西南多雨地区高速公路路基处治方案研究

2014-08-15吴兵

黑龙江交通科技 2014年3期

关键词：路堤抗剪软土

吴兵

(贵州公路开发总公司)

西南多雨地区高速公路路基处治方案研究

吴兵

(贵州公路开发总公司)

我国西南地区公路路基大多数是饱和粘性土，具有含水量高、孔隙比大、渗透系数小、强度低等特点，若作为高速公路地基需要处理，否则产生不同程度的坍滑。排水固结法和挤密砂桩是较为常用的方法。随着高速公路汽车数量的增多，对路基的变形要求也严格，相应对路基变形要求随之提高。为此，简要分析了西南多雨地区的地质特点，并对如何提高高速公路路基方案进行了综述。

西南;多雨地区;高速公路;路基处治

1 引言

西南多雨潮湿地区地质多呈现湿软风化状态，普遍分布着大量潮湿的粘性土，其含水量高，而且塑性指数大。随着西部经济的飞速发展，公路交通建设规模也逐年增加，发挥的作用也日趋显著，尤其是高速公路的快速发展，为拉动西南地区与外部省市的衔接建立了有利条件。然而，一些特殊地段由于多雨导致的软弱淤泥地基也对公路带来了严峻考验。特别是桥梁结构物如通道处的滑移沉降，桥涵通道等人工构造处的跳车颠簸……都使路基安全系数大大降低。所以如何改善地质情况，提高高速公路路基的承载质量成为施工急需优化的问题。

2 西南多雨地区地质特点

西南多雨地区的地质一般多为软土。一般是指水下沉积的饱和粘性土，是淤泥质粘土、淤泥质粉土、泥炭质土等一类土体的简称。软土作为工程的地基，由于其承载力低会产生坍滑或沉降陷等。软土的特征如下。

(1)透水性弱。尽管含水量大，但其透水性却很小，当土体受到荷载后，呈现高的孔隙水压，影响公路的压密固结。

(2)孔隙比大。天然孔隙比一般在1～2之间，天然含水量W=50% ～70%，高的甚至可达200%。

(3)灵敏度高。粘土在结构未被破坏时具有抗剪强度，但一经扰动，抗剪强度将降低。

(4)抗剪强度低。软土在外部荷载作用下，抗剪性能差，我国的软土无限抗剪强度一般小于30 kN/m2。

因此，必须要考虑进行路基处理。对于新建的工程，应重点考虑利用天然路基进行，对于淤泥质土可以利用其上覆较好土层，对于杂填建筑垃圾，当密实度较好时，均可利用作为路基的持力层;当覆盖土层比较薄时，应注意避免淤泥质土的扰动;对于有机质含量较多的工业废料等杂填土，不宜作为路基持力层。若路基软弱，不能满足要求，则需根据工程情况及路基土质条件不同进行处理。

路基处理方法按其处理原理大致可分为改变路基的内部结构和在外部进行人工加固。

(1)换土垫层法

换土垫层法常用于处理较为软弱的路基，主要是应用合适材料对路基中的软弱土层进行置换，从而达到处理目的，该法利用分层压实作为垫层，还可用于处理湿陷或膨胀路基。换土垫层法一般适用于处理浅层路基。

(2)排水固结

该法主要为了减小地基的沉降，从而提高承载力。该法是处理粘土路基常用的方法之一。主要采用顶压等方法促使土层的排水固结，当采用预压法时，一般在路基内设置一系列塑料排水板或者砂井或，形成竖向的排水通道，从而加速固结土层。

(3)挤密振密法

该法的适用范围一般只限于砂土低的粘性土，可用于处理杂填土及湿陷性黄土等路基。主要借助机械或爆破产生的夯压土减小孔隙比，或在路基内打砂桩从而达到处理目的。其中主要有重锤夯实法，振冲法以及灰土桩挤密法等，°

(4)拌入法

此类方法采用手段主要有深层喷浆、高压喷射以及深层喷粉法等。是加入水泥等能固化的材料或者在土中掺入水泥浆，经固化后，在路基中构筑柱状固化体，与周围土体组成复合路基从而达到处理目的。

(5)灌浆法

该法一般可用于处理砂土及饱和粘性土等地基。主要是靠压力把含有胶结物质传送灌入土层。使其渗入土裂缝中，或者把浆体压入钻孔中，借助于压力挤密土体并上抬，达到加固处理。

(6)加筋法

加筋法常用于公路路堤的加固。该法采用强度较高的土工合成材料，如土工积物等，抗腐蚀性好，可起到排水、隔离和补强作用，还可用于处理软弱路基

通过分析，排水固结法和挤密砂桩是两种处理路基最主要的方法，分别对其施工工艺及质量检测分析如下。

2.1 排水固结法

排水固结法是对已设置竖向排水体的路基施加荷载，使土体中孔隙体积减少，孔隙水被排出，达到固结沉降路基的目的，处理之后抗剪强度明显提高，应力逐渐增长。该法可以对所施加荷载的方法进行分级;也可以是在修建高速公路之前，利用其他重物对场地先进行预压。

由固结理论可知:排水距离的平方和性土固结所用时间和正比。在被加固路基中置入塑料排水板或者杀精等排水体，可使土层中孔隙水主要向通过砂井排出，缩短了排水距离，加速了地基固结。

2.2 挤密砂桩

采用振动等方式在软弱路基中成孔后，再将材料捣实挤入软土路基中，在路基中造成直径较大的密实桩。按填入材料不同，可分砂桩、碎石桩、生石灰桩和灰土桩;按施工方法可分为振冲挤密桩或者振动挤密桩等。采用砂桩加固路基主要有两个作用。

(1)置换作用

对黏性土路基，砂桩的主要作用是置换，而不是挤密路基。密实的砂桩在软黏土中形成“复合地基”，使承载力提高，路基沉降也减小。荷载试验证明砂桩复合地基承受荷载时，发生应力集中现象，使土层承受压力减小，沉降减小。砂桩复合路基承载力增大率和沉降减小率都与置换率成正比。根据我国在淤泥质亚黏土中形成的砂桩复合路基上的荷载试验，同等荷载作用下沉降可比天然路基减少20%。

(2)排水作用

在软黏土路基中，砂桩形成竖向的排水通道，明显缩短了孔隙水平渗透路径，从而加快了路基的沉降速率。与天然路基荷载试验对比表明，在荷载相同条件下砂桩复合路基的沉降稳定比后者要短。

3 西南多雨地区的路基处理详细方案

(1)多雨潮湿地区进行路基施工时应特别注意排水。机具停放地、库房、生活区域必须选在地势较高不易被水淹的地点，并有可靠的排水防洪设施，预防洪水造成危害。

(2)开工前场地准备工作应特别注意排除地面水。低洼地带沿用地两边应控大断面的纵向排水沟并引向出水口。在纵向排水沟之间应挖掘横向排水沟并互相贯通疏于地表以达到地面不积水。

(3)多雨潮湿地区地面多为含水量过大的过湿土应按下列方法处理。

含水量过大的潮湿土深度在2 m以内时可挖去湿土，换填适用的干土或挖方石渣、天然砂砾等，并分层压实达到标准。挖去淤泥后将上层湿土翻松耙碎掺5%～10%的生石灰粉压实其层厚以能达到规定压实度为准使之成为稳定土加固层。当有非风化大块岩石可利用时，在挖去软湿土后铺筑厚50 cm左右石块层，嵌填石渣后用重型压路机碾压成型，再于其上填筑路堤。二级以下公路可采用抛填片石挤淤整理碾压成型后填筑路堤。

(4)利用潮湿土填筑路堤时，应按下列压实标准和方法进行。

当天然稠度小于1.1、液限大于40、塑性指数大于18的粘质土用作高速公路、一级公路和二级公路上路床的填料时，进行处治或采用重型压实度确有困难，可采用轻型压实标准。碾压潮湿土填筑的路堤适宜的压路机型式、规格、填层的适宜厚度、所需碾压遍数和压实度应通过试验确定。

碾压完成后的路段，若不立即铺筑路面，且不需维持通车时，应在路床顶面铺盖一层碾压紧密的防水粘土层或沥青封闭层。

(5)多雨潮湿地区土的含水量大，地下水位高容易影响路基稳定。填方边坡宜用浆砌护坡防护。二级以下公路也直采取相应的防护措施。

(6)路堤填筑每层表面宜做成2%～4%的横坡以利排水。当天的填土必须当日完成压实。

(7)路堤坡脚护坡道外应设置加大断面的石砌边河以降低地下水位。