特殊土路段路基設(shè)計(jì)理論與處理技術(shù)

1、特殊土路段路基設(shè)計(jì)理論與處理技術(shù)北京交通大學(xué) 土建學(xué)院1特殊土及我國(guó)的地域分布 軟土一般指外觀以灰色為主，天然孔隙比大于或等于1.0,且天然含水量大于液限的細(xì)粒土。具有天然含水量高、天 然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、固結(jié)系數(shù)小、固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、 靈敏度高、擾動(dòng)性大、透水性差、土層層狀分布復(fù)雜、各層之間物 理力學(xué)性質(zhì)相差較大等特點(diǎn)。軟土在我國(guó)濱海平原、河口三角洲、湖盆地周?chē)吧綕竟鹊鼐袕V泛的分布。我國(guó)軟土的成因類型大致可分為海洋沿岸沉積、河灘沉積和內(nèi)陸湖盆谷地沉積三大類。1特殊土及我國(guó)的地域分布 膨脹土土中黏粒成分主要由親水性礦物組成，同時(shí)具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的黏性土。膨脹

2、土在我國(guó)的分布范圍很廣，如廣西、云南、河南、湖北、四川、陜西、河北、安徽、江蘇等地均有不同范圍的分布。1特殊土及我國(guó)的地域分布 黃土在干燥氣候條件下形成的多孔性具有柱狀節(jié)理的黃色粉性土，濕陷性黃土受水浸濕后會(huì)產(chǎn)生較大的沉陷。我國(guó)黃土的分布區(qū)介于北緯3445之間，呈東西向帶狀分布，位于北半球中緯度沙漠-黃土帶東南部。黃土分布還與東西向山脈的走向大體一致，昆侖山、秦嶺、泰山一線以北黃土分布廣泛。中國(guó)黃土的總面積為 380840平方千米，黃土狀沉積的總面積為254440平方千米。其中黃河流域黃土面積為317600平方千米。黃土的厚度各地不一，陜西涇河與洛河流域的中下游地區(qū)，最大厚度可達(dá)180200米

3、。我國(guó)黃土物質(zhì)主要來(lái)自里海以東北緯3545的內(nèi)陸沙漠盆地地區(qū)。沙漠盆地中的上升氣流將粉塵顆粒輸送至高空，進(jìn)入西風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)，隨著西風(fēng)帶的高空氣流自西向東 、東南飄移，至東經(jīng)100以東的地區(qū)發(fā)生大規(guī)模沉降。堆積起來(lái)的粉塵顆粒，由于生物化學(xué)風(fēng)化作用，發(fā)生次生碳酸鹽化形成黃土。1特殊土及我國(guó)的地域分布 鹽漬土鹽土和堿土以及各種鹽化、堿化土壤的總稱。鹽土是指土壤中可溶性鹽含量達(dá)到對(duì)作物生長(zhǎng)有顯著危害的土類。鹽分含量指標(biāo)因不同鹽分組成而異。堿土是指土壤中含有危害植物生長(zhǎng)和改變土壤性質(zhì)的多量交換性鈉。鹽漬土主要分布在內(nèi)陸干旱、半干旱地區(qū)，濱海地區(qū)也有分布。全世界鹽漬土面積計(jì)約897.0萬(wàn)平方公里，約占世界陸

4、地總面積的6.5%，占干旱區(qū)總面積的39%。中國(guó)鹽漬土面積約有20多萬(wàn)平方公里，約占國(guó)土總面積的2.1%。分布在內(nèi)陸干旱、半干旱地、濱海地區(qū)也有分布。1特殊土及我國(guó)的地域分布 凍土零攝氏度以下，并含有冰的各種巖石和土壤。一般可分為短時(shí)凍土（數(shù)小時(shí)/數(shù)日以至半月）/季節(jié)凍土（半月至數(shù)月）以及多年凍土（又稱永久凍土，指的是持續(xù)三年或三年以上的凍結(jié)不融的土層）。地球上多年凍土/季節(jié)凍土和短時(shí)凍土區(qū)的面積約占陸地面積的50%，其中，多年凍土面積占陸地面積的25%。凍土是一種對(duì)溫度極為敏感的土體介質(zhì)，含有豐富的地下冰。因此，凍土具有流變性，其長(zhǎng)期強(qiáng)度遠(yuǎn)低于瞬時(shí)強(qiáng)度特征。正由于這些特征，在凍土區(qū)修筑工程構(gòu)

5、筑物就必須面臨兩大危險(xiǎn)：凍脹和融沉。隨著氣候變暖，凍土在不斷退化。分布中國(guó)多年凍土又可分為高緯度多年凍土和高海拔多年凍土，前者分布在東北地區(qū)，后者分布在西部高山高原及東部一些較高山地（如大興安嶺南端的黃崗梁山地、長(zhǎng)白山、五臺(tái)山、太白山）。2 軟土地區(qū)路基2.1 地基沉降計(jì)算 1 主固結(jié)沉降 采用分層總合法計(jì)算。 2 總沉降宜采用沉降系數(shù) 與主固結(jié)沉降計(jì)算： 3 總沉降還可以由瞬時(shí)沉降 、主固結(jié)沉降 及次固結(jié)沉降 之和計(jì)算 4 任意時(shí)刻地基的沉降量，考慮主固結(jié)隨時(shí)間的變化過(guò)程2.2 穩(wěn)定驗(yàn)算 軟土地基路堤的穩(wěn)定驗(yàn)算一般采用瑞典圓弧滑動(dòng)法中的固結(jié)有效應(yīng)力法、改進(jìn)總強(qiáng) 度法，有條件時(shí)也可采用簡(jiǎn)化Bi

6、shop法、Janbu普遍條分法。2.3 地基穩(wěn)定性與工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn) 軟土地基處治設(shè)計(jì)包括穩(wěn)定處治設(shè)計(jì)和沉降處治設(shè)計(jì)2.4 地基加固措施 1 軟土地基上修筑的路堤底部均宜設(shè)置透水性水平墊層，厚度以0.50m為宜。對(duì)于缺少砂礫的地區(qū)，可以將土工合成材料和砂礫墊層配合使用，以減小砂礫墊層的厚度。 2 輕質(zhì)路堤可采用粉煤灰、泡沫聚苯乙烯（EPS）塊等輕質(zhì)材料填筑。采用EPS路堤時(shí)，應(yīng)計(jì)算路堤的壓縮變形和抗浮穩(wěn)定性。2 軟土地區(qū)路基 3 路堤加筋應(yīng)采用強(qiáng)度高、變形小、耐老化的土工合成材料作路堤的加筋材料。 4 反壓護(hù)道可在路堤的一側(cè)或兩側(cè)設(shè)置，其高度不宜超過(guò)路堤高度的1/2，其寬度應(yīng)通過(guò)穩(wěn)定計(jì)算確定

7、。 5 排水固結(jié)法 6 粒料樁 7 加固土樁 8 強(qiáng)夯2.5 路堤斷面設(shè)計(jì) 1 路堤加寬 2 路堤的邊坡2.6 沉降與穩(wěn)定觀測(cè)設(shè)計(jì) 1 軟土地基上的高填方路堤和橋頭路堤應(yīng)進(jìn)行沉降與穩(wěn)定觀測(cè)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：沉降觀測(cè)與側(cè)向位移(穩(wěn)定) 測(cè)點(diǎn)位置，觀測(cè)儀選型與布設(shè)，觀測(cè)方法，觀測(cè)頻率。必要時(shí)，應(yīng)進(jìn)行軟土地基深部位移觀測(cè)。2 軟土地區(qū)路基2 路堤填土速率應(yīng)滿足下列要求： （1）填筑時(shí)間不小于地基抗剪強(qiáng)度增長(zhǎng)需要的固結(jié)時(shí)間。 （2）路堤中心沉降每晝夜不得大于10mm15mm，邊樁位移每晝夜不得大于5mm。2.7 軟土地基上路堤宜結(jié)合工程實(shí)際，選擇代表性地段提前填筑試驗(yàn)路堤。2.8 路面鋪筑時(shí)間的確

8、定 路面鋪筑應(yīng)在沉降穩(wěn)定后進(jìn)行，采用雙標(biāo)準(zhǔn)控制：即要求推算的工后沉降量小于設(shè)計(jì)容許值，同時(shí)要求連續(xù)2個(gè)月觀測(cè)的沉降量每月不超過(guò)5mm，方可卸載開(kāi)挖路槽并開(kāi)始路面鋪筑。3膨脹土地區(qū)路基3.1 填方路基 1 高速公路及一、二級(jí)公路路基填土高度小于路面與路床的總厚度時(shí)，基底為膨脹土?xí)r，宜挖除地表0.30m0.60m的膨脹土，并將路床換填非膨脹土或摻灰處理。若為強(qiáng)膨脹土，挖除深度應(yīng)達(dá)到大氣影響深度。 2 強(qiáng)膨脹土不應(yīng)作為路堤填料。 3 高速公路及一、二級(jí)公路采用中等膨脹土作為路堤填料時(shí)應(yīng)經(jīng)改性處理后方可填筑。弱膨脹土作為路堤填料時(shí)，若脹縮總率不超過(guò)0.7%，可直接填筑，并采取防水、保溫、封閉、坡面防護(hù)

9、等措施；否則，應(yīng)按公路等級(jí)、氣候、水文特點(diǎn)、填土層位等具體情況，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行處治。膨脹土改性處理的摻灰最佳配比，以其摻灰后脹縮總率不超過(guò)0.7%為宜。 4 若采用弱膨脹土及中等膨脹土作為路床填料時(shí)應(yīng)經(jīng)改性處理后方可填筑，改性后的脹縮總率不得超過(guò)0.7%。 5 采用弱膨脹土及中膨脹土填筑路堤，其邊坡坡率應(yīng)根據(jù)路堤邊坡的高度、填料重塑后的性質(zhì)、區(qū)域氣候特點(diǎn)，并參照既有路基的成熟經(jīng)驗(yàn)綜合確定。 6 膨脹土填筑的路基，應(yīng)及時(shí)碾壓密實(shí)，路基壓實(shí)度應(yīng)符合本規(guī)范規(guī)定。在確定路堤填筑的最佳含水量和最大干密度時(shí)，宜采用濕土法重型擊實(shí)試驗(yàn)。3膨脹土地區(qū)路基3.3 挖方路基 1 膨脹土路塹邊坡坡率應(yīng)根據(jù)土質(zhì)的性

10、質(zhì)、軟弱層和裂隙的組合關(guān)系、氣候特點(diǎn)、水文地質(zhì)條件，以及自然山坡、人工邊坡的穩(wěn)定坡度等綜合確定。 2 邊坡設(shè)計(jì)應(yīng)遵循：“緩坡率、寬平臺(tái)、固坡腳”的原則 3 對(duì)強(qiáng)膨脹土、地下水發(fā)育、運(yùn)營(yíng)中處理困難的路塹，路床的換填深度應(yīng)加深至1.01.5m，并應(yīng)采取地下排水措施。 4 邊坡應(yīng)設(shè)置完善排水系統(tǒng)，及時(shí)引排地面水（包括坡面積水）和地下水。根據(jù)地下水發(fā)育情況，可采用仰斜式排水孔、支撐滲溝和縱向滲溝排水。 5 路塹邊坡的防護(hù)和加固類型依據(jù)工程地質(zhì)條件、環(huán)境因素和邊坡高度可按下表確定，邊坡開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)防護(hù)封閉。邊坡植物防護(hù)時(shí)，不應(yīng)采用闊葉樹(shù)種。圬工防護(hù)時(shí)，墻背應(yīng)設(shè)置緩沖層。4多年凍土地區(qū)路基 一般規(guī)定1 多

11、年凍土地區(qū)路基設(shè)計(jì)，應(yīng)查明沿線多年凍土的分布、類型、凍土層上限及水文地質(zhì)等情況。在凍土沼澤、冰丘、冰椎、熱融湖（塘）地段修筑路基，應(yīng)詳細(xì)調(diào)查其范圍、規(guī)模、發(fā)生原因及發(fā)展趨勢(shì)等。2 土沼澤（沼澤化濕地）、熱融湖（塘）地段，應(yīng)以路堤通過(guò)，路堤高度應(yīng)高出沼澤暖季積水水位加毛細(xì)水上升高度加有害凍脹高度再加0.5m，且滿足保溫厚度的要求，通過(guò)較大的熱融湖（塘），還需考慮波浪雍水的影響。3 路基填料設(shè)計(jì)應(yīng)考慮凍結(jié)層上水的發(fā)育情況及填料的凍脹敏感性，有條件時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用卵石土或碎石土作填料。嚴(yán)禁使用塑性指數(shù)大于12，液限大于32%的細(xì)粒土，富含腐殖質(zhì)的土及凍土。保溫護(hù)道填料，應(yīng)就地取材，可采用泥炭、草皮、塔頭草或細(xì)粒土。4 按工程環(huán)境特點(diǎn)和工程建設(shè)不同階段采用區(qū)段設(shè)計(jì)和場(chǎng)