天津濱海新區(qū)軟土路基處理形式研究

中國擁有廣闊的國土面積，地質(zhì)多種多樣，不同地質(zhì)環(huán)境下施工需要采用不同的技術(shù)和材料。在沿海地區(qū)以及部分內(nèi)陸地區(qū)分布著軟土層，軟土層的主要特點是天然含水量大、壓縮性高、承載力低、固結(jié)系數(shù)小、固結(jié)時間長，天津濱海新區(qū)就屬于典型的軟土層區(qū)域。

1 軟土地基工作區(qū)及處理厚度

從市政道路所需地基滿足的強度入手，結(jié)合土質(zhì)特點，提出路基換填的厚度，進一步提出各種交通荷載的道路路基工作區(qū)深度及采取的技術(shù)措施。

道路地基必須承受道路結(jié)構(gòu)及車輛荷載，對于一般道路，路床頂以下0.8～1.5 m范圍路基需要加強，壓實度及填料需要控制[1]。這樣道路路基處理可出現(xiàn)兩種情況：一種情況針對高填土路基下的天然地基，如路基由淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜填土或其他高壓縮性土層構(gòu)成，其地基承載力無法滿足其上靜載和動載的要求，需進行換填處理；另一種情況，對低填土或開挖路基，由于路床頂以下0.8～1.5 m可能已進入天然地基范圍內(nèi)，即使天然地基條件良好，但壓實度及強度無法滿足相應(yīng)規(guī)范要求，地基也需下挖換填，這種情況在濱海新區(qū)道路設(shè)計中極其普遍[2]。

1.1 不同車輛荷載作用下路基工作區(qū)深度

假定路基荷載為條形荷載，路基土按深度的應(yīng)力分布見圖1。

圖1 路基土按深度的應(yīng)力分布

在條形荷載作用下，地基中任意點的豎向應(yīng)力是根據(jù)均質(zhì)、各向同性的彈性半空間體上，點荷載作用下土中應(yīng)力解析解積分得到的，車輛動荷載σ動可以定義為

式中：P——作用在路基上的車輪荷重，kN；

K——應(yīng)力系數(shù)，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。

這樣當Z到達路基土的某一深度處，其應(yīng)力σ動與σ靜的比值很小，約為，在此深度以下的路基土受動力荷載的影響很小，可略去不計。該深度稱為路基工作區(qū)深度Za，其近似計算

式中：n——應(yīng)力比系數(shù)。

這樣，根據(jù)對濱海新區(qū)交通荷載的調(diào)查，即可利用式（3）計算各種荷載下路基工作區(qū)深度。取路面結(jié)構(gòu)及路床范圍灰土的γ=23 kN/m3，n取5，見圖2。

圖2 不同軸重對應(yīng)的路基工作區(qū)深度

由圖2可以看出，濱海新區(qū)相應(yīng)車輛所對應(yīng)的工作區(qū)深度一般在1～4 m之間，除少量車輛由于超載而使軸載質(zhì)量顯著增加，使得路基工作區(qū)深度在3 m以上外，其他車輛所對應(yīng)的路基工作區(qū)深度一般在1～3 m之間。

根據(jù)交通運輸部《超限運輸車輛行駛公路管理規(guī)定》對車輛軸載質(zhì)量的規(guī)定:“單軸單輪組軸載質(zhì)量6 t；單軸雙輪組軸載質(zhì)量l0 t；雙聯(lián)軸雙輪組軸載質(zhì)量18 t；三聯(lián)軸雙輪組軸載質(zhì)量22 t?！彼鶎?yīng)的路基工作區(qū)見表1。

表1 貨車各種軸、輪型的軸限及對應(yīng)路基工作區(qū)深度

可見滿足規(guī)定軸限范圍內(nèi)車輛對應(yīng)的路基工作區(qū)深度一般在1.5～2.3 m之間，如考慮部分超載，使軸載質(zhì)量增加至30 t，則路基工作區(qū)深度可增加至2.5 m。

1.2 路基處理厚度確定

綜合以上分析可看出，濱海新區(qū)路基工作區(qū)深度在1.5～2.5 m之間。根據(jù)《濱海新區(qū)瀝青路面典型結(jié)構(gòu)設(shè)計指南》給出的不同道路交通等級路面結(jié)構(gòu)的形式和厚度，可推出濱海新區(qū)不同道路交通等級下路基工作區(qū)深度及對應(yīng)路面結(jié)構(gòu)厚度，據(jù)此可進一步可確定不同交通等級道路路面結(jié)構(gòu)底以下路基需處理的厚度，見表2。

表2 濱海新區(qū)各種交通荷載路基需處理厚度

2 濱海新區(qū)各大功能區(qū)道路軟基淺層處理形式

軟土對道路的危害，已引起我國道路建設(shè)部門的高度重視，雖然濱海新區(qū)多年來采用多種軟土處理技術(shù)，積累了一定的經(jīng)驗。但由于軟土的特異性、多變性，至今，在軟基處理中仍然無法找到一套萬無一失的解決方案。本節(jié)對天津濱海新區(qū)各大功能區(qū)的軟基換填淺層處理進行了總結(jié)。

2.1 天津中新生態(tài)城

天津中心生態(tài)城位于永定新河的河口北側(cè)，建筑過程中的總體規(guī)劃面積為99 km2，其中包含的陸域面積大約為28 km2。主要介紹其中四條比較典型的道路軟基處理方式，針對四條道路的不同路基處理方式來進行總結(jié)分析。見表3。

表3 四條道路工程概況

由于上述四條道路工期較為緊張，為保證工程施工的進度，對四條道路的軟基處理采取了不同的處理方案。針對第一路段，主要是以夯實為主，因此，先清理了施工現(xiàn)場的表層并且將淤泥挖出，將素土回填到路基標高下方100 cm處并對其進行強夯處理。對于第二路段，主要是進行了灰土處理，先將路段下層土質(zhì)中的淤泥清理出去并將素土回填，移除表層的素土進行灰土處理。第三路段主要是以戧灰的方式進行處理，先清理好淤泥，然后對土層直接進行40 cm的戧灰處理，確保含灰量為7%左右。針對第四路段，主要以換填土的方式來處理軟基，將淤泥清理好并鋪設(shè)兩條竹笆，然后鋪雙向土工格柵，其上進行混渣填筑，然后再次鋪設(shè)格柵。

2.2 天津空港加工區(qū)道

天津市的空港加工區(qū)位于天津市區(qū)的東南側(cè)，其占地面積大約為25.4 km2。道路工程中的軟基路段主要存在于魚塘路段，針對該路段軟基的處理，主要采取了以下方式：先在溝渠以及魚塘的基礎(chǔ)之上進行打壩抽水并清理淤泥，當淤泥被清理得能夠看見原狀土的情況下，在上方鋪設(shè)一層土工格柵，然后在格柵上面進行混渣回填，回填的厚度約為50 cm，然后施作40 cm厚的碎石墊層，用土工格柵包裹起來，之后再在碎石層上進行石灰土處理，此次石灰土的含量約為10%，最后依次做好路面結(jié)構(gòu)的處理。

2.3 天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)

天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)的道路工程施工過程中也包含了對軟基的處理，其中以西區(qū)為主要代表。對軟基的處理考慮了巖土工程勘探報告，了解到該區(qū)域內(nèi)的地下水位情況并針對土層的軟塑狀態(tài)制定了處理方案。為了確保路基的穩(wěn)定性，保障路基具有足夠的承載力，在一般的路段采取了碎石+石灰土的處理方式，鋪設(shè)30 cm的碎石和40 cm厚的石灰土，然后在碎石墊層的下放再鋪設(shè)一層土工格柵。而在特殊路段，則是根據(jù)淤泥的深度來進行淤泥的清除工作，如果淤泥的深度不超過1.5 m，就將淤泥清除處理，直至其恢復(fù)到原狀土的狀態(tài)，然后回填混渣，在混渣的上方回填山皮土，再鋪設(shè)碎石墊層及石灰土，石灰土上方鋪設(shè)路面結(jié)構(gòu)。如果淤泥的深度超過了1.5 m，那么同樣是先清理表層的淤泥，然后在淤泥層的上方鋪設(shè)格柵，繼續(xù)鋪設(shè)兩層竹笆，將其作為持力層，然后再回填混渣，一共兩層，每層的厚度在50 cm左右，繼而進行碎石墊層的處理，鋪設(shè)30 cm左右的碎石墊層，然后鋪設(shè)石灰土，最后做路面結(jié)構(gòu)。

2.4 天津臨港工業(yè)區(qū)

臨港工業(yè)區(qū)位于海河的入?？谀蟼?cè)位置，屬于濱海新區(qū)的核心區(qū)域。在軟基的處理過程中主要采取了以下方式：如果路基是在溝渠的位置，先對其進行打壩清淤；然后根據(jù)設(shè)計中的標高設(shè)計來進行碎石墊層的處理，在溝渠的范圍之內(nèi)回填厚度為50 cm左右的拆房渣，然后再下方鋪設(shè)一層格柵；最后鋪設(shè)40 cm厚的碎石層并做石灰土的處理。根據(jù)原地面的情況進行戧灰的處理，然后進行碎石墊層+石灰土的處理，此處石灰土的含量為8%左右。

3 適用于軟土路基淺層換填處理方式

換土墊層法也稱換填法，為處理軟土路基常用的一種土的置換方式。其原理主要是將軟土層的一部分或者全部挖除，回填強度較高的砂、石、素土、灰土或者其他性能穩(wěn)定、無侵蝕性的材料并夯至密實，從而提高路基土的抗剪強度以及承載力，繼而確保路基整體穩(wěn)定性，減少土路基沉降。換土墊層法是一種淺層軟土路基處理方法，其處理深度一般在0.5～3 m［3～5］。

為更好地處理濱海新區(qū)內(nèi)的軟基，需要了解到換填材料的情況，在處理路基的過程中加強換填材料的整體性，從而讓換填材料作為整體的承托層，保證上部所具有的自重及負荷能夠均勻的分布到軟土中，避免出現(xiàn)局部應(yīng)力集中的情況，引起到地基的不均勻沉降。在換填材料處理過程中可采用加筋的方式來限制地基土的側(cè)面位移。

濱海新區(qū)的工程當中，路基的填土高度比路面結(jié)構(gòu)的總厚度小，在處理該階段道路的路基時，可以采取挖方路基的方式，也就是說對地表土進行超挖及分層回填，保證超挖的深度要到達路床底面的位置，該環(huán)節(jié)中要對地基進行壓實處理，保證壓實的程度滿足設(shè)計要求。在利用挖方路基的方式處理軟基的時候，也需要考慮到路床在使用年限范圍內(nèi)的承載力情況，杜絕因為降雨而出現(xiàn)的下滲影響到路床濕度情況的發(fā)生。據(jù)了解，濱海新區(qū)內(nèi)的軟基因為含水量較大，在壓實處理過程中會遭遇施工上的困難，因此，在實際施工過程中，會先清理好地表的土質(zhì)，對地表處于可塑狀態(tài)且具有較大含水量，無法達到設(shè)計壓實要求的土層進行翻曬或者是戧灰處理，而如果是土質(zhì)處于流塑狀態(tài)，地基比較彈軟，無法壓實，則采取加強換填材料的方式來提升土層的整體性，讓土層所具有的承托性增強，達到共同承擔應(yīng)力的效果。

4 結(jié)語

天津濱海新區(qū)由于地理位置特性的影響，其大部分道路工程都要面臨軟基處理的問題。軟基處理可以采取多種多樣的方式，但在不同處理方式下，其施工流程及工程造價，甚至是最后達到的施工效果也各不相同，但淺層換填處理還是目前最為經(jīng)濟最為常用的處理方法。