黃土地區(qū)高填方路基設(shè)計要點

紀昌均

(甘肅博通工程咨詢有限公司,甘肅蘭州 730030)

中國的黃土主要分布于廣大西北地區(qū)的黃土高原以及華北平原和東北的南部。黃土高原的面積約占全國黃土分布總面積的70%以上,黃土層的厚度一般都達100米以上,其中陜北和隴東的局部地區(qū)達150米,在隴西地區(qū)可超過200米。伴隨著我國西部經(jīng)濟建設(shè)的熱潮,黃土地區(qū)的工程建設(shè)項目越來越多,黃土相關(guān)的工程問題也越發(fā)重要。

1 黃土地區(qū)高填方路基設(shè)計要點

1.1 路基材料的選擇

路基填料宜選用級配較好的粗粒土如砂、礫土作為填料。用不同填料填筑路基時應(yīng)分層填筑,每一水平層均應(yīng)采用同類填料。泥炭、淤泥、凍土,強膨脹土及易溶鹽含量超過允許限量的土,不得直接用于填筑路基。高填方路基施工中應(yīng)分層填筑,均勻壓實,每一層位的壓實度應(yīng)符合規(guī)范要求的壓實度標準。

1.2 路床要求

路床的土質(zhì)應(yīng)該確保壓實度滿足要求,強度也應(yīng)該滿足要求。但路床壓實度達不到規(guī)范要求的時候,必須采取換填料等措施對其進行處理,使達到設(shè)計的要求。高填方路基基底范圍內(nèi)若出現(xiàn)樹根草皮或者腐殖土應(yīng)該及時清除。由于地表水影響路基的穩(wěn)定性,但應(yīng)該及時采取引排或攔截等措施,對于路堤基底為松散土或耕作土?xí)r,應(yīng)該做好填前碾壓工作。

1.3 邊坡坡率設(shè)計

對于黃土地區(qū)高填方路基,在設(shè)計挖方邊坡坡率設(shè)計時,要盡量使得邊坡一次開挖成型,避免多次開挖對原狀土穩(wěn)定性的擾動,同時避免在超挖后采用回填的方式修正邊坡。在邊坡中部每隔8-10 m設(shè)邊坡平臺一道,平臺寬度為1-3 m,用漿砌片石或水泥混凝土預(yù)制塊防護。平臺應(yīng)設(shè)坡度為2%-5%的緩坡并向外側(cè)傾斜。受水浸淹的路基填方邊坡坡度,在設(shè)計水位以下部分視填料情況可采用1：1.75～1：2.0,在常水位以下部分可采用1：2～1：3。如用滲水性好的土填筑或設(shè)邊坡防護時,可采用較陡的邊坡。

1.4 路基排水設(shè)計

對于黃土地區(qū),路基排水設(shè)計是相當重要的,路基排水的任務(wù)是把路基工作區(qū)內(nèi)的土基含水量降到工程容許范圍內(nèi)以保證路基穩(wěn)定的工作狀態(tài)。黃土的基本結(jié)構(gòu)特征是黃土中的黏膠微粒和碳酸鈣凝集而成的多孔結(jié)構(gòu),顆粒之間的連接剛度和強度較小,在外加載荷和浸水的情況下發(fā)生變形和潰散,顆粒發(fā)生新的配位排列,引起不同程度的變形。因此,黃土濕陷的誘發(fā)因素之一是水。對于潮濕地段而言,由于地下水比較豐富,為了保證這些地段路基排水的邊坡穩(wěn)定,必須增設(shè)地下滲溝和盲溝,主要目的是為了隔斷地下水對黃土路基的浸濕,并使用地下滲溝或者盲溝將地下水引入路基之外,達到降低地下水的目的,改善路基的工作條件。

路基地表排水可采用邊溝、截水溝、排水溝、躍水井和急流槽,各類地段排水溝應(yīng)高出設(shè)計水位0～2m以上。邊溝橫斷面采用梯形,梯形邊溝內(nèi)側(cè)邊坡坡度為1：1～1：1.5,邊溝縱坡宜與路線縱坡一致并不宜小于0.5%,邊溝可采用漿砌片石,水泥混凝土預(yù)制塊防護,邊溝長度不宜超過500m,截水溝橫斷面可采用梯形,溝底縱坡不宜小于0.5%,水流通過陡坡地段時可設(shè)置跌水等或急流槽,邊墻應(yīng)高出設(shè)計水位0.2m以上,其橫斷面形式為矩形,槽底應(yīng)做成粗糙面,躍水的臺階高度可采用0.3～0.6m,臺面坡度應(yīng)為2%～3%,急流槽以縱坡不宜陡于1：1.5,急流槽過長時應(yīng)分段修筑,每段長度不宜超過10m。

1.5 黃土壓實設(shè)計

黃土顆粒之間的粘結(jié)力與黃土之間的原始密度有很大的關(guān)系。加強黃土顆粒之間的粘結(jié)力與土粒的礦物成分以及膠結(jié)物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。當黃土濕度增加時,其強度顯著降低。當黃土路基中的含水量達到最優(yōu)的成分時,黃土路基的擊實強度達到最高,主要原因是因為擊實密度增大,使其摩擦力和粘結(jié)力均有很大的提高。黃土的壓實密度對水分很敏感,在實際施工的過程中,黃土中的含水量是很難控制的,所以在施工的過程中應(yīng)該通過擊實曲線確定達到某一壓實標準干容重相應(yīng)的含水量范圍,并應(yīng)該在取土過程中進行控制。試驗研究證明,在最佳含水量的情況下水穩(wěn)定性最好。最佳容水量和最大干容量是兩個十分重要的指標。對于同一類黃土而言,其最佳含水量隨著壓實度的加大而減小,而最大干容量隨著壓實度的增大而增大。黃土的壓實功能達到最大以后,對最佳含水量的減小和最大干容量的提高的影響程度并不是很明顯。從某種程度上來說,單純的依靠壓實功能來提高黃土的密度并不合算,壓實功能過大會破壞土體結(jié)構(gòu),效果會適得其反。第二,對于不同性質(zhì)的填土料而言,要分層填筑不能混填,以免路基內(nèi)部形成薄弱結(jié)合面,從而影響路基的穩(wěn)定性。黃土路基上受到車輛載荷的作用比較大,所以一般在鋪路的過程中,將水穩(wěn)性和凍穩(wěn)性較好的土壤填在路基的上部。假如路基的下半部分受到水分的浸蝕,也要考慮使用水穩(wěn)性較好的土壤進行填筑。

1.6 路基穩(wěn)定性驗算

黃土地區(qū)高填方路基填方數(shù)量大、占地寬、行車條件差,為使路基邊坡穩(wěn)定和橫斷面經(jīng)濟合理,需要特殊設(shè)計。由于設(shè)計要求高,更要求充分了解路基基底的情況,查勘地基淺層是否有無軟弱夾層和地質(zhì)不良地段;地下水及地表水對穩(wěn)定性有無影響等。如果路線通過地質(zhì)不良地段,要盡量設(shè)法避繞,實在無法避繞時,應(yīng)對其地質(zhì)情況做深入細致的地質(zhì)調(diào)查,仔細評估其穩(wěn)定性,以防由于高路堤失穩(wěn)而引起破壞。高填方路堤穩(wěn)定性驗算時,穩(wěn)定系數(shù)若達不到要求,需加固處理,對其加固措施應(yīng)在初步設(shè)計階段提出比較方案和推薦意見。

1.7 考慮施工季節(jié)的影響

黃土地一般處于我國的西北地區(qū),溫度的變化會直接的影響到黃土的壓實效果,以及后期的不均勻下降。在實際施工的過程中,某些工程為了趕工程的進度,未考慮溫度的影響,導(dǎo)致部分水在低溫下噴灑到土體上,進而形成微結(jié)晶體,并保存在土體中,來年氣溫上升后引發(fā)不均勻升降。所以筆者認為黃土地區(qū)的路基施工應(yīng)該保持在零點溫度以上,從而保證土體中沒有結(jié)晶水。

2 結(jié)語

黃土濕陷對路基的危害已經(jīng)被工程人員所熟知,但是工程中大多只對黃土濕陷性進行處理,很容易忽視了對產(chǎn)生其濕陷的主要外因—水分的防治,因此,在黃土地區(qū)高填方路基設(shè)計中,應(yīng)該綜合考慮各方面的因素,確保設(shè)計方案的科學(xué)合理。

[1] 孫燕明.濕陷性黃土路基處理方法及施工處理措施探討[J].運輸經(jīng)理世界,2004,(2)：56-57.

[2] 唐勇軍.淺談濕陷性黃土路基工程質(zhì)量監(jiān)理控制要點[J].甘肅科技,2004,20(10)：134-135.

[3] 殷鄭海,胡斌.高速公路濕陷性黃土路基施工技術(shù)[J].路基工程,2005,(2)：78-80.

[4] 張志清.濕陷性黃土路基水理性質(zhì)試驗研究[J].公路,2007,(1)：44-46.