鶴大公路雞西至牡丹江段不良地質(zhì)條件下路基基底處理方法

郝曉冬

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院)

1 工程概況

鶴大公路雞西至牡丹江段 K290+000～K299+300段位于黑龍江省牡丹江市林口縣境內(nèi),屬山嶺重丘地段,地勢(shì)起伏較大,沿線(xiàn)土質(zhì)以低液限粘土、粉砂土、砂巖為主,內(nèi)有部分水田耕地和濕地低填淺挖段,土質(zhì)多為低液限粘土,翻漿現(xiàn)象較多;粉砂土土質(zhì)干燥松散,孔隙大,具濕陷性,工程性質(zhì)差,遇水極易形成冰湖。

2 翻漿和冰湖地段形成及特點(diǎn)

2.1 翻漿的形成及特點(diǎn)

在季節(jié)性?xún)鐾恋貐^(qū),處于不良地質(zhì)、水文條件下的路段,由于路基土凍結(jié)過(guò)程中發(fā)生水分遷移,使凍土層中的冰體含量劇烈增加,造成路基土的冰脹。春融期間,上部開(kāi)始融化,而下部繼續(xù)凍結(jié)或停止凍結(jié),形成不透水層。上部土層中過(guò)多的水分無(wú)法及時(shí)排出,造成土基較弱,強(qiáng)度急劇降低,在車(chē)輛荷載的作用下,便發(fā)生了彈簧、唧泥等翻漿現(xiàn)象。翻漿是伴隨凍脹而發(fā)生的,凍脹是翻漿形成過(guò)程中一個(gè)十分重要的發(fā)展階段。

秋季水份積聚,土壤潮濕,是翻漿的孕育階段;冬季土壤凍結(jié),水分遷移(水分再分布)土基發(fā)生強(qiáng)烈凍脹,是翻漿的形成和發(fā)展階段;春季上層土基融化、軟弱、強(qiáng)度降低,在車(chē)輛荷載的作用下產(chǎn)生鼓包、冒泥等現(xiàn)象是翻漿的暴露階段;夏季凍層化透,水分下滲,蒸發(fā)量增大,土基變干,強(qiáng)度又逐漸提高和恢復(fù),是翻漿的消失階段。

一般地說(shuō),凍脹時(shí)間越長(zhǎng),發(fā)展越激烈,翻漿的程度和危害也就越嚴(yán)重。反之,翻漿的程度就輕。

細(xì)粒土在凍結(jié)過(guò)程中要發(fā)生水分重分布現(xiàn)象,特別是在有充足外來(lái)水源補(bǔ)給條件下的開(kāi)敞系統(tǒng)中,這種水分重分布現(xiàn)象進(jìn)行更為激烈,其結(jié)果是使凍土層中的聚冰層分布密、數(shù)量多。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在同一斷面凍土層中,往往有幾條或數(shù)十條聚冰帶,厚度 5～10 cm,有的達(dá)三十幾厘米,總厚度均等于總凍脹量高度。

由于各地氣溫、凍結(jié)深度以及水的補(bǔ)給條件不同,公路地基聚冰的分布規(guī)律也不同。大致可分為 3種類(lèi)別。

(1)上大下小單峰型分布如圖 1。

圖 1 聚冰沿凍深的上大下小型分布

圖 1的分布情況,一般多發(fā)生在土基凍結(jié)前含水量較大,地下水較深,受地表水影響較多的條件下;或者凍結(jié)過(guò)程中,負(fù)氣溫在上層一定深度內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng),造成主聚冰帶位于路基上部 35～60 cm左右處發(fā)生。

(2)上小下大單峰型分布如圖 2。

圖 2的分布情況,多發(fā)生在凍結(jié)前土基含水量不大,凍脹過(guò)程中主要受地下水影響的條件下。由于地表層受到氣溫影響較大,凍結(jié)速度較快,特別是在突然降低時(shí),凍結(jié)峰面很快下移,下臥土層中的水來(lái)不及向上補(bǔ)給,就原地凍結(jié);而在較深土層中由于凍結(jié)速度緩慢,水分補(bǔ)給充足,就造成在路基下部約 80～130 cm左右處的凍土層中形成主聚冰帶。

圖2 聚冰沿凍深的上小下大型分布

(3)雙峰型式多峰型分布如圖 3。

圖 3的分布情況,多發(fā)生在冰結(jié)前含水量大,地下水位高,地表滲水也較重的條件下。雙峰型分布,第一聚冰層一般出現(xiàn)在路基上部 20～40 cm范圍內(nèi),聚冰數(shù)量多,約為凍前含水量的 2～3倍;第二聚冰層一般出現(xiàn)在路基下部 80～110 cm范圍內(nèi)。

另外,還有上下基本均勻的垂直型分布情況等。

聚冰層的位置,也可粗略地把凍結(jié)期間土基中相對(duì)深度大于 0.8m的土層視為聚冰層位置。

圖 3 聚冰沿凍深的雙峰或多峰型分布

2.2 冰湖的形成及特點(diǎn)

由于地形落差大且土質(zhì)不良、降雨量大時(shí),地表水向低洼處匯集,對(duì)土體產(chǎn)生沖擊侵蝕。春融期間和夏季雨水來(lái)臨期間在挖方段坡面和挖方路槽底形成滲水,冬季結(jié)冰,久之便形成冰湖。根據(jù)冰湖的成因及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況看,冰湖一般由進(jìn)口落水洞(直洞)、洞體及出口三部分組成。由于形成時(shí)間埋藏深淺不同,有的冰湖尚未發(fā)育,只具備第一部分或前兩部分。

鶴大公路雞牡段 K290+000～K 299+300段,冰湖具有形成快、埋深較大、隱蔽性強(qiáng)等特點(diǎn)。

3 翻漿和冰湖的影響因素

3.1 翻漿的影響因素

(1)土質(zhì)

凍脹性強(qiáng)的土最容易產(chǎn)生翻漿,如粉質(zhì)土、粘性土。本施工段大部分土質(zhì)為低液限粘土,具有透水性小,毛細(xì)現(xiàn)象上升高、上升快的特性,在負(fù)溫作用下最適宜水分遷移、聚冰。春融時(shí)承載能力隨土中水分的增多而急劇下降,粘性土雖然毛細(xì)升高速度較慢,但在有外表水源補(bǔ)給充足的開(kāi)敞體系中聚冰和凍脹程度都很?chē)?yán)重。本合同段中粉粘粒含量(小于 0.005mm)大于 5%,這種土實(shí)際已變成不透水性,形成了一個(gè)不透冰層,阻礙水分的遷移,使凍脹性急劇減小(可減少到原來(lái)的 2～4倍)。

(2)水分

水是造成路基翻漿的基本原因。翻漿的過(guò)程,實(shí)質(zhì)上就是水在土基中轉(zhuǎn)移、變化的過(guò)程。秋季凍前含水量和凍結(jié)過(guò)程中地下水位的變化,對(duì)路基翻漿的發(fā)生與發(fā)展極為重要。秋季雨水大,土基凍前含水量將明顯增加,路基附近的地表積水、淺的地下水,以及本施工段有兩條河流經(jīng)過(guò),還有部分稻田,地下水位較高,造成土基凍結(jié)過(guò)程中有大量的水分轉(zhuǎn)移,為路基凍脹和翻漿創(chuàng)造了十分有利條件。2000年 9～10月份連連降雨,一個(gè)月內(nèi)降水量達(dá) 200～250mm,使地下水位升高至距地面只有 40～45 cm,所以使路基大面積翻漿。

一般地說(shuō),凍結(jié)指數(shù)越高凍結(jié)深度越大,路基的凍脹量也越大,則產(chǎn)生翻漿越重;而在同樣冰凍指數(shù)和凍結(jié)深度條件下,凍結(jié)速度(cm/h)和溫度梯度(℃/cm)對(duì)凍脹和翻漿的影響很大。2000年牡丹江初冬氣溫較高和冷暖交替出現(xiàn)頻繁時(shí),使凍結(jié)速度緩慢,溫度在 0～5℃之間,并且停留時(shí)間較長(zhǎng),這樣就造成大量水分聚流到路基較長(zhǎng)時(shí)間,這樣就造成大量水分聚流到路基下較淺的凍結(jié)鋒面處凍結(jié)和凍脹,形成較嚴(yán)重翻漿。此外,2001年牡丹江地區(qū)春融期間凍融速度快,路基急劇融化,尤其在此其間冷暖交替,并伴有雨雪,這樣就使翻漿加重,并延長(zhǎng)了翻漿時(shí)間。綜上說(shuō)明春融期間的氣溫變化及融凍速度對(duì)翻漿也有影響。

(3)行車(chē)荷載

路基翻漿是通過(guò)行車(chē)荷載的作用,最后形成和暴露出來(lái)的,具備翻漿的水分、土質(zhì)、溫度等自然條件,但無(wú)行車(chē)荷載的作用,也是不可能產(chǎn)生翻漿的。

3.2 冰湖影響因素

(1)地質(zhì)構(gòu)造影響

6.論著中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖表，應(yīng)該首先進(jìn)行一級(jí)比較，如模型組與正常對(duì)照組比較，結(jié)果用“＊”表示；各給藥組與模型組比較，為二級(jí)比較，用“#”表示；待測(cè)藥各組組間比較或者與陽(yáng)性對(duì)照組比較，為三級(jí)比較，用“△”表示。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果分P＜0.05和P＜0.01兩個(gè)水平給出即可。

地質(zhì)構(gòu)造中褶皺、斷裂決定著裂隙發(fā)育程度,影造到巖層的富水性和透水性,以可溶巖層的基底與不透水的非可溶巖層的接觸帶、冰湖、暗河發(fā)育最強(qiáng)烈。

(2)地形、地貌的影響

這一因素主要通過(guò)巖石透水性和巖隙水的流動(dòng)性來(lái)影響冰湖的發(fā)育程度。

在一定的地質(zhì)條件下,地面坡度影響降水的滲透程度,坡度平緩者,有利于水流滲透。

4 不良地質(zhì)條件下、路基基底處理方案

4.1 挖除回填施工方法

(1)施工工藝流程

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線(xiàn)確定范圍→挖除冰湖區(qū)內(nèi)土體→基底壓實(shí)檢測(cè) →分層回填→壓實(shí)檢測(cè)。

(2)施工要點(diǎn)

由于冰湖區(qū)內(nèi)土質(zhì)經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間侵蝕,其礦物成分、物理化學(xué)性質(zhì)已改變,無(wú)法再用作回填料,因此挖除后須棄至界外;

開(kāi)挖后須易于機(jī)械回填作業(yè),確保回填質(zhì)量;

回填要嚴(yán)格按《公路路基施工規(guī)范進(jìn)作業(yè)》同時(shí)確保回填部分同原地基土體結(jié)合良好。

4.2 肓溝施工方法

(1)施工工藝流程

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線(xiàn)定位→開(kāi)挖→鋪設(shè)土工布→放管回填。(2)施工要點(diǎn)

開(kāi)挖必須到路面結(jié)構(gòu)層或滲水線(xiàn)以下,以防處理不到位,滲水繼續(xù)侵泡路基。

放滲水管前須檢查管端和管身是否完好。

回填料必須為碎石或砂礫等顆粒料。

4.3 塑料格柵施工方法

(1)施工工藝流程

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線(xiàn)→鋪設(shè)塑料格柵→卸料→攤鋪→碾壓→檢測(cè)。

(2)施工要點(diǎn)

塑料格柵鋪設(shè)應(yīng)有足夠的搭接寬度,本項(xiàng)目設(shè)計(jì)搭接寬度為縱向 30 cm,橫向 20 cm。

嚴(yán)格控制綁絲間距和綁絲牢固性,設(shè)計(jì)綁絲間距為20 cm。

下承層必須有很好的平整度。

(3)塑料格柵特點(diǎn)

質(zhì)量輕,整體連續(xù)性好,施工方便,抗拉強(qiáng)度高,耐腐蝕性和抗微生物侵蝕性好,當(dāng)量孔隙直徑小,滲透性好,質(zhì)地柔軟,能與土很好地結(jié)合。

4.4 翻漿處理施工方法

(1)施工工藝流程

①換填

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)確定翻漿范圍→開(kāi)挖→基底壓實(shí)→分層回填→壓實(shí)檢測(cè)。

②翻曬

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)確定翻漿范圍→翻松晾曬→含水量適中→壓實(shí)檢測(cè)。

③摻灰

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)確定翻漿范圍→根據(jù)試驗(yàn)確定摻灰量→摻灰拌和均勻→壓實(shí)檢測(cè)。

(2)施工要點(diǎn)

根據(jù)試驗(yàn)確定含水量、摻灰量、開(kāi)挖深度、處理范圍。換填后要保證與原土基結(jié)合好,要形成一個(gè)板體平面。

5 施工效果

鶴大公路雞牡段不良地質(zhì)處理勻采用以上施工方法處理,經(jīng)近一年半的觀察,效果良好,保證了路區(qū)內(nèi)的路基及結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定。

6 幾點(diǎn)體會(huì)

通過(guò)本工程實(shí)踐,證明在此種地質(zhì)條件下,采用以上幾種施工方法對(duì)不良地質(zhì)處理是可行的,是一種經(jīng)濟(jì)合理的工程措施。

經(jīng)過(guò)處理不僅加快了工程進(jìn)度,在很大程度上消除了工程隱患,同時(shí)有效地降低了工程造價(jià)。

以上幾種方法對(duì)處理類(lèi)似的其他不良地質(zhì)狀況亦可做參考。

[1] 公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范.中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[M].人民交通出版社,2002.

[2] 公路路基施工技術(shù)規(guī)范 .中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[M].人民交通出版社,2002.