软土地基上路基填筑厚度研究

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摘要：路基填筑厚度影响道路建成后使用的质量，特别对建设在软土地基上道路，路基填筑厚度直接关系到路面早期破坏的发生与否，本文通过理论计算提供了不同土基承载力和不同最大荷载作用下所需要的最小的路基填筑厚度。

关键词：路基填筑厚度 路基工作区 软土地基超载

Abstract: the subgrade filling thickness after the completion of the influence road use quality, especially in construction on soft soil road, filling the subgrade pavement thickness directly related to the occurrence of early destruction or not, this article through theoretical calculation provide different soil base bearing capacity and different maximum load, the minimum needed to the subgrade filling thickness.

Keywords: subgrade filling roadbed workspace thickness of soft ground overloaded

在软土地基上修建的道路，极容易发生道路的早期破坏，其发生的原因跟土基强度、路基填筑厚度和质量、路面厚度及质量、超载车辆、不利气候等因素有关，在上述因素中路基填筑厚度最不受到工程技术人员的重视，而恰恰这又是起决定作用的一个因素，因此本文从路基填筑厚度这个角度分析研究其对路面早期破坏的影响，试图找到一个明确的结论以指导今后的设计。

一、路基的受力

土基在工作过程中，同时受到有路面传递下来的车辆荷载和土基、路基、路面的自重作用，我们把这两种力分别叫做σ动和σ静，把两者的合力σ动+σ静叫做土基在某一深度处所受的总应力，记作σz=σ动+σ静。

二、应力计算

1、几个假设条件

（1）、为计算方便和为工程储备安全系数，路基和路面材料模量按一致考虑。

（2）、不同荷载均按单后轴双轮组考虑。这主要从实际运行中存在的大量单后轴双轮组车非法改装出发，更贴近道路实际的受力情况。

2、计算公式

σ动的计算采用布辛奈斯克公式：

σ动=K*P/Z2

K为应力系数，P为车辆荷载（KN），

Z为荷载下的垂直深度（m）。

σ静=γ*Z

3、计算结果

在标准荷载BZZ-100作用下，σ动随深度的增加而减小，σ静随深度的增加而增加，σz呈现抛物线形，在距路面1.3m深处出现应力的最小值。

BZZ-100作用下的应力分布图

同样可以计算出BZZ-50~1000的应力分布图。

三、路基工作区确定方法

根据传统的观点，当σ动/σ静=0.2~0.1时，可以认为，与路基（土基）的自重应力相比车辆荷载引起的动荷载已经很小，可以忽略不计，因此把车辆荷载在路基（土基）中产生应力作用的这一深度范围叫做路基工作区，根据计算不同荷载作用下路基工作区深度如下表：

使用方法：如果最大作用荷载为BZZ-400,则P=200KN，查表得当n=0.2时工作区深度位2.9m，当n=0.1时工作区深度为3.7m。

但该方法确定的工作深度往往是比较大的，在实际的设计中难以保证如此高的填筑厚度，在城市道路的设计中更是难以做到，同时从节约工程投资和节约土地使用的角度出发也应进一步寻找更优化的方法。

四、路基填筑厚度的确定方法

从“BZZ-100作用下的应力分布图”可知，在车辆荷载作用下，路基（土基）内部的应力分布呈现抛物线形，并由应力最小值存在，这给了我们一个启示就是如果该应力最小值深度在土基范围，那么土基的承载力必须大于该最小值，特别在软土地基上修筑的道路更应该注意这个最小值的位置。

应力最小值的位置会随着车辆荷载的变化而变化，经计算不同荷载作用下应力最小值位置如下表：

从上表可以看出，最小应力值随作用荷载增大而增大，分布深度也随作用荷载增大而加深。

因此在实际的道路工程设计中，设计师应严格按道路上可能的最大作用荷载验算路基（土基）内部最小应力值和深度，并与设计路基填筑厚度、土基的承载力进行校验。所以路基填筑厚度的确定方法为：

1、路基（土基）内部最小应力值和深度确定。

如果最大作用荷载为BZZ-400,则P=200KN，查表得最小应力（62.1 KPa）和位置（2.1m）

2、土基的承载力校验

接下来我们需要验算土基中总应力是否超过了土基的承载力。下表提供了在不同荷载作用下路基中不同应力水平位置，可以帮助设计人员根据土基的承载力和最大作用荷载查表迅速确定所需的路基最小填筑厚度。（该表中的位置为路基中第一次达到该应力值的位置）

从上表可以看出，随作用荷载增大某一固定应力值的位置也会加深，与作用荷载呈现近似直线的关系，直线斜率与固定应力值呈反向变动。

使用方法：如果地基承载力为80KPa，最大作用荷载BZZ-400,则P=200KN，查表可得该应力水平发生在1.28m深度处，根据第一步得到的最小应力（62.1 KPa）和位置（2.1m）不难得出道路路面和路基的总厚度应大于1.28m，如达不到这个厚度则必须对土基进行处理提高承载力。

五、结论

采用路基填筑厚度确定方法在最大作用荷载BZZ-400时，土基承载力为80 KPa时道路路面和路基的总厚度应大于1.28m，采用路基工作区的方法则工作区深度为2.9~3.7m，相差比较大，主要原因是路基工作区没有考虑土基承载力的大小，当土基承载力较大时我们应让土基来作为工作区的一部分，本文的路基填筑厚度确定方法根据不同的土基承载力计算路基填筑厚度，可以使设计更加精确，有效控制工程造价。

参考文献

[1] 路基路面工程（上）路基工程

何兆益 杨锡武主编

重庆大学出版社2001年11月第一版

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。