理方案，并與浦東新區(qū)同等級(jí)道路做對(duì)比，對(duì)其路基土質(zhì)、壓實(shí)度、換填方案等關(guān)鍵問題做了深入研究分析，得出了關(guān)于不良土質(zhì)、壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)以及路基換填方面的結(jié)論，為國(guó)內(nèi)同等級(jí)道路路基設(shè)計(jì)與施工提供了有益參考。

路槽深度；路基處理；壓實(shí)度；換填

1　問題提出

道路結(jié)構(gòu)需建造在穩(wěn)定、具有一定承載力的路基之上。由于道路走向及規(guī)劃線位影響，天然地基不滿足承載力的情況時(shí)常發(fā)生，需要對(duì)路基進(jìn)行相應(yīng)處理，以達(dá)到滿足承載力的要求。目前路基處理方式較多，包括換填、強(qiáng)夯、堆載預(yù)壓、水泥攪拌樁、PHC管樁復(fù)合地基等多種方式。其中，路基換填在軟弱土層較為發(fā)達(dá)的長(zhǎng)江中下游地區(qū)普遍使用，但各地對(duì)路基換填的方式、壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)等問題均有不同意見。本文結(jié)合長(zhǎng)江中下游北岸某工程以及上海浦東同等級(jí)道路工程的路基處理方案，對(duì)兩種軟土地基換填的處理方法展開討論。

2　案例分析

長(zhǎng)江中下游北岸某市一條在建的城市道路（規(guī)一路）路槽開挖深度近一層樓深，開挖剖面自上而下土質(zhì)情況分別為第一層：雜填土，含植物根莖，厚度30～50 cm。第二層：褐黃色粉質(zhì)黏土，層厚150～250 cm；第三層到基底：灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，基底潮濕狀態(tài)未見積水。上海浦東新區(qū)常見溝槽開挖斷面的土質(zhì)分層基本與江北市規(guī)一路路槽開挖斷面的土質(zhì)分層類似。第一層：耕植土，施工時(shí)一般清表30 cm；第二層：褐黃色粉質(zhì)黏土，平均厚度約150 cm，俗稱“硬殼層”；第三層：灰黃色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，土壤天然含水量較大（30%～40%），地基承載力特征值60～90 kPa。排水溝槽開挖時(shí)需及時(shí)做好支護(hù)和排水等措施。

江北市規(guī)一路與浦東新區(qū)同等級(jí)城市道路（緯二路）路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及路基處理方案如表1所示。對(duì)比規(guī)一路和浦東新區(qū)緯二路的路面結(jié)構(gòu)和路基處理總厚度可知，在道路面層上，二者同為三層瀝青鋪裝共18 cm。在道路基層上，江北市規(guī)一路第一、二層為水泥含量4.5%、厚18 m的水泥穩(wěn)定碎石，第三層為水泥含量2.5%，厚20 cm的水泥穩(wěn)定碎石，厚度共計(jì)56 cm。浦東緯二路兩層均為水泥含量4.5%，厚20 cm的水泥穩(wěn)定碎石，厚度共計(jì)40 cm，二者基層總厚度相差16 cm。在路基處理上兩者區(qū)別較大：江北市規(guī)一路路基處理方案是挖除原狀天然土基，采用80 cm級(jí)配碎石+150 cm塊石換填，共計(jì)換填深度230 cm；浦東新區(qū)緯二路路基處理方案是采用6%石灰土換填，換填深度30 cm，分兩層施工?？傮w而言二者路面結(jié)構(gòu)相差不大，但路基處理厚度相差達(dá)到了200 cm。下文將對(duì)此問題進(jìn)行分析討論。

表1　兩地道路結(jié)構(gòu)及路基處理方案對(duì)比

3　方案探討

根據(jù)筆者了解，江北市礦產(chǎn)資源豐富，重載過境車輛較多，部分修建的城市道路通車半年不到即出現(xiàn)各種早期病害，以至于相關(guān)部門在重要路口設(shè)置崗?fù)ｉT查處超載重車并禁止其通行。為改變城市道路面貌，江北市有關(guān)管理部門非常重視道路建設(shè)質(zhì)量，要求按高速公路的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)規(guī)一路。在該項(xiàng)目的勘察、設(shè)計(jì)以及施工中，勘查單位認(rèn)為地基土土質(zhì)不良，應(yīng)該全部挖除；施工單位反映土基過軟，達(dá)不到相應(yīng)的壓實(shí)度要求，設(shè)計(jì)方案上相應(yīng)采取了大范圍的換填措施。下面就土質(zhì)、壓實(shí)度、換填方案進(jìn)行逐一分析。

（1）關(guān)于路基土土質(zhì)

根據(jù)規(guī)一路巖土工程勘查報(bào)告所述，第一層為雜填土，要求清除；第二層為粉質(zhì)黏土，灰色，軟塑，含少量腐殖質(zhì)，夾簿層粉土，干強(qiáng)度中等，高壓縮性，低等韌性，搖振反應(yīng)無，無光澤，推薦承載力特征值100 kPa，工程性質(zhì)不良，要求全部清除；第三層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，灰色，軟～流塑，飽和，含腐殖質(zhì)，夾簿層粉砂，干強(qiáng)度中等，低韌性，搖振反應(yīng)無，無光澤，推薦承載力特征值80 kPa，工程性質(zhì)不良，要求清至設(shè)計(jì)路槽底標(biāo)高?，F(xiàn)行公路路基施工規(guī)范和城市道路路基設(shè)計(jì)規(guī)范中，除建議對(duì)厚度較小的泥沼及軟土層采用換填處治外，未出現(xiàn)工程性質(zhì)不良土的定義及對(duì)其全部清除的要求?？辈靾?bào)告中描述的第二層是工程實(shí)踐中常見的土質(zhì)較好的硬殼層，具有應(yīng)力擴(kuò)散并保護(hù)軟弱下臥層的作用，不符合軟土的定義，全部挖除較為可惜，且在第二層挖除后，由于第三層土質(zhì)更差，將更加不利于基底的壓實(shí)。筆者認(rèn)為，從嚴(yán)格意義上來說，如現(xiàn)場(chǎng)具備條件，應(yīng)綜合利用第一層的雜填土。由于換填方案在使用過程中的適用性以及局限性，即便是遇到軟土路基，也不能只考慮全部清除換填這一種方案，應(yīng)與淺層無機(jī)結(jié)合料拌合等方案進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選。

（2）關(guān)于路基土壓實(shí)度

規(guī)一路設(shè)計(jì)文件中要求路基壓實(shí)度參照高速公路路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)控制，路床頂面以下0～80 cm均按96%控制。施工單位采用21 t壓路機(jī)碾壓路槽后出現(xiàn)了彈簧現(xiàn)象，似乎印證了路基土質(zhì)不良的情況。規(guī)一路路基土的天然含水量為27%，最佳含水量17%，最大干密度為1.82 g/cm3，擊實(shí)曲線如圖1所示。

由擊實(shí)曲線可知，規(guī)一路路基天然含水量比最佳含水量絕對(duì)值大10個(gè)百分點(diǎn)，相對(duì)值大58.8%。根據(jù)擊實(shí)曲線可以回歸得到干密度和含水量的函數(shù)：y=-0.008 5x2+0.292 9x-0.717 4（R2=0.9715）。在天然含水量為27%時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)下的干密度為0.994 g/cm3，故在單位體積土體擊實(shí)功相同的前提下，不可能達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)。凌旭初等在1995年就提出了“濕黏土重型壓實(shí)難以為繼，實(shí)行輕型壓實(shí)度檢驗(yàn)才是合理的”［1］。筆者認(rèn)為對(duì)于濕黏土壓實(shí)應(yīng)采取兩方面措施：一方面要降低標(biāo)準(zhǔn)密實(shí)度的要求，另一方面要降低壓實(shí)機(jī)械的噸位。具體操作應(yīng)根據(jù)平均稠度來確定是否是濕黏土，采用不同噸位壓路機(jī)進(jìn)行試壓，試壓的標(biāo)準(zhǔn)是壓穩(wěn)且不會(huì)造成土體剪切破壞。根據(jù)一些工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于本文討論的路基可用12～14 t壓路機(jī)進(jìn)行試壓，路槽底壓實(shí)度可按90%控制（重型）。新版《城市道路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ194-2013）提出了路床頂面設(shè)計(jì)回彈模量值，由于壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)受土質(zhì)、稠度、壓實(shí)功等因素影響，回歸到路面結(jié)構(gòu)計(jì)算理論上應(yīng)用路基頂面回彈模量來控制較為合理。

（3）關(guān)于路基土換填

規(guī)一路在低劑量水泥穩(wěn)定碎石底面設(shè)計(jì)了80 cm的級(jí)配碎石換填。這個(gè)深度是“硬殼層”的一部分，厚度正好是上下路床厚度之和。江北市同期多條新建城市道路都有類似的設(shè)計(jì)，筆者推測(cè)可能是濕軟路基造成的結(jié)果。由于濕軟黏土路基含水量過大，碾壓不能達(dá)到要求的壓實(shí)度，甚至?xí)霈F(xiàn)彈簧現(xiàn)象；另一方面又因工期緊，故設(shè)計(jì)思路將路床部分或者全部采用級(jí)配碎石換填。在有路槽的城市道路設(shè)計(jì)中，用級(jí)配碎石換填的合理性值得商榷，且需要根據(jù)工程情況做具體分析。首先，本例中換填層破壞了天然的“硬殼層”，經(jīng)濟(jì)上浪費(fèi)，技術(shù)上也不盡合理；其次，級(jí)配碎石的滲透系數(shù)遠(yuǎn)大于其他周圍的黏性土體的滲透系數(shù)，兩者大約相差6個(gè)數(shù)量級(jí)。城市道路的中央分隔帶、兩側(cè)綠化帶、地下過路管線接頭和道路結(jié)構(gòu)的裂縫孔隙都是雨水進(jìn)入路基的通道，如碎石的級(jí)配不良，細(xì)料含量過多，則碎石內(nèi)的細(xì)集料在水流的作用下會(huì)重排列；若同時(shí)伴有下水道出現(xiàn)滲漏，必將使級(jí)配碎石層受到?jīng)_刷，導(dǎo)致細(xì)集料大量流失，造成路基早期損害，進(jìn)而將對(duì)路面造成更為嚴(yán)重的損害。

圖1　路基土擊實(shí)曲線

4　結(jié)論

江北市規(guī)一路路基處理方案不是個(gè)案，過深的散粒料和塊石換填方案在技術(shù)上不盡合理，經(jīng)濟(jì)上也造成大量的浪費(fèi)。究其原因有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的問題，也有設(shè)計(jì)思路方面的問題。本文根據(jù)以上分析得出的結(jié)論如下：

（1）建議取消上路床和下路床的概念，以免造成設(shè)計(jì)思路上的誤導(dǎo)；

（2）路基力學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)以路床頂面回彈模量為準(zhǔn)，力學(xué)概念清晰；

（3）壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)可做施工期間質(zhì)量控制參考，但是對(duì)濕軟路基的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)和壓實(shí)機(jī)械的選型應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定，以路基壓穩(wěn)而不產(chǎn)生剪切破壞為準(zhǔn)；

（4）在路塹式斷面或者向原地面以下開挖路槽的路基處理上應(yīng)慎用散粒料換填，且應(yīng)進(jìn)行多種處理方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比選；

（5）建議進(jìn)一步研究濕軟路基處置方案，以達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)路床頂面回彈模量。

［1］凌旭初，張成龍，毛菊良.土質(zhì)路基壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)踐與強(qiáng)度評(píng)定［J］.華東公路，1995（4）:8.

U416.1

B

1009-7716（2016）06-0043-03

2016-01-13

鄭航（1971-），男，安徽安慶人，副總經(jīng)理，高級(jí)工程師，從事工程項(xiàng)目管理工作。