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湖区软土地基路基拓宽处理技术研究

2010-02-27李星星

湖南交通科技 2010年3期
关键词:工后试验段拓宽

李星星

(青海省公路科研勘测设计院,青海西宁 810008)

湖区软土路基道路拓宽工程在道路拓宽改造工程完成后,软土地基上路面常出现纵、横向裂缝病害,裂缝宽度视路堤高度、软土厚度及其性质等而不同。新老路基结合部位处理方法、新老路基不均匀沉降及产生的危害是路基拓宽工程中急需研究解决的问题。结合省道南县至常德湖区公路拓宽工程,分析路基拓宽工程病害及其主要成因,采用了适合湖区路基拓宽工程处治技术。

1 试验路段情况

1.1 试验路段概况

根据南县至常德湖区公路拓宽工程的设计资料和沿线的地质情况,选择填土高度≥3.5 m处的k25+700~k25+800路堤段和填土高度6 m处的k22+100~k22+200低路堤段2个典型试验路段作为研究对象。低路堤试验段原有老路路基宽9 m,路面宽5.0m,为给配碎石上罩2 cm沥青简易路面,左侧毗邻人工运河,右侧为道路排水沟渠,为道路拓宽改造的典型地段。高路堤试验段原有老路路基宽8.0m,路面宽4.0m,为沥青路面,给配碎石、石灰土结构层。通过这2段试验路来分析和研究新老路基拓宽及新老路基结合部位处理情况。

根据地质钻孔揭露,试验路段地质构造自上而下为:表层为人工填土,其中低路堤厚1~2m。高路堤厚2~4 m,其下为高液限粘土硬壳层,厚约2.0 m,含水量ω在33%~42%之间。再下为淤泥质粘土,其中低路堤厚约5.0m,高路堤厚约6.5 m,含水量ω约在54%~70%之间,其孔隙比e在1.4~2.2之间,压缩系数α1-2在1.4~2.8MPa之间,地质条件极差。再下为粘土、亚粘土层等,地质条件较好。

1.2 试验段路基拓宽处理内容

1.2.1 软土地基处理

根据计算结果决定,低路堤试验段新拓宽路基部分软土地基不作特殊处理,可按正常路基施工。高路堤试验段新拓宽路基部分软土地基采用粉体搅拌桩处理,粉喷桩桩径为0.5m,间距为1.2 m,正三角形布置,桩长13 m;每延米水泥喷入量为60 kg。粉体搅拌桩处理软土地基,是为了确保高路堤路基稳定,最大限度地降低施工沉降和工后沉降,以减少新老路基的不均匀沉降。

1.2.2 新老路基与路面结合部位处理

对原有老路一侧或者两侧改造路基与路面时,在结合部位主要采取如下措施进行处理:

1)清除原路肩边坡上草皮、树根及腐植土等杂物,并挖台阶处理。台阶尺寸为高小于30 cm,宽大于45 cm,台阶挖好后与新路基一同进行分层回填碾压施工;原有路肩质量较差,达不到设计要求时,将土路肩翻晒或掺灰重新碾压,以达到质量要求。

2)在低路堤试验段新老路基结合部位采用3层防土工布处理,土工布宽一般为4m以上,水平铺在新老路基结合部位上,每层相隔20 cm。

3)高路堤不均匀沉降差大,故在新老路基与路面结合部位采用高强度的土工格栅处理,以加强新老路基的结合强度,从而解决新老路基的不均匀沉降。土工格栅共布置7层,自下而上第一层布置在老路面上,第二层布置在路床向下60 cm处,第三层布置在路床向下40 cm处,第四层布置在路床向下20 cm处,第五层布置在路床上,第六层布置在二灰土底基层上,第七层布置在二灰碎石基层中间。

1.3 沉降标设置与观测

低路堤试验段地表平整后,路基材料回填前埋置沉降板,即在k25+725和k25+775两断面左、中、右共埋置6处沉降板。高路堤试验段在沟塘内用石屑回填至水面以上再碾压密实,其上再分层回填土。待粉喷桩施工完成后,在路基土分层回填前进行反压护道施工,同时在k22+120和k22+170两断面也埋置6个沉降板。通过沉降观测,及时掌握地基沉降变化,为路面施工提供科学依据。

2 试验路段沉降计算

2.1 主固结沉降与总沉降计算

用e-P曲线和分层总和法计算主固结沉降:每层沉降为Si=(e1i-e2i)×hi/(1+e1i),主固结沉降为Sc=ΣSi。根据《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》第4.3.4.1条经验公式S=m×Sc(m为经验系数,范围1.1~1.7)[1],低路堤k25+725处取1.3,k22+120高路堤处取1.6,其路基断面各点沉降值分别见图1、图2。

图1 k25+725路基总沉降

图2 k 22+120路基总沉降

2.2 新老路基工后沉降差计算

根据分层总和法计算出的新路基最终沉降量,再由固结系数推测出低路堤施工期沉降固结度ui=42.9%,同样由竖向固结系数推测出高路堤k22+120路基施工期沉降固结度ui=26.4%。根据分层总和法计算出的老路基最终沉降量,再由Cv推测到本次施工前沉降固结度ui=95%。拓宽路基后的工后沉降值为[2]:

S工后=(S新总-95%S老总)×(1-ui)

2.3 工后路基沉降差处理

通过计算可知,低路堤新老路基工后不均匀沉降值是明显的,其不均匀沉降差也是均匀的。为减轻新老路基不均匀沉降差所造成的破坏,在低路堤试验阶段新老路基结合部采用挖台阶和土工布处理,以加强结合部位强度。

高路堤新老路基工后沉降差较大,尤其新拓宽一侧,不均匀沉降差值大,左右特别明显,对路基破坏力太大,为此,软土地基采用粉喷桩进行处理,为此应计算出路基用粉喷桩处理后k22+120断面各点的总沉降值S粉。

根据《软规》第5.9.11条“加固土桩固结度不考虑加固土桩体的排水固结作用”[1]。故粉喷桩处理范围内路基沉降固结度不变ui=26.4%。则k22+120整个路基工后沉降计算公式:粉喷桩处理范围以外S工后=(S新总-95%S老总)×(1-ui)。粉喷桩处理范围内S工后=(1-ui)S粉。

路基粉喷桩处理后新老路基不均匀沉降减少很多,特别是新老路基左右工后沉降差显著减少,但路基工后不均匀沉降差仍较大,特别在新老路基结合部位,最大理论突变差值为16.4 cm,工后不均匀沉降破坏力是相当大的,为减轻不均匀沉降差造成的破坏。高路堤新老路基与路面结合部位采用挖台阶的方法,并铺设7层土工格栅处理,以加强新老路基与路面结合部位强度,增强路基路面的整体抗变形能力,解决不均匀沉降所带来的路面开裂、路基滑动等危害。

3 实测与计算比较

为了更好地反映软基沉降规律,把沉降板处的填土曲线、计算沉降曲线、实测沉降曲线作为时间的相关变量绘制于同一张图中,以利比较与参考。

3.1 低路堤沉降曲线比较

低路堤k25+725断面新、老路基沉降计算与实测沉降曲线,分别见图3、图4。根据计算与实际观测曲线,实测值结果小于计算值,且实测沉降曲线末端斜率小于计算值,工后沉降也比计算小。

3.2 高路堤沉降曲线比较

k22+120断面新、老路基沉降计算与实测沉降曲线,分别见图5、图6。根据计算与实际观测结果可知,高路堤用粉喷桩处理后,沉降值大大减少,但实际观测总沉降及每月沉降均大于计算值,工后沉降仍然较大。

图3 k 25+725老路基沉降曲线

图4 k 25+725新路基沉降曲线

图5 k 22+120老路基沉降曲线

图6 k 22+120新路基沉降曲线

3.3 新老路基拓宽处理技术分析

3.3.1 低路堤处理技术分析

低路堤实测沉降小于理论计算沉降,主要原因为地表硬壳层使路基荷载应力扩散,即路基下土层实际附加应力小于理论计算。《软规》中经验公式S=m×Sc对于低路堤所取的经验系数m应小于1,取0.6~0.9较符合实际情况。低路堤新拓宽路基部分软土地基可以不处理,主要由于软土地基沉降固结很慢,若采用预压措施,效果也是不明显的,若采用软土地基处理,则造价太高。因此设计及施工中可尽量利用原状土结构强度,不扰动下卧软土层,进一步维持硬壳层的整体作用,同时在路基中铺设土工布或土工格栅,以加强路基的整体强度及板体作用,防止路基因不均匀沉降而产生反射裂缝。

3.3.2 高路堤处理技术分析

软土地基未经处理的高路堤老路基实际沉降大于理论计算沉降,原因可能是《软规》经验公式S=m×Sc的经验系数m取值范围偏小,从观测结果及老路基沉降情况来看,高路堤沉降系数m大于规范上限1.7,软土蠕变侧移引起的沉降值较大,因软土固结很慢,使得高路堤路基工后会持续不断地下沉。为减少工后沉降量,对高路堤路基必须综合处理[3-5]。

高路堤路基经过粉喷桩特殊处理后,其沉降量无论是实际沉降值还是理论计算值均明显降低,从观测结果来看,新拓宽的高路堤采用粉喷桩处理软基效果是非常显著的。

当高路堤路基拓宽后,新老路基不均匀沉降仍然比较明显,特别在拓宽一侧,老路基边坡范围沉降差明显,产生突变点,易在此产生不均匀沉降裂缝及滑动剪切面。若不采取特殊措施,结合处工后不均匀沉降破坏力仍然较大,此处仍需重点控制,本试验段在新老路基与路面结合部位采用挖台阶、铺设7层土工格栅处理,目前从工后实测看,效果是显著的。可以加强新老路基结合部位强度,增强路基路面的整体抗变形能力,防止路面开裂。

高路堤新拓宽部分软土地基必须进行特殊处理,主要由于软土沉降固结很慢,路基工后沉降量大,经常使新老路面产生明显破坏,甚至影响工程使用。因此设计及施工中为了确保路基稳定,减少路基工后沉降,对高路堤拓宽可采取打粉喷、砂桩、塑料排水体、碎石桩等软基处理措施,并配合填筑轻型材料。同时在新老路基与路面结合部位采用挖台阶及铺设土工布或土工格栅等[6]。

4 结论

1)对低路堤道路拓宽结合部位采取挖台阶和加铺土工布的处理方法是可行的;对高路堤道路拓宽结合部位采取粉体搅拌桩处理软土地基,再采取用挖台阶和加铺土工格栅来加强路基与路面结合部位质量的方法是科学合理的。软土路基低路堤一般不需采取其它特殊措施处理;软土地基高路堤路基通常应采用软土地基特殊处理和增加路基反压护道等方法进行综合处理。

2)软土地基道路拓宽处理方法须根据道路的性质、软土的厚度及其特性、路堤高度和原路况等情况确定。该公路路面建成通车2 a多,无裂缝现象产生,效果是明显的,不仅能节省工程造价,而且能方便施工,缩短工期,具有较好的推广价值。

[1]JTJ 017-96,公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].

[2]TB-10l 13-96,粉体喷搅法加固软土层技术规范[S].

[3]钱家欢,土力学[M],南京:河海大学出版社,1995.

[4]赵维炳,施建勇.软土固结与流变[M].南京:河海大学出版社,1996.

[5]折学森.软土地基沉降计算[M].北京:人民交通出版社,1998.

[6]洪毓康.土质学与土力学[M].北京:人民交通出版社,1987.

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