六盘山地区过湿土地基处治技术研究

郝志荣

摘要：为了验证《六盘山地区公路修筑技术研究》课题提出的过湿土地基处治方法（土工格栅、石灰土层以及石灰土加土工格栅等）的效果和沉降理论计算结果，以及生石灰处治过湿土路基填料方法的效果，结合宁夏回族自治区泾源至双疙瘩梁（简称“泾双公路”）改建工程的建设，修筑了试验路，并通过一系列的现场试验对该方法的合理性进一步研究。

关键词：过湿土 地基处治技术研究

中图分类号： TU4文献标识码：A 文章编号：

1试验路工程概况

1.1工程概况

宁夏回族自治区省道101线泾源至双疙瘩梁公路（以下简称“泾双公路”）起点为省道101线K408+686处，位于泾源县城北山根村西，县城北门加油站附近，止于宁甘交界的双疙瘩梁，终点止于宁甘交界的双疙瘩梁，为省道101线K439+873.65,路线全长31.18765km。其中泾源过境段K408+686～K411+372.07属新建路段。路基宽15.0m，路面宽14.5m，两侧各设0.25m宽的梯形路缘石。路面采用沥青路面，面层为3cm细粒式沥青混凝土+4cm中粒式沥青混凝土；基层为20cm水泥稳定砂砾，底基层为30cm的级配砂砾，如图1所示。

图1泾双公路路面结构

1.2气候、土质状况

新建段地形属平原微丘区，气候属温带半湿润区，气温低，年平均气温5～8℃，一月份平均气温-7.0℃，七月份平均气温17.4℃，极端最高气温30.1℃，极端最低气温-26.3℃；雨量多，年平均降雨量为650.9mm；湿度大，年平均湿度60～70%；日照少，年日照时数2242h；无霜期短，全年无霜期132d；春秋变化剧烈，灾害性天气多。

泾双公路新建段路基填土的最大干密度为1.89g/cm3,最佳含水量为12.6%，液限WL=32.9%,塑限WP=19.9%,塑性指数IP=13.0%,属低液限粉土。掺加5%的生石灰后，最大干密度为1.83g/cm3,最佳含水量为15.2%，液限WL=31.0%,塑限WP=22.0%,塑性指数IP=9.0%。同时，过湿土掺灰后含水量损失试验表明，试验路段所用的生石灰反应较慢，含水量的损失比室内试验结果要低。掺5%的生石灰，含水量降低率为2.39%～4.33%，室内试验结果为2.9%～4.8%。这主要与生石灰、填土土质等不同因素造成的。

该路段地基分层明显，属层状土地基，地基土性指标如表1所示。

表1地基土土性指标

2试验路方案

2.1过湿土地基处治的试验路方案

根据六盘山地区砂石较少，土质差，且地基表层土含水量高，地基承载力低，不易压实，容易出现“弹簧”现象，以及省道 101线泾双公路改建工程的特点、工期要求和以往的处治经验等，对过湿土地基采用了石灰土处治、石灰土加一层土工格栅处治、一层土工格栅处治等三种方案。

2.1.1 石灰土处治（A方案）

根据石灰土处治层厚度设计方法确定设计厚度为25cm，宽度较路堤基底两侧各宽25cm，处治层表面横坡为3%。有关石灰土处治层的技术参数见表2。

表2 石灰土处治层技术参数

铺筑25cm的石灰土处治后，仍有部分段落发生弹软，填筑二层土后无弹软现象。

2.1.2 土工格栅处治（B方案）

土工格栅采用聚乙烯硬质平网格栅，有关土工格栅的技术参数见表3。

表3 土工格栅技术参数

单层土工格栅处治后，可明显减轻或消除弹软与沉陷，局部面积或部分段落，仍有轻微弹软现象。

2.1.3 石灰土加工格栅处治（C方案）

有关石灰土的技术参数和要求同石灰土处治层，土工格栅的技术参数如表3所示。

根据试验路处治方案及其布置，分别按A、B、C三个方案，每个方案设2个观测断面进行沉降观测。考虑到行车荷载和路堤填筑荷载的分布情况，每个断面分别在路中心和车道处的边缘（距路中心3.5m左右）位置分别埋设2个沉降杯（路中心的为1#，车道处的为2#，A、B、C三个方案的第一个观测断面编号分别为A1-1、A2-1、B1-1、B2-1、C1-1、C2-1，第二个观测断面编号分别为A1-2、A2-2、B1-2、B2-2、C1-2、C2-2）。面层铺筑后，在每个观测点的路表相应位置上设立路表观测点，以便观测路面的工后沉降量及路堤本身的沉降，如图2所示。

图2沉降观测点的布置

2.2过湿土路基填料处治的试验路方案

试验路全长400m，各试验路段长度为100m。试验路采用半幅施工，即每个试验路段左、右幅控制压实度是不同的。填方路基试验路控制厚度为100cm，按4层填土厚度控制，并应严格分层填筑，分层压实厚度一般为25cm。要求压实机具12～15t光轮和羊足碾压路机各1台，15～18t光轮和羊足碾压路机各1台，>18t光轮或羊足碾压路机1台。各处治方案的布置如下：

2.2.1A方案（正常路段）

试验路段长125m，填土高度1.40～2.10m。按规范要求，控制最佳含水量12.6%附近情况下进行压实，压实度≥95版路基设计规范规定值，采用一般的施工工艺。

2.2.2 B方案（碾压含水量≥最佳含水量路段）

该试验段碾压含水量控制在最佳含水量＋3～5％，即16～18%。右幅控制压实度为93%，左幅控制压实度为90%。施工(压实)工艺同正常路段。试验路段长100m，该路段填土厚度为2.6m～3.0m，先统一进行地基处理，并按正常路段的要求填土至距路面底面1.8m。试验工程位于距路面底面0.8～1.8m(路堤部分)处，路床部分按正常路段施工。

2.2.3 C方案（掺生石灰，碾压含水量等于最佳含水量（石灰土）路段）

当碾压含水量≥最佳含水量（素土）＋5％时，采用掺生石灰的方法。生石灰掺量一般为5%（根据现场掺灰后含水量损失试验确定），控制素土填料的含水量应为15%+（3～5%）+5%=23～25%，其中15%为素土最佳含水量，3～5%是掺灰后3h后的减水量，5%是掺灰2h～3h后开始碾压期间的蒸发量。使掺灰填料(石灰土)的含水量约为石灰土最佳含水量。试验路段长100m，右幅控制压实度为93%，左幅控制压实度为90%。该路段填土厚度约为0.5～2.0m。施工时，先开挖至距路面底面1.0m处，保证试验工程填土厚度达1m。基底按正常路段的规定进行处理，然后按试验工程的要求进行填筑。

2.2.4 D方案（掺生石灰，碾压含水量等于最佳含水量（石灰土）+4%路段）

生石灰掺量约为5%，控制素土填料的含水量为27%～29%左右，使掺灰填料(石灰土)的含水量控制在石灰土最佳含水量+4%左右。试验路段全长100m，右幅控制压实度为93%，左幅控制压实度为90%。该路段填土厚度为0.6～1.6m。施工时，先开挖至距路面底面1.0m处，保证试验工程填土厚度达1m。基底按正常路段的规定进行处理，然后按试验工程的要求进行填筑。

3试验路观测结果及分析

3.1过湿土地基处治效果观测与分析

3.1.1 观测结果与分析

根据现场测试方案及实际施工情况，从2003年4月至2005年6月按计划在试验路段上进行了实际沉降观测，观测时间安排如下：

（1）第2个月至6个月，每一个月观测一次；

（2）第6个月至15个月，每三个月观测一次；

（3）第15个月以后，大约半年左右观测一次。

应该指出，由于仪器、气候等其他因素的影响，观测时间略有调整，具体观测时间和结果见表4。

表4 沉降实测值与计算值汇总表（单位：cm）

通过对表4实际观测结果分析，可以看出：

（1）路基的沉降是中间大，两侧小，这与填方荷载的分布情况相吻合；图中所示的沉降与时间关系符合正常过湿土的固结形态，没有出现失稳形态。

（2）石灰土处治方案的沉降量比土工格栅和综合处治方案大，主要原因是地基土含水量高，并且上部土层呈弱酸性，降低了石灰与土的水化反应，造成处治层强度低于一般非酸性土；另外，采用一层25cm的石灰土处治，由于不能明显地降低过湿土的含水量，其增加的强度也由于当地土质差的原因，处治效果不是很理想，而且不利于施工（施工时容易出现弹软现象），故而采用一层厚度为25cm石灰土处治过湿土地基，其沉降量还是较大的。但当采用两层石灰土处治，其效果将大有改观。

（3）采用土工格栅处治方案，可以明显降低路堤的不均匀沉降（10～20％）。这是由于土工格栅提高了地基的强度和承载力，改善施工状况，且由于土工格栅的加筋作用，填土荷载的应力得以重新分布，从而减小了路堤中心的沉降，但路基边缘处的沉降有所增加。然而，由于填土较低，其作用不是很明显。

（4）采用石灰土加土工格栅综合处治，可以发挥石灰土与土工格栅两者的优势，由于填土高度较低，与土工格栅比较，虽然沉降量更小，但仅减小约3～5％左右。而且，采用综合处治会加大施工难度。

3.2理论与实测结果的比较

地基理论沉降值采用多维非线性有限元程序GSCP进行计算，土性参数中泊松比，三轴不排水试验～曲线初始段斜率倒数，其他参数详见表1；因该地基土为欠固结土，故选超固结比OCR=1。对于土工格栅处治方案的理论沉降值，运用“影响有限元法”进行分析，同时考虑了土工格栅与土之间的相互摩擦作用，而且该分析计算方法占有计算机内存少且计算速度快。在土工格栅处治地基的理论沉降计算中，即能合理的模拟土工格栅与地基之间的相互作用特性，同时又考虑了每一级荷载增量和时步增量下的变形。在计算土工格栅加石灰土处治法的理论沉降时，采用石灰土的计算方法，对于土工格栅的加筋作用，通过提高石灰土层强度（课题采用乘上1.2的强度系数）来解决，这样即保证了土工格栅在土体中的作用，又可使计算简化，便于设计人员采用。

各种处治方法沉降理论计算值见表4。

通过对表4实测值与理论计算值分析，可以看出：

（1）这三种处治方法都减小了路基不均匀沉降，其中石灰土加土工格栅综合处治法的效果最好，其次为土工格栅处治法。这充分说明了土工格栅对路基荷载的重新分布作用和限制地基表层土的侧向变形。

（2）对于石灰土处治方法，本课题所采用的多维非线性有限元计算与实测值较为接近，其误差不大于10％，而对于石灰土加土工格栅综合处治方法，其误差稍大，但不超过15％，这是由于对土工格栅的加筋作用考虑不够充分引起的。由此可见理论计算基本上可以指导工程设计和施工，其方法是可行的，结果基本可靠。并且，采用“影响有限元法”对土工格栅处治地基进行沉降计算能够满足工程实际需要的，其误差在7％～10％之间。

4结语

结合实体工程和沉降观测表明，课题提出三种处治方法对过湿土地基都有较好的处治效果，其中土工格栅处治具有良好的技术经济性能，不仅可限制地基表层的侧向变形、降低不均匀沉降量，而且还有利于减小总沉降量，是过湿土地基处治的最佳方案。这对解决六盘山地区缺乏筑路材料和延长路基的可施工期具有重要的社会经济意义。

参考文献：

[1] 折学森，软土地基沉降计算[M] .北京：人民交通出版社，1998 .

[2] 张登良，加固土原理[M] .北京：人民交通出版社，1990 .

[3] 中华人民共和国行业标准，公路土工试验规程（JTJ 051-93）[S].北京：人民交通出版社，1993.

[4] 中华人民共和国行业标准，公路路基设计规范（JTJ 013-95）[S].北京：人民交通出版社，1995.

[5] 中华人民共和国行业标准，公路路面基层施工技术规范（JTJ 034-2000）[S].北京：人民交通出版社，2000.

[6] 中华人民共和国行业标准，公路路基路面现场测试规程（JTJ 059-95）[S].北京：人民交通出版社，2000.

[7] 中华人民共和国行业标准，公路沥青路面设计规范（JTJ 014-97）[S].北京：人民交通出版社，2000.

[8] 中华人民共和国行业标准，公路工程质量检验评定标准（JTJ 071-98）[S].北京：人民交通出版社，2000.

[9] 交通部第二公路勘察设计院．路基设计手册（第二版）[M]，北京：人民交通出版社，1996.

[10] 朱诗鳖，土工织物应用与计算[M] .武汉：中国地质大学出版社，1991.