島狀多年凍土地區高速公路服務區地基處理方式

2011-09-06 07:11:28王銀波

黑龍江交通科技 2011年6期

王銀波

(黑龍江省公路勘察設計院)

王銀波

(黑龍江省公路勘察設計院)

摘要:以鶴哈高速中的二股和伊春服務區為研究對象，通過實際勘測得到工程地質概況，在考慮處理合理性和造價低廉的條件下，根據地質斷面情況提出合理的處理措施。

關鍵詞:服務區;凍土地基處理;方式

1 工程地質情況

選取二股和伊春兩處服務區為研究對象。二股服務區處鉆孔12處，伊春服務區處鉆孔5處，由于數據較多，只通過對典型孔位的地質情況進行分析，提出相應地基處理措施。二股處典型孔位ZK2和ZK5，伊春處典型孔位ZK2和ZK5。工程地質表見表1～4。

表1 二股ZK1孔位工程地質表

該斷面自上而下地質構造:(1)0～0.7 m為種植土，呈黑色濕土，可塑;(2)0.7～3.3 m為粉質粘土，呈黃色濕土，可塑，局部含中砂和粗砂夾層;(3)3.3～4.6 m為礫砂，呈灰黃色，中密，飽和土，3.4～3.6 m為灰色粉質粘土4.3～4.6 m為灰黑色粉質粘土;(4)4.6～6.0 m為粗砂，呈灰色，中密，飽和狀態，5.6～5.7 m為粉質粘土，含少量礫石;(5)6.0～8.0 m為圓礫，呈灰褐色，中密，飽和狀態，含卵石10%，孔內可見最大粒徑70 mm。

此處的軟弱層厚度為3.3 m。壓縮系數為0.25，為中壓縮性土。施工過程中和工后會在構筑物作用下，產生較大沉降。地基容許承載較小，必須進行一定的地基處理，提高地基穩定性。

表2 二股ZK5孔位工程地質表

該斷面自上而下地質構造:(1)0～0.6 m為種植土，呈黑色濕土，可塑;(2)0.6～3.0 m為粉質粘土，呈黃色濕土，可塑，局部含粗砂夾層;(3)3.0～4.8 m為粗砂，呈灰褐色，中密，飽和土，3.2～3.4 m為灰色粉質粘土;(4)4.8～7.0 m為圓礫，呈灰褐色，中密，飽和狀態，含卵石10%左右，孔內可見最大粒徑100 mm。

此處的軟弱層厚度為3.6 m。壓縮系數為0.3，為中壓縮性土。施工過程中和工后會在構筑物作用下，產生較大沉降。地基容許承載較小，必須進行一定的地基處理，提高地基穩定性。

該斷面自上而下地質構造:(1)0～0.7 m為種植土，呈黑色濕土，可塑;(2)0.7～1.0 m為粉質粘土，黃色，稍濕，呈凍結狀態，局部夾粗砂;(3)1.0～2.5 m為礫砂，呈灰黃色，中密，稍濕，礦物成分以長石、石英為主;(4)2.5～4.0 m為黏土，呈黑灰色濕土，可塑，含有機質;(5)4.0～4.4 m為圓礫，呈黃褐色，中密，飽和狀態，孔內可見最大粒徑50 mm;(6)4.4～5.1 m礫砂，黃褐色，飽和，中密狀態，礦物成分以長石、石英為主;(7)5.1～6.0 m為黏土，呈黑灰色濕土，軟塑狀態，含有機質較多。

表3 伊春ZK2孔位工程地質表

由上而下軟弱層厚度為1.0 m，0.7 m，0.7 m。壓縮系數分別為0.25，0.49，0.56;為中壓縮性土和高壓縮性土。施工過程中和工后會在構筑物作用下，產生較大沉降。地基容許承載較小，必須進行一定的地基處理，提高地基穩定性。

表4 伊春ZK5孔位工程地質表

該斷面自上而下地質構造:(1)0～0.7 m為種植土，呈黑色濕土，可塑;(2)0.7～2.6 m為多冰凍土，黃色，稍濕，弱融沉，礦物成分以石英、長石為主;(3)2.6～3.8 m為飽冰凍土，灰黑色濕土，強融沉，融化后呈軟塑狀態，含有機質;(4)3.8～4.3 m多冰凍土，黃色，稍濕，弱融沉，礦物成分以石英、長石為主;(5)4.3～5.5 m飽冰凍土，灰黑色濕土，強融沉，融化后呈軟塑狀態，含有機質;(6)5.5～6.3 m為少冰凍土，灰黑色濕土，強融沉，融化后呈軟塑狀態，含有機質。

此處的軟弱呈厚度為6.3m。飽冰凍土壓縮系數分別為0.63，0.57，都為高壓縮性土。施工過程中和工后會在構筑物作用下，產生較大沉降。地基容許承載較小，必須進行一定的地基處理，提高地基穩定性。

2 地基處理方式

二股和伊春服務區地基土質呈飽和可塑狀態，為軟弱地基，承載力低，不能直接作為構筑物的持力層，需要進行地基處理，從而提高地基承載力，減少凍土病害的破壞。

在現今公路路基溫控處理中包括主動溫控措施和被動溫控措施。效果較好的是主動溫控措施，包括低溫熱棒技術，CFG樁技術、碎石樁技術和換填砂礫技術。其中熱棒技術和CFG樁技術能大幅度提高地基承載力，但造價較高。由于服務區所受外荷載遠小于高速公路所受外荷載，故易使用處理效果較好且造價相對低廉的碎石樁或換填砂礫技術。

二股服務區ZK2斷面，軟土層厚度為3.3 m，地基容許承載力只有190 kPa。下部為砂礫，其承載力符合要求，詳見圖1。

該斷面粉質粘土厚度不大，含水量有較高，采用清基可以將軟土地基清除，從而消除了粉質粘土的凍脹或融沉之后對基礎的影響。該處長久以來土層含水量較高，故一定有地下補給，采用砂礫作為回填料，利用土層排水，從而減少凍脹融沉效應。

故此處處理時采用鋪設無紡土工格柵，清基3.3 m，換填3.5 m。

二股服務區ZK5斷面，軟土層厚度為3.0 m，地基容許承載力只有190 kPa。原理同上，鋪設無紡土工格柵，清基3.0 m，換填3.2 m。下部為砂礫，其承載力復合要求，詳見圖2。

圖1 二股ZK2斷面地基處理方式

圖2 二股ZK5斷面地基處理方式

伊春服務區地質情況較為復雜。ZK2斷面，上部軟土層厚度為1.0 m，地基容許承載力190 kPa;地下2.5 m處開始黏土厚度0.7 m，地基容許承載力190 kPa;地下4.4 m處開始黏土厚度0.7 m地基容許承載力只有130 kPa。

碎石樁通過去除軟土或降低地下水位、使上體排水固結來加固地基，提高地基承載力。垂直承載力設計首先是將上的承載能力充分利用，不足的部分由石灰碎石樁樁來承擔，總的荷載扣除樁間上承擔的荷載，才是石灰碎石樁應承擔的荷載，顯然，與傳統的樁基設計思想相比，樁的數量可以大大減少，再加上石灰碎石樁不配筋，樁體利用工業廢料粉煤灰和石屑作為摻加劑，大大降低了工程造價。

該斷面軟土層與砂礫層分層交替出現，若采用換填砂礫，則工程量巨大，考慮到需要整體提到地基承載力，且此處含水量較大，采用碎石樁可以有更好排水固結，從而提高地基承載力，注意樁應該打透黏土層，樁長5.3 m，詳見圖3。