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        高速公路復(fù)雜軟土路基處理方法研究

        2013-08-29 10:41:28胡興堯王瑞甫
        交通科技 2013年4期
        關(guān)鍵詞:變形

        胡興堯 王瑞甫 劉 品 龍 森

        (貴州交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 貴陽 55001)

        1 工程概況

        1.1 原設(shè)計(jì)和施工中失穩(wěn)破壞情況

        貴州遵畢高速公路K1715+080~K1715+450段地處低中山地貌的山前緩坡帶,施工圖階段設(shè)計(jì)為填方路堤,最大填土高度23m,路線以外左側(cè)的沖溝及斜坡地帶自然坡度約15°。

        在路基施工過程中,K1715+330~K1715+360段填筑路基頂面首先出現(xiàn)裂縫,隨后裂縫向兩端延伸,裂縫寬度加大、錯(cuò)臺(tái),填方邊坡坡腳的填方體開始鼓起,坡腳外側(cè)的土體開裂、部分被推拱起,K1715+330~K1715+360段路基大面積滑移,整段路基下沉約5~6m,坡腳外被推移的土體裂縫長(zhǎng)度達(dá)20余m,在坡腳外側(cè)約25m處拱起,見圖1、圖2。

        圖1 填方體失穩(wěn)開裂

        圖2 填方坡腳外20m鼓出裂縫

        1.2 工程地質(zhì)特征

        經(jīng)補(bǔ)充勘察,該場(chǎng)地內(nèi)的覆蓋層主要由粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土、碎石土、含碎石粉質(zhì)粘土組成,按物理力學(xué)指標(biāo)結(jié)合原位測(cè)試,可分為可塑狀、軟塑狀。該場(chǎng)地的巖土組成如下。

        (1)粉質(zhì)粘土(Qel+dl):黃色、灰黃色,可塑狀,頂部為耕土,含少量植物根系,路段內(nèi)均有分布,為頂部硬殼層,鉆探揭露厚度為2~4.5m。

        (2)淤泥質(zhì)土(Qel+dl):灰色、灰綠色及灰黑色,流塑狀~軟塑狀,含10%~20%碎石,碎石粒徑1~10mm,成分主要為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖,路段內(nèi)均有分布,鉆探揭露厚度為3~12m。淤泥質(zhì)土(流塑至軟塑狀):γ=16.3kN/m3,[fa0]=50kPa,c=5.6kPa,φ=3.30°;W =59.14%,e=1.56,IL=0.85,Ip=34.2。該層淤泥質(zhì)土為軟弱下臥層,工程地質(zhì)條件較差,在工程狀態(tài)下極易產(chǎn)生變形致使構(gòu)造物發(fā)生不均勻沉降,這也是引起路基開裂變形的主要因素[1-3]。

        (3)碎石土(Qel+dl):灰色、灰黑色,碎石成分為泥質(zhì)粉砂巖鈣質(zhì)泥巖,碎石粒徑40~80mm,含量52%結(jié)構(gòu)松散狀。濕至飽和含水,路段內(nèi)均有分布,鉆探揭露厚度為2~9.0m。碎石土[fa0]=220kPa,工程地質(zhì)條件較好。

        (4)含碎石粉質(zhì)粘土(Qel+dl):黃色,可塑狀,局部呈流塑至軟塑狀,碎石成分為砂巖及泥質(zhì)粉砂巖,碎石含量25%~40%,路段低洼處分布,厚度0~10m。

        1.3 高填方斜坡軟土路基失穩(wěn)原因分析

        斜坡上地基受填方工程加載,致使地基產(chǎn)生豎向壓密變形的同時(shí)引起橫向變形,容易引起地基失穩(wěn)。從該段軟土路基場(chǎng)地的斜坡地形和勘察結(jié)果可以判斷,淤泥質(zhì)土軟弱下臥層是導(dǎo)致路基滑移破壞的主要原因。由于淤泥質(zhì)軟土受到上部填土的擠壓,發(fā)生了較大變形;而沒有淤泥質(zhì)土軟弱下臥層的填方路基變形相對(duì)較小,從而產(chǎn)生了現(xiàn)場(chǎng)的不均勻沉降,致使填筑路基頂部產(chǎn)生裂隙等破壞現(xiàn)象,即填方路基失穩(wěn)[4-5]。

        2 變形監(jiān)控資料分析

        根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù),路基變形速率增大,路基有急劇下滑的趨勢(shì),將會(huì)誘發(fā)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生,對(duì)滑坡體下方及緊鄰滑坡周邊的村民、施工人員、農(nóng)作物等造成安全隱患。部分檢測(cè)數(shù)據(jù)見圖3、圖4。

        圖3 JCK7合成方向相對(duì)位移圖

        圖4 JCK7時(shí)間位移累計(jì)曲線圖

        JCK7監(jiān)測(cè)孔深部位移變形主要表現(xiàn)在距孔口11.5m以上部位,7.5m處累計(jì)位移為22.64 mm;孔口累計(jì)位移為19.04mm,11.5m以下部位變形不明顯。該孔在距孔口11.5m處形成了滑動(dòng)面,在本期監(jiān)測(cè)期間坡體沿該滑動(dòng)面整體加速下滑趨勢(shì)明顯。

        3 軟土路基綜合治理

        3.1 軟土路基抗滑樁支擋計(jì)算分析

        根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,采用反演法計(jì)算巖土體的c,φ。根據(jù)反算出來的c,φ,應(yīng)用理正軟件計(jì)算滑體的剩余下滑力。根據(jù)計(jì)算出來的剩余下滑力,驗(yàn)算抗滑樁的樁徑及配筋[6]。

        根據(jù)地質(zhì)勘察資料提供的地質(zhì)斷面,選取ZK1715+250,ZK1715+273,ZK1715+294及ZK1715+340作典型地質(zhì)斷面進(jìn)行計(jì)算,由于該段路基滑移后目前已趨于穩(wěn)定的臨界狀態(tài),取安全系數(shù)K=1,填方體c=0kPa,φ=35°;粉質(zhì)粘土(硬殼層)c=12kPa,φ=10°的參數(shù)不變,對(duì)ZK1715+250,ZK1715+273及ZK1715+294斷面進(jìn)行反算,反算得淤泥質(zhì)土(流塑至軟塑狀)的參數(shù)分別為c=11.7KPa,φ=5.26°;c=11.7 kPa,φ=2.79°及c=11.7kPa,φ=6.24°,根據(jù)反算的結(jié)果,取安全系數(shù)K=1.25,算得設(shè)抗滑樁處:ZK1715+250的推力為F=1 941kN/m;ZK1715+273的推力為F=1 321kN/m;ZK1715+294的推力為F=2 028kN/m;ZK1715+340的推力為F=988kN/m;根據(jù)以上推力對(duì)抗滑樁進(jìn)行配筋。

        3.2 分區(qū)處理措施

        由于 K1715+180為車行通道,K1715+080~K1715+180段填方路基尚未進(jìn)行施工,K1715+180~K1715+450段路基填方已接近路基設(shè)計(jì)標(biāo)高,再結(jié)合地勘資料,綜合考慮場(chǎng)地的地形條件及軟土的物理力學(xué)性質(zhì),對(duì)該段路基進(jìn)行分區(qū)治理[7],即 A 區(qū)(K1715+080~K1715+180),B區(qū)(K1715+180~K1715+450)。

        (1)A區(qū)(K1715+080~K1715+180)??紤]技術(shù)經(jīng)濟(jì)處理效果,決定采用水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基對(duì)A區(qū)(K1715+080~K1715+180)段軟基進(jìn)行處理。根據(jù)地質(zhì)勘查探明的K1715+080~K1715+180段軟基性狀,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形、地質(zhì)條件和現(xiàn)有設(shè)備能力,該段素混凝土樁復(fù)合地基總體設(shè)計(jì)思路為:利用現(xiàn)場(chǎng)硬土層相對(duì)較厚,地形有利于路基整體穩(wěn)定和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的優(yōu)勢(shì),原則上以控制路基沉降為主。經(jīng)計(jì)算分析,素混凝土樁樁長(zhǎng)為樁尖埋入軟基下承載力較好的碎石土層內(nèi)50cm,樁頂至整平后的原地面表面;樁徑為40cm;樁間距為140cm,正三角形布置;樁身采用抗壓強(qiáng)度為15MPa水泥粉煤灰碎石混合料。為避免樁頂刺入回填路基體造成樁身單獨(dú)承擔(dān)上部荷載,樁頂設(shè)置厚度為40cm、公稱最大粒經(jīng)為20mm的滿鋪級(jí)配碎石褥墊層。設(shè)計(jì)平面布置圖見圖5。

        圖5 A、B區(qū)軟土治理平面布置圖

        (2)B區(qū)(K1715+180~K1715+450)。根據(jù)該段的地質(zhì)特征,主要采用抗滑樁結(jié)合填土反壓護(hù)道的方案,并結(jié)合盲溝排水,平面布置圖見圖5,具體措施如下:

        ① 在K1715+220~K1715+360左側(cè)坡腳設(shè)置一排2m×3m的抗滑樁,樁間距5~6m,分A型樁、B型樁、C型樁3種樁型,共27根,樁長(zhǎng)22~26m,抗滑樁之間加設(shè)擋土板,防止軟塑狀粘土層在上部填筑加載下擠出破壞及抗滑樁失效。

        ②在地下水發(fā)育地段設(shè)置碎石盲溝,以疏導(dǎo)地表水和排出的地下水。

        ③對(duì)已完成填筑的路基進(jìn)行強(qiáng)夯,減少差異沉降,進(jìn)一步保證路基壓實(shí)度。

        4 結(jié)語

        該段高填方斜坡軟土路基為深層滑面的大型滑坡體,工程地質(zhì)條件復(fù)雜,設(shè)計(jì)中需考慮諸多因素,增加了設(shè)計(jì)的難度。

        (1)本設(shè)計(jì)針對(duì)該段高填方斜坡軟土路基的深層滑面、具有軟弱下臥層的特點(diǎn),分析研究了其變形破壞特點(diǎn)及成因。

        (2)研究該段軟土路基中的軟弱下臥層,靈活確定綜合治理方案。

        (3)避免單一的處理方法,通過對(duì)該段軟土路基的地質(zhì)條件分析,按其災(zāi)害地質(zhì)類型將治理軟基劃分為2個(gè)區(qū)域,對(duì)其采取素混凝土樁、抗滑樁支擋和排水的綜合治理措施。

        (4)治理方案不僅考慮支擋措施,而且考慮排水、反壓護(hù)道、素混凝土樁等非支擋措施的應(yīng)用,使治理方案達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、合理、環(huán)保的要求。經(jīng)過精密施工,該路段現(xiàn)已通車,治理效果良好,為貴州高速公路大型復(fù)雜軟土路基治理提供了經(jīng)驗(yàn)。

        [1]JTG C20-2011公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2012.

        [2]譚 悅.水泥混凝土路面路基永久變形預(yù)估[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào):交通科學(xué)與工程,2012(5):1049-1053.

        [3]JGJ79-202建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2012.

        [4]馮光愈,程辰林.高速公路軟土地基處理研究[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào),1996,13(4):37-40.

        [5]吳高中.路基軟土地基處理施工技術(shù)[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào),2004,21(1):24-28.

        [6]趙煉恒,王志斌,李 亮.斜坡地基高填方路堤模型試驗(yàn)極限承載力數(shù)值分析[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào):交通科學(xué)與工程版,2010(3):488-491.

        [7]李 瑞.軟土地基處理施工技術(shù)[J].山西建筑,2007,33(13):118-119.

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