高速公路滯洪區(qū)軟土路堤穩(wěn)定性問題分析與對(duì)策

孫悅萍，郭建新，李海濱

(1.河北省滄州市高速公路建設(shè)管理局;2.河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院; 3.西安科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院)

高速公路滯洪區(qū)軟土路堤穩(wěn)定性問題分析與對(duì)策

孫悅萍1，郭建新2，李海濱3

(1.河北省滄州市高速公路建設(shè)管理局;2.河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院; 3.西安科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院)

高速公路滯洪區(qū)路堤穩(wěn)定性問題一直是滯洪區(qū)內(nèi)高速公路修建必須考慮的重要和困難問題。本文在分析地質(zhì)水文條件、路堤填土性質(zhì)、設(shè)計(jì)、施工、防護(hù)等高速公路滯洪區(qū)路堤穩(wěn)定性問題五大原因的基礎(chǔ)上，提出了相應(yīng)的解決對(duì)策。

滯洪區(qū);路堤穩(wěn)定性;分析與對(duì)策

1 地質(zhì)水文條件

地質(zhì)和水文條件是影響路堤工程質(zhì)量的兩大關(guān)鍵因素。當(dāng)工程地質(zhì)條件不良時(shí)，如地基整體穩(wěn)定性較差、地基存在軟弱夾層，地基土性質(zhì)差異較大等，若不采取合理工程措施進(jìn)行有效處理，在路堤填筑過程中以及完成后，地基在路堤填土自重和行車荷載附加應(yīng)力作用下產(chǎn)生較大的沉降變形或差異沉降，將導(dǎo)致路堤路面結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

水文條件如公路沿線地表水、地下水、層間水、裂隙水、河流洪水位、常水位，河岸的淤積情況等都會(huì)影響路堤路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。氣候條件，如氣溫、濕度、降水、日照、風(fēng)力、風(fēng)向、蒸發(fā)量、冰凍深度等都會(huì)影響公路沿線地面水和地下水的狀況，直接影響路堤路面的水溫狀況。地表水下滲、地下水位上升引起路堤土體局部軟化，發(fā)生濕陷變形，將導(dǎo)致路堤產(chǎn)生差異沉降。當(dāng)路堤土中含水量較大時(shí)，且施工期未能及時(shí)有效排除土體中的孔隙水，路堤土體孔隙將會(huì)保持較大的水壓力，且消散時(shí)間較長(zhǎng)，最終導(dǎo)致路堤工后固結(jié)沉降的時(shí)間緩慢，沉降量較大。

滯洪區(qū)地質(zhì)水文條件十分復(fù)雜，地基土主要以沉積軟弱粘性土為主，這種土通常不適宜作為天然地基進(jìn)行工程修筑，主要原因在于該類土的土質(zhì)特性:壓縮性高，滲透性差，土中水不易排出，土不易壓密;抗剪強(qiáng)度低，天然不排水強(qiáng)度一般小于20 kPa，其變化范圍一般為5～25 kPa，內(nèi)聚力一般在10～15 kPa之間;含水量高、孔隙比大，含水量一般為35%～80%，有時(shí)甚至超過100%，孔隙比一般為1～2。高含水量和大孔隙率導(dǎo)致路基的承載力較低，并且因?yàn)楹亢芨?，路基處于一個(gè)軟塑～流塑狀態(tài)，具有明顯的觸變性和流變性，結(jié)構(gòu)未發(fā)生破壞時(shí)，一般呈軟塑狀態(tài)，但一經(jīng)擾動(dòng)，結(jié)構(gòu)就會(huì)受到破壞發(fā)生明顯的強(qiáng)度下降，土體也呈現(xiàn)流塑狀態(tài)，在荷載作用下，除產(chǎn)生主固結(jié)沉降外還會(huì)產(chǎn)生很大的次固結(jié)沉降。

2 路堤填土性質(zhì)

土是填筑路堤的基本材料，不同類別的土具有不同的工程性質(zhì)。除路堤土的種類外，填土粒徑和級(jí)配情況均會(huì)對(duì)路堤強(qiáng)度、壓縮性及水穩(wěn)性等工程性能產(chǎn)生影響。級(jí)配合理的砂礫類土，可使填土路堤具有足夠的強(qiáng)度、良好的密實(shí)性和較好的水穩(wěn)性，倘若使用過細(xì)的砂，路堤易在滲流情況下形成流砂，破壞路堤的整體穩(wěn)定性。而黏粒成分過多的土，其強(qiáng)度主要依靠黏聚力形成，對(duì)壓密程度和濕度較為敏感，壓實(shí)不足和濕度過大均易導(dǎo)致強(qiáng)度的顯著下降。粉土類土毛細(xì)現(xiàn)象強(qiáng)烈，隨著毛細(xì)水上升，粉土的濕度增大，路堤路面的強(qiáng)度和承載力均降低，在冬季由于存在負(fù)溫度坡差現(xiàn)象，水分將通過毛細(xì)作用向上移動(dòng)并聚集，使局部土層濕度大幅增加，造成路堤凍脹，春融季節(jié)排水不暢的路堤翻漿現(xiàn)象普遍，路面結(jié)構(gòu)層也產(chǎn)生斷裂等各種破壞。如果填土含有膨脹土、鹽漬土或腐殖土等劣質(zhì)土，由于膨脹土受水浸濕膨脹軟化，失水收縮開裂，鹽漬土中可溶鹽容易溶于水中，潮濕時(shí)承載力明顯降低，腐殖土有機(jī)質(zhì)含量高，壓縮性較大且不均勻，穩(wěn)定性差，這些性質(zhì)會(huì)導(dǎo)致路堤產(chǎn)生較大變形或者沉陷破壞，對(duì)路堤(基)的整體結(jié)構(gòu)危害極大。

3 路堤設(shè)計(jì)方面

滯洪區(qū)屬于地質(zhì)水文條件特殊路段，路堤設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)材料性質(zhì)、處治措施和施工工藝等作特殊要求說明，避免因地質(zhì)資料不詳、試驗(yàn)數(shù)據(jù)有誤、參數(shù)選擇不當(dāng)造成設(shè)計(jì)不合理。滯洪區(qū)的軟土地基天然含水量大，壓縮性強(qiáng)、抗剪強(qiáng)度低，地基在路堤以及其它靜、動(dòng)荷載作用下強(qiáng)度、變形及穩(wěn)定性均易發(fā)生較大的變化，直接影響到路堤的性能。滯洪區(qū)的路堤設(shè)計(jì)時(shí)的沉降計(jì)算與穩(wěn)定性驗(yàn)算與普通地區(qū)有所區(qū)別，施工期以及預(yù)壓期的地基沉降以及沉降帶來的多填筑路堤填料的重量影響也更為顯著，路堤的高度設(shè)計(jì)也應(yīng)根據(jù)滯洪區(qū)的實(shí)際工程情況進(jìn)行。滯洪區(qū)的水文條件復(fù)雜，在路堤設(shè)計(jì)時(shí)，軟土地基與路堤間的排水措施應(yīng)著重考慮，若排水設(shè)計(jì)不當(dāng)，在雨季或洪水期，路堤受到雨水的長(zhǎng)時(shí)間浸泡易導(dǎo)致路堤填土和地基土含水量增加，引起土質(zhì)松軟，強(qiáng)度降低，沉降變形，邊坡坍塌等問題，甚至路堤直接被洪水沖毀破壞，在季凍區(qū)地區(qū)還會(huì)產(chǎn)生凍融循環(huán)破壞。

4 路堤施工方面

由于滯洪區(qū)的軟土地基特點(diǎn)，公路路堤施工應(yīng)嚴(yán)格按照《公路路堤施工技術(shù)規(guī)范》要求進(jìn)行。路堤填筑時(shí)，應(yīng)在全幅范圍內(nèi)分層填筑，填筑順序與填筑厚度應(yīng)符合規(guī)范要求，合理選擇壓實(shí)機(jī)械，按規(guī)范要求的壓實(shí)工藝進(jìn)行碾壓壓實(shí)以確保足夠的壓實(shí)度。對(duì)于特殊部位，例如涵洞、橋臺(tái)臺(tái)后以及通道兩側(cè)的構(gòu)造物與填土的銜接部位，二者的穩(wěn)定性差異較大，在填土碾壓時(shí)應(yīng)保證壓實(shí)充分。如果分層厚度加大、填筑順序不當(dāng)、壓實(shí)機(jī)具不合適或壓實(shí)工藝未按要求，將會(huì)造成填土的壓實(shí)強(qiáng)度不均勻，壓實(shí)度達(dá)不到規(guī)定要求，導(dǎo)致路堤產(chǎn)生較大的沉降變形。同時(shí)路堤施工過程中還應(yīng)注意排水，遇雨天時(shí)，若路堤積水無法及時(shí)排除，路基填土遇水軟化和強(qiáng)度下降將危及路堤的穩(wěn)定性。

5 路堤防護(hù)方面

滯洪區(qū)的高填方路堤的一般施工方法是先超寬填筑，再刷坡，然后防護(hù)，路堤施工和防護(hù)的不同步性造成路堤暴露，易被暴雨沖刷。對(duì)于填高超過5 m的路堤，施工期間一般至少要經(jīng)過一次夏季暴雨沖刷過程，當(dāng)暴雨強(qiáng)度較大時(shí)，對(duì)路堤的毀壞更為嚴(yán)重，對(duì)于被雨水沖刷得殘缺不全、溝壑較多的路堤，倘若不進(jìn)行徹底有效的處理，將會(huì)給后期施工和運(yùn)營(yíng)留下隱患，邊坡部分開裂、局部滑坍以及路面的不均勻沉降等病害也較為普遍。路堤完工后，邊坡部位對(duì)水較為敏感，具有較高的失水性和侵水性，在雨水的滲入作用和毛細(xì)水的毛細(xì)作用影響下，邊坡填土較易失穩(wěn)產(chǎn)生橫向蠕動(dòng)，并沿著坡面方向發(fā)生位移，在邊坡內(nèi)部產(chǎn)生縱向裂紋，造成路堤縱向開裂并下沉。路堤的穩(wěn)定性與邊坡的高度和坡度密切相關(guān)，一般情況下，越陡和越高的路堤邊坡更容易失穩(wěn)而發(fā)生破壞。對(duì)于路堤防護(hù)要重視邊坡的加固處理，主要原理是利用人工措施將邊坡的滑動(dòng)傳送或轉(zhuǎn)移到另一部分穩(wěn)定體中去，從而使整個(gè)邊坡處于一個(gè)新的穩(wěn)定狀態(tài)，采取的加固措施不同，對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響和作用也不同。

6 高速公路滯洪區(qū)路堤穩(wěn)定性解決對(duì)策

針對(duì)上述各因素對(duì)高速公路滯洪區(qū)路堤穩(wěn)定性的影響，為提高高速公路滯洪區(qū)路堤的穩(wěn)定性，建議采用如下解決對(duì)策。

(1)正確設(shè)計(jì)路堤的橫斷面。

(2)選擇良好的路用土填筑路堤，必要時(shí)對(duì)路堤上層填土作穩(wěn)定性處理。

(3)選擇正確的填筑方法，充分壓實(shí)路堤，保證達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度。

(4)適當(dāng)提高路堤高度，防止水分從側(cè)面滲入或地下水位上升進(jìn)入路堤工作區(qū)范圍。

(5)正確進(jìn)行排水設(shè)計(jì)(包括地面排水、地下排水、路面結(jié)構(gòu)排水以及地基的特殊排水)。

(6)必要時(shí)設(shè)置隔離層隔絕毛細(xì)水上升，設(shè)置隔溫層減少路堤冰凍深度和水分累積，設(shè)置砂墊層以疏干路堤。

(7)采取邊坡加固、修筑擋土墻、土體加筋等防護(hù)措施，提高其整體穩(wěn)定性。

以上各項(xiàng)解決對(duì)策的宗旨在于限制水分浸入路堤，或使已浸入路堤的水分迅速排除，保持干燥，提高路堤的整體強(qiáng)度與穩(wěn)定性。

7 結(jié)語

高速公路滯洪區(qū)路堤裸露在大氣中，經(jīng)受著土體自重、行車荷載、地表地下水和各種自然因素的作用，路堤的各個(gè)部分將發(fā)生變形，嚴(yán)重時(shí)造成土體位移，危及路堤的整體性和穩(wěn)定性，造成路堤的各種破壞。深入調(diào)查滯洪區(qū)內(nèi)高速公路的自然條件，從地區(qū)和具體各個(gè)路段的實(shí)際情況去進(jìn)行分析和研究，掌握各有關(guān)自然因素的變化規(guī)律以及其對(duì)路堤穩(wěn)定性的影響，才可以因地制宜地采取有效的工程技術(shù)措施以保證高速公路滯洪區(qū)路堤具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

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U416.1

C

1008－3383(2015)10－0018－02

2015－02－18

孫悅萍(1975－)，女，高級(jí)工程師，研究方向:道路工程和橋梁工程;郭建新(1972－)，男，高級(jí)工程師，研究方向:道路工程和橋梁工程。