湿陷性黄土评价及处治方法研究.pdf

年 第 期(总第 期)黑龙江交通科技 .(.)湿陷性黄土评价及处治方法研究孙万虎(甘肃路桥建设集团有限公司甘肃 兰州)摘 要:湿陷性黄土在甘肃省内分布广泛且厚度大、湿陷等级高在公路建设中需对湿陷性黄土地基采取合理的处治方法方可保证工程建设质量减少项目成本 以某高速公路为例分析湿陷性黄土地基特征及处治方案关键词:公路建设湿陷性黄土地基处理适宜性中图分类号:.文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:孙万虎()男甘肃靖远人本科工程师研究方向:公路工程施工技术及管理 前 言黄土是指第四纪期间风力搬运形成的黄色沉积物其中约 的黄土具有湿陷性 湿陷性黄土会在自重应力或附加应力作用下因浸水而土体结构破坏发生显著的附加变形对高速公路路基安全稳定产生严重影响 如何合理运用各种湿陷性黄土处治方法以达到安全、耐久、经济、低碳的处治效果是保障黄土地区公路工程建设高质量发展的重要工程问题 工程概况甘肃省某高速公路全长 约位于冲洪积平原、黄土丘陵和黄土覆盖中山区项目区内全新统冲洪积相()及上更新统坡积()黄土广泛分布土体结构松散大孔隙和垂直节理发育压缩性高且多具湿陷性 湿陷性黄土评价.黄土湿陷机理黄土颗粒间的松散结构和胶结物质是导致黄土湿陷的根本原因 黄土是在干旱或者半干旱的气候条件下形成黄土中粒径 .的颗粒构成了黄土的骨架粒径.的颗粒填充在骨架之间的孔隙中粒径 .的颗粒在黄土中起到胶结作用 黄土颗粒和孔隙之间由胶结物质粘结在一般情况下黄土能保持结构性具有低压缩性、高抗剪强度的特性 在浸水后一部分黄土的颗粒间胶结物质发生溶解和软化颗粒间水化膜增厚、连接程度降低骨架强度随之下降在自重压力或者附加压力的共同作用下骨架架构随之破坏土体颗粒滑向大孔隙土体随之发生湿陷变形.湿陷等级划分公路工程采用室内浸水饱和压缩试验的方法判定黄土湿陷程度采用湿陷系数和湿陷量作为定量评价指标 湿陷系数可按公式()计算()式中:为保持天然湿度和结构的土样加压至一定压力时下沉稳定后的高度为上述加压稳定后的土样在浸水饱和后附加下沉稳定后的高度为土样的原始高度试验中要尤其注意试验压力的选定 对零填路基试验压力应采用地基土饱和自重压力对路堤试验压力应采用路堤荷载作用下地基附加压力和地基土饱和自重压力之和对路堑试验压力应自挖方设计高程算起取路堑底以下地基土饱和自重压力 自重湿陷系数 测定方法与 一致但试验压力应取土样上覆土的饱和自重应力测定.的定为湿陷性黄土通过湿陷系数按式()和式()计算湿陷量和 ()()式中:为考虑基底以下地基土受水浸湿可能性和侧向挤出等因素的修正系数为土层厚度 为因地区土质而异的修正系数 该项目取.根据计算所得的湿陷量按照相关规范对湿陷性黄土地基湿陷等级进行划分根据勘察和试验结果项目全线湿陷黄土路段总长.其中级非自重段落.占湿陷段落总长的.湿陷厚度.级非自重段落长.占湿陷段落总长的.湿陷厚度.级自重段落长.占湿陷段落总长的.湿陷厚度 .自重段落长.占湿陷段落总长的第 期孙万虎:湿陷性黄土评价及处治方法研究总第 期.湿陷厚度.湿陷性黄土处治方案设计.处治设计原则湿陷性黄土地基处理设计应遵循“安全、耐久、低碳、经济”原则结合工程地质条件和路基工点类型合理选定处治方案 不同重要程度的工点需要达到的处理效果不同首先应按照工程重要性对路基工程进行分类 路基工程等级划分如表 所示表 工程等级划分工程等级划分标准甲类桥头 范围的路基涵洞、通道、墙高大于 的挡土墙乙类一般路基段 甲类工程对地基变形敏感一旦地基发生沉陷变形往往后果严重故应采取较强地基处理手段以消除地基的全部湿陷量或者穿越水体下渗影响范围内湿陷性土层为处治目标 乙类工程为一般路基段允许地基出现一定程度的变形下沉设计阶段应结合具体路基形式、高度和工程地质条件选定经济合理的设计方案 乙类工程的最小处理深度如表 所示表 湿陷性黄土地基最小处理深度(单位)路堤高度湿陷性等级与特征经常流水(或浸湿可能性大)季节性流水(或浸湿可能性小)高路堤()零填、挖方路基、低路堤().处治方法分析()挤密桩法 工程中常采用灰土挤密桩、素土挤密桩或者干拌水泥碎石挤密桩等方式处理湿陷性黄土地基 挤密桩法通过沉管施工挤密土体并在消除黄土湿陷性的同时由桩体和桩间土共同组成复合地基 挤密桩法处治有效性高、施工适应性广但工程造价较高以汾石高速为例灰土挤密桩的处治单价约为 元/是强夯的.倍故挤密桩主要适用于甲类工程或者湿陷等级高、厚度厚、其他处治方式施工困难的特殊路段不宜作为常规处治手段()强(重)夯法 强(重)夯法通过重锤反复击打地基运用夯击势能压密土体是工程中最常用的湿陷性黄土处治方法 工程中常用强夯的单点夯击能为 可有效消除起夯面下 土层的湿陷性重夯单点夯击能为 可消除起夯面下 土层的湿陷性 强(重)夯法工程造价低强夯处理单位造价约为 元/重夯处理单位造价约为 元/强(重)夯法可应用于填高较高、湿陷等级较高的乙类工程和湿陷土层分布不厚的甲类工程 但是在地形陡峭的黄土冲沟地区由于强夯施工机械操作困难需考虑其他处治方案 同时强夯施工对自然边坡稳定性和周围建筑物的安全存在一定影响高边坡和临近建筑物的路段需谨慎采用或采取必要的安全措施()冲击碾压法 冲击碾压法是通过多边形冲击压路机碾压地基形成的冲击轮势能密实土体工程中常用的 压路机有效处理范围可达.并且造价优势明显约为 元/故可作为乙类工程的常规性处治手段 但是由于冲击压路机需一定的施工长度和场地宽度保证碾压速度场地空间较小的路段不适用()换填垫层法 换填垫层是通过水泥土、石灰土等改良土体替换湿陷性土层达到消除湿陷性的目的 但是工程造价高每 厚的 水泥土垫层造价约为 元/灰土垫层造价约为 元/换填垫层法宜作为其他处治方法的补充手段灵活运用.处治方案设计()甲类工程桥头路基 桥头路基处治长度为与桥台距离 的路基地基处理宽度为每侧应超出路基底宽 范围 对湿陷性黄土厚度小于 时的填方 路 段 采 用 强 夯 处 理 单 点 夯 击 能 选 用 强夯前应选择代表性路段选取试夯区进行试夯确定夯击方案、夯击次数、夯击遍数、间歇时间等参数 同时施工前还应测量地基土含水量对含水量 或者饱和度 的土体应事先进行晾晒等待含水率降低后进行施工对含水量 时的填方路段采用石灰土挤密桩处理挤密桩桩身消石灰含量为桩径采用 桩孔呈等边三角形布置孔中心距 桩长以穿透湿陷性土层为控制但考虑到山西地区年降水量较少地表水和施工用水下渗深度有限桩长不宜超过 桩顶需设置 厚的灰土垫层用于调整荷载分布和封闭地表水设计方案见图 考虑到该项目挖方桥台较少且绝大部分湿陷土层已被挖除对挖方桥头路基采用路床部分换填灰土处理涵洞、通道墙高 的挡土墙 结合地基承载力要求对地基设置 灰土垫层提高地基承载力并根据湿陷等级采取相应措施消除湿陷级及以上湿陷性黄土地基采用 夯击能的强夯处治级及以下湿陷性黄土采用 夯击能的重夯处治总第 期黑龙江交通科技第 期图 填方小于 的桥头路堤地基处理设计图图 填方大于 的桥头路堤地基处理设计图 ()乙类工程填方路基 填方路段的地基处理范围为路堤段距坡脚排水沟外侧 无排水沟时坡脚外 对级湿陷性黄土地基采用正常填前碾压处理对级非自重、自重湿陷性黄土地基采用冲击碾压()处理对级自重湿陷性黄土地基填土高度 时采用冲击碾压()处理填土高度 时采用重夯()对级自重湿陷性 地 基 填 土 高 度 时 采 用 强 夯()填 土 高 度 时 采 用 重 夯()处理挖方路基 挖方路段的处理范围为路基断面宽度(包含边沟范围)对级湿陷性黄土地基采用下路床翻松碾压上路床回填 灰土处理对级非自重、自重湿陷性黄土地基采用超挖至路床底对地基进行正常碾压后下路床分层压实上路床回填 灰土处理对、级自重湿陷性黄土地基采用挖至路床底对地基冲击碾压()后下路床分层压实上路床回填 灰土处理以上方案中对处治长度 不适宜冲击碾压的路段采用重夯()代替处理对距离房屋建建筑物水平距离 的不适宜强(重)夯、冲击碾压处理路段采用地基清表后换填 灰土垫层并在坡脚设宽.的灰土隔水墙处理隔水墙的高度根据湿陷性等级确定在地基处理前应对路堤坡脚或路堑边坡坡口上侧 、下侧 范围内的黄土陷穴、落水洞和空洞进行回填压实.防排水措施浸水是导致湿陷性黄土沉陷的根本原因防排水设计是湿陷性黄土地基处理的重要部分 黄土地区公路工程应加强综合排水系统的设计保证排水畅通防止积水与下渗做到防治并重在路基排水设计中对挖方、低路堤及低填浅挖路段在挖方边坡或填方边坡坡脚外设置排水边沟边沟水通过排水沟引至路基范围之外 挖方路段或斜坡路堤上方流入路界的地表径流较大路段设置截水沟多级路堑或路堤路段在边坡平台处设置平台截水沟减少坡面冲刷在路堤和路堑坡面或者坡面平台上向下集中排水时设置急流槽中央分隔带表面采用铺面封闭铺面之下设置防水层 黄土地区的排水沟渠长度应控制在 以内沟底纵坡应.并设置适当的防渗措施 结 语近年来随着中国基础设施的快速建设在湿陷性黄土地基处理方面积累了丰富的经验但没有一种地基处理方法是万能的对具体工程而言应结合工程地质条件、工点类型、工程投资和施工条件等因素综合考量确定最适宜工程的地基处理方案不断提高精细化、品质化设计水平努力打造优质耐久、安全舒适、经济低碳的精品工程参考文献:罗小博宋彧郭启明.西北湿陷性黄土区劈裂注浆试验及地基加固应用.湖南大学学报(自然科学版)():.韩自刚张刚柱.宁夏地区深厚湿陷性黄土地基处理方案研究.岩土工程技术():.李红现任宁昌左凯宇等.素土挤密桩在关中平原湿陷性黄土施工中的应用.建材技术与应用():.刘文武.挤密桩处理湿陷性黄土路基的效果研究.铁道建筑技术():.刘峥敏.灰土挤密桩加固湿陷性黄土路基效果评价.福建交通科技():.王勋李晋左珅等.鲁中地区坡积湿陷性黄土地基强夯有效加固深度研究.中外公路():.