膨胀土地区公路病害及其工程设计对策

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关键词:膨胀土;膨胀土判别;公路病害;工程设计

随着河南省交通事业的飞速发展,膨胀土对公路工程的危害已被公路工程界所关注,代写论文并采取了诸多的对策和措施。笔者依照公路工程现行有关规范并结合河南省膨胀土地区公路病害调研资料和设计方案,阐述膨胀土地区公路工程设计对策,以供膨胀土地区公路工程设计参考。

1　膨胀土判别原则
膨胀土系指土中含有较多的粘粒及亲水性较强的蒙脱石或伊利石等粘土矿物成份,它具有遇水膨胀、失水收缩的特性,是一种特殊结构的粘性土。膨胀土的判别标准国内外不统一,各行业亦不统一。《公路路基设计规范》(JTJ013-95)将自由膨胀率大于40%和液限大于40%的粘质土初判为膨胀土,但这不是唯一的判别标准,最终的决定因素是胀缩总率及胀缩循环变形特性,以及再与其他指标相结合的综合判别方法。

2　公路病害及原因分析

　挖方边坡风化剥落、坍塌和滑坡因边坡防护封闭设计不当,致使边坡土体受干湿循环风化作用产生胀缩变形,原生土结构破坏,张收稿日期:2003-02-26克服因地质情况不良给公路建设带来的困难时,一方面需要继续进行探索和研究,积极开发和应用新技术,另一方面也应积极推广应用已成型的技术和经验。鉴于我国地域辽阔,南北地理、气候条件差别很大,各地水文地质情况也不尽相同,软基治理技术在具体推广与实施过程中,各地必须根据当地实情,遵循因地制宜、就地取材、技术可行、方便施工和节约投资的原则,精心设计,精心施工,确保建设项目的质效。裂隙发育,风化逐渐向深层发展,表层土体不断崩解和剥落,最终发生浅层坍塌或沿风化层面产生滑坡。此外,层状构造的膨胀土、深挖路堑边坡设计不当、排水防渗设计欠缺和坡顶弃方不当等原因也是导致边坡失稳的原因。

　路面纵向裂缝、溅浆冒泥、沉陷和鼓包

路面纵向裂缝在填方路段,因路床填料采用未经改性的膨胀土,在碾压施工中含水量偏大,这是膨胀土论文代写产生收缩变形的内在因素。在未对上路堤顶部以上边坡进行有效封闭(一般采用浆砌或灰土包边)的情况下,路堤边坡临空条件一致,大气影响条件也相近,致使路床填料膨胀土在大气影响深度范围内明显收缩,形成拉开裂缝,并反射到路面结构,形成路面纵向裂缝。这种路面纵向裂缝在河南某公路普遍可见,最长可达百余m,最宽裂缝大于1 cm,其位置主要在停车带,部分进入行车道。

　路面溅浆冒泥、沉陷和鼓包此类病害在挖方和填方路基均有发生,其原因是未对挖方路基的路床膨胀土进行超挖处理;填高小于1 m的路基未挖除地表以下膨胀土;一般填方路基路床填料采用未改性膨胀土,CBR强度低。这样在中央分隔带渗水、超高段左侧路缘带边部渗水、边沟渗水和路面结构渗水等综合因素影响下,致使路床膨胀土浸水或含水量增加,路床膨胀土软化或形成泥浆,在行车荷载反复作用下,较强的孔隙水压力,造成溅浆冒泥。因渗水致使路床膨胀土软化和干湿循环胀缩变形,在行车荷载反复作用下发生路面沉陷和鼓包。应当指出,这些病害的产生是相互联系的,最终导致路面破坏。

桥涵构造物的破坏
(1)涵洞通道和桥台浅基础不均匀沉陷,导致涵洞、通道墙体开裂,拱顶裂缝、涵底错台和桥台上部结构开裂。其原因是基础埋深浅,持力层在大气影响深度范围内以及涵底、涵洞进出口及桥台未采取防渗措施,致使膨胀土地基浸水且其程度不均匀,则地基强度和胀缩变形差异也不均匀。(2)桥梁上部结构开裂,其原因是桩基设置在大气影响深度范围内,桩侧极限摩擦力取值不当,即未考虑到膨胀土的不利影响,桩基承载力取值大,与实际情况不符,个别桩基有下沉现象。

3　膨胀土地区公路工程设计对策

3.1　路基工程

3.1.1　挖方路基
(1)路床超挖封闭处理。挖方路基和零填路基应换填路床顶面以下30～60 cm深的膨胀土(对强膨胀土和中等膨胀土宜不小于50 cm),换填石灰土,并分层压实,迅速铺设半刚性路面基层。(2)挖方边坡设计。挖方边坡应尽可能减小挖深。挖方边坡坡形和坡率应符合《公路路基设计规范》(JTJ013-95)的有关规定。高速公路、一级公路除满足上述规定外,还应结合膨胀土斜坡破坏类型、路堑边坡形式及水文地质条件,考虑膨胀土变动强度和强度衰减的特性,对深路堑边坡应进行稳定性验算;层状构造膨胀土,如层面与坡面斜交,且交角小于45°时,应验算层面稳定性。验算稳定时应取土体沿滑动饱和状态时的抗剪强度值,稳定系数取1.2。(3)边坡防护。依公路等级、边坡高度和膨胀土胀缩等级并结合当地实际条件,采用不同的防护方案。对强膨胀土和中等膨胀土路堑边坡应进行全封闭。可采用浆砌护坡或结合浆砌挡土墙综合防护加固。挡墙可设一级、二级或多级,每级高度不大于3 m,每级挡墙平台均应浆砌封闭;对弱膨胀土边坡建议采用拱形植草防护。(4)防渗排水设计。边沟宜加宽加深,应设灰土层并全断面加铺防渗布。路堑边沟外侧设平台,阶梯式边坡平台均设排水沟,沟底设灰土层,并在全断面加铺防渗布。坡顶顺坡向设截水沟,其位置距坡口不小于5 m。边沟、截水沟、排水沟和平台为浆砌片石或混凝土预制块,并在开挖后及时铺砌封闭。(5)施工程序。①当挖到距路顶面以上30 cm时,应停止向下开挖,并挖好临时排水沟,待做路面时再挖至路床超挖深度,并用灰土回填,按压实度标准压实。②挖方边坡不要一次挖到设计线,沿山坡预留30～50 cm一层,待路堑挖完时,再削去边坡预留部分,并及时防护。③沿线弃土堆应设置在路堑顶部10m以外。弃土堆可堆成梯形横断面,边坡不应陡于1∶1.5,高度不宜大于3 m。

3.1.2　填方路基(1)地表封闭处理。高速公路及一、二级公路路基填土高度小于1 m的路堤,宜挖除论文代发地表30～60 cm的膨胀土(强膨胀土不小于50 cm),并用灰土封填、压实处理。(2)路基填料设计。①强膨胀土不可用作路基填料。如限于条件,高速公路及一、二级公路只能用强膨胀土作路基填料时,则应做专门试验论证分析。②高速公路及一、二级公路采用中等膨胀土作路床填料时,应掺灰改性处理,要求改性处理后的胀缩总率小于0.7。限于条件,采用中等膨胀土作为路堤填料时,碾压应保持最佳含水量。路堤填筑后应立即封闭边坡。当填至路床底面时,改用经改性处理的膨胀土填至路床顶面设计标高,在上路床加铺土工格栅,并严格压实。如当年不能做路面,作为封层的填筑厚度不得小于30 cm,并用大于2%的横坡。路基边坡建议采用灰土包边封闭或浆砌封闭防护,路堤顶面也要用灰土形成包心填方。③高速公路及一、二级公路采用弱膨胀土作路床填料时,宜改性后填筑或采用非膨胀土填筑;作为路堤填料时,边坡宜采用植草或拱形植草防护。④三、四级公路可采用中等膨胀土和弱膨胀土作为路基填料。当铺筑高级路面和次高级路面时,采用中等膨胀土和弱膨胀土作为上路床填料时应先进行改性处理。(3)路床土强度和压实标准。膨胀土地区路床土强度和压实标准,应分别按《公路路基施工技术规范》(JTJ033-95)中表5.1.5及表7.1.1的规定执行。(4)碾压要求。根据膨胀土胀缩等级,选用工作量适宜的碾压机具,碾压时保持最佳含水量。压实土层松铺厚度不得大于30 cm。大块土应击碎,最大粒径应符合规范规定。(5)路堤与路堑分界处即填挖交界处2 m范围内的挖方地基表面的土应挖台阶翻松,并检查其含水量是否与填料相近,同时采用适宜的压路机具,将其压实到规定的压实度。(6)路堤边坡设计。采用弱膨胀土和中等膨胀土填筑路堤的边坡坡率可按《公路路基设计规范》(JTJ013-95)中表6.7.2.5确定。边坡形式应视土质和填筑高度而定。对弱膨胀土低路堤可采用直线形。对填土较高或用不同土质分层填筑的路堤,可采用折线形,一般上陡下缓。　　(7)中央分隔带防渗设计。中央分隔带加铺防渗布,设纵向排水管,表面硬化。超高路段左侧路缘带边部做好排水防渗设计。

3.2　桥涵构造物
(1)天然地基浅基础埋深宜等于或大于大气急剧影响深度(宜不小于1.6 m)或用石灰土换填至基底标高。涵洞、通道进出口和涵底设灰土防护渗层并用混凝土硬化。大气影响深度内的膨胀土作持力层时,容许承载力可按0.35折减。(2)处于天然斜坡或路堑边坡上的浅基础埋深及基础边缘至坡肩的水平距离均不宜小于大气影响深度。否则,应采取封闭加固处理措施。(3)桩基设计时,大气急剧影响深度可不计桩侧极限摩阻力,大气影响深度内的桩侧极限摩阻力可按0.35折减。桩基外缘至坡肩的水平距离宜大于大气影响深度。否则,应采取封闭加固措施。

4　结语
(1)膨胀土是一种特殊土,它给人类的工程活动带来危害,并造成全球性地质灾害。公路工程中因膨胀土发生的边坡失稳、路面破坏、构造物开裂等公路病害所造成的经济损失是有目共睹的。为此,切实按照有关规范做好工程勘察、设计与施工是确保工程建设质量的关键所在,缺少或忽视其中任何一个环节都将给工程带来隐患。(2)膨胀土挖方边坡失稳是常见的公路病害。对此,合理确定边坡坡率和对坡形、坡面封闭防护、强化排水防渗设计是至关重要的。对挖深大于6 m的边坡,建议代发职称论文设挡土墙,以确保边坡稳定。(3)挖方路基路床超挖换填处理、填方路基路床采用改性后的膨胀土填筑,并强化防渗措施和封闭上路堤顶部以上边坡是确保路面结构稳定的关键。(4)膨胀土地区路基施工,应强调开挖后各道工序紧跟,分段完成。施工应避开雨季作业,加强现场排水。路基填筑后间隔时间不应太长或过冬后再做路面。

 

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