湿陷性黄土挖方路基的综合设计
2010-03-20施敏捷
施敏捷
(中铁第五勘察设计院集团有限公司)
1 湿陷性黄土及常用处理方法
湿陷性黄土是指在覆盖土层的自重应力或自重压应力和建筑物附加应力作用下,受水浸湿后,土的结构迅速破坏,并发生显著的附加沉降,其强度也迅速降低的黄土。它的这种特性,会对结构物带来不同程度的危害,使路基及结构物大幅度沉降、折裂、倾斜,严重影响其安全的使用。
湿陷性黄土按其湿陷机理可分为高可溶盐的湿陷性黄土和高孔隙率的湿陷性黄土,由于这两类湿陷性黄土的湿陷性机理不同,因此应对湿陷性黄土地基有可靠的鉴定和正确的认识,并采取必要的工程措施来防止或消除它的湿陷性。
湿陷性黄土地基处理的方法很多,在不同的地区,根据不同的地基土质和不同的结构物,地基处理应选用不同的处理方法。较为常用的处理方法有:灰土或素土垫层法、强夯法、深层搅拌桩法、冲击压实法等。
2 工程概况及地质条件
本工程位于湿陷性黄土分布较为广泛的山西省,且拟建道路现地形高差变化较大,填挖方过渡频繁。勘察深度范围内地基土沉积时代成因类型自上而下依次为:第四系全新统新近堆积层(Q42ml)、第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)及石炭系上统强风化砂岩(C3t)。第①层人工填土承载力较低,结构较松散,为I类土;第②层湿陷性低液限粘土及第③层低液限粘土具中等压缩性,为II类土;第④层强风化砂岩为III类土。
挖方段路基基本处于第②和第③层土层深度范围内。
表1 地基土抗剪强度指标建议值表
全线勘察完成了 14个探井,根据探井土室内试验结果及《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB50025-2004)计算各探井湿陷性,挖方段集中在 8号、10号及 14号孔附近,详见湿陷性结果表 2。
表2 湿陷性结果
由表可见拟建道路场地为非自重湿陷性黄土场地,地基湿陷等级为I~II级。
3 设计原则及方案确定
地勘报告表明挖方段存在非自重湿陷性黄土,且路基土含水量较大,根据报告内容基本可确定挖方段路基的设计原则:(1)保持两侧高边坡的稳定;(2)采取措施消除路床以下一定深度范围内土的湿陷性;(3)保证路基处于干燥或中湿状态。
为保证两侧高边坡的稳定性,挖方段在填高大于 4m的路段均设置有仰斜式路堑挡土墙,并在墙后设置反滤层和泄水孔,以排除墙后土体渗流的水。在挡土墙基地应力达不到设计值的路段采用基础换填方案,换填材料为当地多产的炮渣石,炮渣石经粉碎达到粒径要求后进行回填。
为消除挖方路段存在的湿陷性,路基处理可选择换填或强夯法,考虑到挖方路段已挖除大部分湿陷性土且剩余部分埋置深度不深的特点,本项目采用分段处理挖方路基,具体处理方法为:开挖至路床设计标高后仍出现第②层湿陷性土的路段对路床底面以下 1.2m范围内进行挖除并换填碎石土和灰土;开挖至路床已基本挖除第②层湿陷性土的路段对路床底面以下 0.8m范围内进行挖除并换填碎石土和灰土。通过上述处理,路基工作区深度范围内基本不存在湿陷性土和承载力较低的第③层低液限土。
为保证路基处于干燥或中湿状态,在人行道外侧设置排水暗沟及渗沟,并在平台区种植灌木绿化。渗沟底标高低于路面标高 1.8m,并在沟周围使用渗水土工布包裹。在路堑段现场开挖过程中发现土层内含水量较大,且在路基设计标高以上约 3m处存在一层较薄的含水砂土层。
该路段地下水埋置深度较深,含水砂土层非地下潜水。经现场踏勘,开挖段两侧目前为居民区、荒地和工厂,大面积地面为土质地面并未硬化。分析认为路基两侧土层含水量较大及砂土层有大量流水是两侧地面雨水下渗和居民、厂矿用水下渗导致,因此在施工阶段对两侧路堑挡墙进行了设计变更:将挡土墙的泄水孔变更成通长的反滤层结合打孔PVC集水管,用以排除墙后土体和含水砂土层的大量流水。
在采取以上几种处理方法后,路基水被分成三个部分分别排除,Ⅰ部分由暗沟排除;Ⅱ部分由挡墙背的PVC管排除至填挖交界处明沟;Ⅲ部分由设置于暗沟下的渗沟收集并排除至填挖交界处的明沟。
本项目目前已竣工,在通车一年多的时间里该段挖方路基运行良好,并未出现任何路基破坏及边坡失稳。
4 结束语
湿陷性黄土地区的路基设计以消除湿陷性并保持路基干燥为基本设计原则。消除湿陷性的路基处理方法较多,但因结合实际工程情况采用经济适用的方案。在保持路基干燥方面,本市政项目借鉴了公路工程路基设计的思想,并采用多措施的综合设计,保证了地表水、下渗水的顺畅排除。
[1] 龚晓南.地基处理手册[M].北京:中国建筑工业出版社.
[2] 常示骠,张苏民.工程地质手册[M].北京:中国建筑工业出版社.
[3] 公路路基设计规范(JTGD30-2004)[M].北京:人民交通出版社.
[4] 郑颖人,王恭先.边坡与滑坡工程治理[M].北京:人民交通出版社.