高速公路復(fù)雜軟土路基治理處治方法研究
陳華興
(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司貴陽550081)
摘要針對(duì)貴州省遵畢高速公路斜坡高填軟土地基滑坡,分析其成因及穩(wěn)定性,對(duì)處治措施進(jìn)行多方案比較,選擇安全經(jīng)濟(jì)的處治措施。并且對(duì)抗滑樁、素混凝土樁等加固措施在處治過程中的綜合應(yīng)用加以說明。
關(guān)鍵詞軟弱下臥層高填方軟土路基抗滑樁
DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.02.033
收稿日期:2015-03-02
1工程概況
貴州省遵畢高速公路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23 m,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5~6 m,坡腳外被推的土體裂縫長度達(dá)20余m,在坡腳外側(cè)約25 m處拱起。
1.2工程地質(zhì)特征
根據(jù)《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》[1]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)地的巖土組成見圖1。
圖1 K1715+320工程地質(zhì)橫斷面圖
8結(jié)語
公路路線在采空區(qū)段的選線過程中,不能盲目直接選擇避讓,應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目的工程實(shí)際,客觀分析、科學(xué)比選。經(jīng)科學(xué)研究分析后,黃石至陽新一級(jí)公路金海采空區(qū)段推薦繞避采空區(qū)方案。該方案切實(shí)可行,在經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、后續(xù)運(yùn)營安全等方面均能取得較好的效果。本項(xiàng)目關(guān)于采空區(qū)路段的研究方法也為類似項(xiàng)目提供了一定的經(jīng)驗(yàn)借鑒。
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(1) 粉質(zhì)粘土(Qel+dl)。黃色、灰黃色,可塑狀,頂部為耕土,含少量質(zhì)物根系,路段內(nèi)均有分布,為頂部硬殼層,鉆探揭露厚度為2~4.5 m。
(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1~10 mm,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3~12 m。淤泥質(zhì)土(流塑至軟塑狀):γ=16.3 kN/m3,[fa0]=50 kPa,c=5.6 kPa,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)生塑性變形或構(gòu)造物的不均勻沉降,是引起路基開裂變形的主要因素。
(3) 碎石土(Qel+dl)?;疑⒒液谏?,碎石成分為泥質(zhì)粉砂巖鈣質(zhì)泥巖,碎石粒徑40~80 mm,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2~9.0 m。碎石土[fa0],=220 kPa,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0~10 m。
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。為確保路基穩(wěn)定,必須綜合采用支擋、軟土治理等措施加以治理。
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2~3。
圖2 JCK7合成方向(最大位移量方向)相對(duì)位移圖
圖3 CK7合成方向時(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11.5 m以上部位,7.5 m處累計(jì)位移為22.64 mm;孔口累計(jì)位移為19.04 mm,11.5 m以下部位變形不明顯。該孔在距孔口11.5 m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
根據(jù)地理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=0 kPa,φ=35°;粉質(zhì)粘土(硬殼層):c=12 kPa,φ=10°的參數(shù)不變,對(duì)ZK1715+250,ZK1715+273及ZK1715+294斷面進(jìn)行反算,得淤泥質(zhì)土(流塑至軟塑狀)的參數(shù)分別為c=11.7 kPa,φ=5.26°;c=11.7 kPa,φ=2.79°及c=11.7 kPa,φ=6.24°。根據(jù)反算的結(jié)果,取安全系數(shù)K=1.25[2],算得設(shè)抗滑樁處:ZK1715+250的推力為F=1 941 kN/m;ZK1715+273的推力為F=1 321 kN/m;ZK1715+294的推力為F=2 028 kN/m;ZK1715+340的推力為F=988 kN/m;根據(jù)以上推力對(duì)抗滑樁進(jìn)行配筋。
根據(jù)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, A區(qū)(K1715+080~K1715+180), B區(qū)(K1715+180~K1715+450)。
(1)A區(qū)。考慮技術(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)段軟基進(jìn)行處理。根據(jù)地質(zhì)勘查探明的A區(qū)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),原則上以控制路基沉降為主。經(jīng)計(jì)算分析,素混凝土樁樁長為樁尖埋入軟基下承載力較好的碎石土層內(nèi)50 cm[3],樁頂至整平后的原地面表面;樁徑為40 cm;樁間距為140 cm,正三角形布置[4]。樁身采用抗壓強(qiáng)度為15 MPa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40 cm,公稱最大粒經(jīng)20 mm的滿鋪級(jí)配碎石褥墊層。
(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, 平面布置見圖4。
圖4 B區(qū)軟土治理平面布置圖
具體處治措施如下。
①在K1715+220~K1715+360左側(cè)坡腳設(shè)置一排2 m×3 m 的抗滑樁, 樁間距5~6 m, 分A型樁、B型樁、C型樁3種樁型,共27 根,樁長22~26 m, 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
該段軟土路基為深層滑面,且規(guī)模大,具有軟弱下臥層的大型復(fù)雜滑坡體,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)該段軟土路基為深層滑面的具有軟弱下臥層的大型復(fù)雜滑坡體,研究該軟土路基的變形破壞特點(diǎn)。
(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,以對(duì)工程建設(shè)中具有軟弱夾層地基的處理予以借鑒。
(3) 本設(shè)計(jì)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)成因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) 本設(shè)計(jì)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,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)。
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Study on Treatment Methods of Complicated Soft-soil Roadbed of Expressway
ChenHuaxing
(Guizhou Province Transportation Planning Survey and Design Institute Co., Ltd., Guiyang 550081, China)
Abstract:In this paper the formation mechanism and stability of soft-soil roadbed of expressway from Zhunyi to Bijie in Guizhou province are analyzed. Multi-program is designed for comparison and choice to get the safety and economic treatment methods. Synthetic application of anti-sliding pile and cement-mixed pile on the treatment processing is discussed. This paper will provide proof for the design of high filling roadbed with soft substratum in slope.
Key words: soft substratum; high filling; soft-soil roadbed; anti-sliding pile