黃土地區(qū)路基病害設(shè)計(jì)與施工

黃土地區(qū)路基病害與防治路基病害整治課程內(nèi)容第一節(jié)、黃土的工程特性第二節(jié)、黃土地區(qū)路基病害類型與成因第三節(jié)、土工合成材料防治黃土路基病害的應(yīng)用技術(shù)第四節(jié)、土工合成材料防治路基邊坡及排水構(gòu)造物病害的應(yīng)用技術(shù)第一節(jié)黃土的工程特性

一、黃土的工程特性黃土具有多孔性，以粉土顆粒為主，富含碳酸鹽，顏色以黃色為主；同時(shí)，黃土具有滲透性、濕陷性、易崩解等特點(diǎn)，在外荷載和自重作用下受水浸濕后容易產(chǎn)生濕陷變形。黃土以風(fēng)積成因?yàn)橹?，具有大孔性，垂直?jié)理和架空孔隙均較發(fā)育，含有大量可溶鹽和膨脹性黏土礦物等，因此具有濕陷性和較低的承載力，極易引發(fā)各種各樣的工程質(zhì)量事故。而作為帶狀工程的公路，黃土所具有的不良工程地質(zhì)特性造成的危害尤其嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為公路邊坡剝落、沖刷、滑坍、崩坍、流泥；路堤沉陷、表面滑溜、局部滑坍以及路面裂縫等。

1.黃土的濕陷性

濕陷性是黃土的主要工程性質(zhì)，它是指在一定壓力下受水浸濕，土體結(jié)構(gòu)發(fā)生迅速破壞而發(fā)生顯著下沉的特性。并不是所有黃土都具有濕陷性，具有濕陷性的黃土厚度并不大，一般在上部的10-20m。濕陷性黃土根據(jù)上覆應(yīng)力的性質(zhì)可分為自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土兩類，前者是指那些在自重壓力下浸水濕陷的黃土，這種黃土浸水后對(duì)構(gòu)筑物危害極大，即使本身荷重不大的構(gòu)筑物(公路、鐵路和機(jī)場(chǎng)跑道)受水浸后也會(huì)下沉；后者是指在土自重壓力下浸水不發(fā)生濕陷，只有在一定附加荷重下浸水才會(huì)濕陷的黃土。我國(guó)各地黃土的工程性能如下表所示

2.黃土的滲透性

老黃土中普遍存在構(gòu)造節(jié)理，如斜節(jié)理，新黃土中原生柱狀垂直節(jié)理發(fā)育，未曾發(fā)現(xiàn)有構(gòu)造性節(jié)理。黃土中的節(jié)理，對(duì)路基邊坡的穩(wěn)定性常起控制作用。對(duì)于黃土滲透性來(lái)說，因其不是顆粒的膠結(jié)起作用，而是顆粒的排列結(jié)構(gòu)起各向異性作用，影響是不能忽略的。研究表明，平行于垂直節(jié)理方向的滲透系數(shù)，即垂直向滲透系數(shù)一般大于水平向滲透系數(shù)。大量的試驗(yàn)證明，對(duì)不同的黃土，垂直方向滲透系數(shù)可以是水平方向滲透系數(shù)的1.2-2.55倍。

3.黃土的各向同性和各向異性

對(duì)黃土抗剪強(qiáng)度特性的研究，大多將注意力投向起始含水量的影響。通過對(duì)與垂直節(jié)理成正交、平行和45度相交進(jìn)行的剪切試驗(yàn)，證實(shí)抗剪強(qiáng)度在不同方向上并不相同，基本上呈橢圓狀。當(dāng)剪切面平行于垂直節(jié)理方向時(shí)，抗剪強(qiáng)度相對(duì)最低，且含水量低時(shí)受各向異性的影響程度更大。而對(duì)于黃土的抗剪強(qiáng)度隨著密度與濕度的變化規(guī)律更加重視。研究表明，對(duì)Q1、Q2黃土，密度較大，且變化較小，主要關(guān)注黏結(jié)力c、內(nèi)摩擦角φ指標(biāo)與含水量W的關(guān)系；對(duì)飽和黃土，濕度已達(dá)到飽和，主要關(guān)注黃土的c、φ指標(biāo)和密度γd的關(guān)系；對(duì)非飽和黃土，c、φ指標(biāo)與濕度和密度的關(guān)系須同時(shí)關(guān)注，它們均隨起始含水量的增大而降低，隨初始密度的增大而增大，且φ值的變化較小，而c值的變化卻不容忽視。二、黃土分布特點(diǎn)

黃土和黃土狀土覆蓋著全球大陸面積的2.5％以上。我國(guó)是世界上黃土分布最廣泛的地區(qū)，面積達(dá)64萬(wàn)km2左右，占國(guó)土總面積的6.6％以上，其中連續(xù)分布面積達(dá)到44萬(wàn)km2。主要分布在北緯30°－49°，東經(jīng)75°－127°之間的大陸內(nèi)部干旱和半干旱地區(qū)。黃土分布地區(qū)的氣候主要表現(xiàn)為干旱及半干旱的大陸性氣候特征。雨量明顯地從西北到東南逐漸增加。全年雨量的60％集中在7-9月，尤其是8月占全年的30％左右。年平均蒸發(fā)量則在1000mm以上。氣溫也是由西北向東南逐漸增加。氣溫日變化劇烈，最大日溫差為27℃左右，呈現(xiàn)出典型的大陸性氣候特征。黃土高原處于蒙古高原之南，極地氣流由北向南伸展，即出現(xiàn)強(qiáng)度不同的寒潮，進(jìn)入我國(guó)上空之后，改由西北向東南移動(dòng)，冬春尤為頻繁。在冷峰過后經(jīng)常發(fā)生強(qiáng)旋風(fēng)，將黃土高原西北部的沙漠或戈壁灘的塵埃卷入高空，形成塵暴。我國(guó)黃土高原所處的三面環(huán)山一面沙漠的有利地形，典型的大陸性干旱氣候條件和季節(jié)性塵暴，為我國(guó)黃土風(fēng)成論提供了足夠的論據(jù)。我國(guó)西北地區(qū)黃土區(qū)地層最厚，最完整，分布連續(xù)，其特點(diǎn)較典型。

黃土地貌第二節(jié)黃黃土地地區(qū)路基基病害類類型與成成因一、黃土土路基病病害及其其成因1、黃土土陷穴成成因2、黃土土陷穴類類型3、黃土土陷穴的的分布規(guī)規(guī)律4、黃土土陷穴的的探查和和防治1、黃土土陷穴成成因黃土地區(qū)區(qū)修筑的的路基，，在雨季季時(shí)大面面積匯集集的雨水水，沿著著黃土的的垂直節(jié)節(jié)理和大大孔隙向向路基內(nèi)內(nèi)部滲透透、潛流流，溶解解了黃土土中的易易溶鹽，，破壞了了黃土結(jié)結(jié)構(gòu)，土土體不斷斷崩解，，水流帶帶走黃土土顆粒，，形成暗暗穴，在在水的浸浸泡和沖沖刷作用用下，洞洞壁坍塌塌，逐漸漸擴(kuò)大形形成更大大的暗穴穴或出露露于地表表的其他他形態(tài)的的陷穴。。特別是是在地形形起伏多多變、地地表徑流流容易匯匯集的地地方，而而土質(zhì)松松散、垂垂直節(jié)理理較多的的新黃土土中最易易形成陷陷穴。黃土陷穴的的產(chǎn)生是黃黃土的濕陷陷性及水的的潛蝕淋溶溶作用的結(jié)結(jié)果。黃土土的濕陷性性是產(chǎn)生陷陷穴的內(nèi)在在原因，水水的潛蝕作作用是產(chǎn)生生陷穴的外外部誘因。。黃土的自身身特點(diǎn)，為為陷穴產(chǎn)生生提供了本本質(zhì)條件。。(1)濕陷陷性黃土是是一種土質(zhì)質(zhì)疏松，主主要成分為為粉土顆粒粒組成的特特殊土，其其細(xì)微顆粒粒極易遭受受潛蝕；(2)黃土土中易溶鹽鹽含量豐富富，對(duì)強(qiáng)度度起作用的的結(jié)構(gòu)狀碳碳酸鈣，在在含CO2的水或酸酸性環(huán)境中中，易受水水溶蝕，破破壞黃土的的內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)，使之變變得松軟，，有利于地地下水滲透透，加速了了滲流作用用和機(jī)構(gòu)潛潛蝕作用；；(3)大孔孔隙和裂隙隙發(fā)育，為為水的滲透透提供了便便利通道，，加速了機(jī)機(jī)械潛蝕。。黃土地區(qū)特特殊的水文文氣候條件件，為陷穴穴的產(chǎn)生提提供了有利利的外部條條件。該地地區(qū)雨量很很少，但較較集中，全全年暴雨多多發(fā)生在7、8、9三個(gè)月，，尤其在暴暴雨后，大大量地表水水迅速積聚聚，且有一一定的水壓壓力，水透透過黃土像像通過一個(gè)個(gè)小吸管被被吸下去，，陷穴一般般中間大，，進(jìn)口和出出口小。微地形地貌貌特征，對(duì)對(duì)陷穴產(chǎn)生生也有一定定影響。一一般陷穴多多發(fā)生在一一邊靠山，，一邊臨深深溝的地段段，有時(shí)也也發(fā)生在半半填半挖路路塹與路堤堤銜接處、、橋涵臺(tái)背背填土處或或者填土施施工接岔處處等，在地地形起伏波波折變化多多的地方，，特別是緩緩坡突然轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為陡坡地地段，也易易形成陷穴穴。另外黃黃土地區(qū)，，由于植被被不發(fā)達(dá)，，也為水的的滲透提供供了有利條條件。2．黃土陷陷穴類型(1)根據(jù)據(jù)黃土陷穴穴的成因劃劃分①由地表浸浸水形成的的陷穴；②暗流的侵侵蝕作用形形成的陷穴穴；③因動(dòng)植物物和微生物物作用引起起的洞穴；；④人為的洞洞穴；(2)根據(jù)據(jù)黃土陷穴穴的形態(tài)劃劃分①碟形地；；②漏斗狀陷陷穴；③豎井狀陷陷穴；④串珠狀陷陷穴；⑤暗穴；3．黃土陷陷穴的分布布規(guī)律黃土陷穴的的分布具有有一定的規(guī)規(guī)律性。從從地貌看，，在黃土塬塬的邊緣、、河谷階地地的邊緣、、沖溝兩岸岸及河床中中都常有陷陷穴分布。。階地邊緣緣、河谷兩兩側(cè)多為坡坡積的松散散黃土，易易被沖蝕，，因而離階階地斜坡和和溝谷斜坡坡越近，陷陷穴越多。。階地高差差越大，溝溝谷越深，，由于地表表水通過階階地邊緣斜斜坡地帶和和溝谷斜坡坡地帶時(shí)下下滲越厲害害，因而陷陷穴也越深深，有的可可深達(dá)20余米。從從地層上看看，在疏松松的新黃土土層中，尤尤其是現(xiàn)代代上層濕陷陷性黃土地地層，陷穴穴越多越明明顯。地層層越早，陷陷穴發(fā)育也也越受到限限制。4．黃土陷陷穴的探查查和防治黃土陷穴的的探查：為了判斷是是否存在陷陷穴，可對(duì)對(duì)可疑地段段進(jìn)行錐探探。錐探時(shí)時(shí)判別陷穴穴的兩種情情況：(1)在緊緊密土壤中中，下錐時(shí)時(shí)其土層對(duì)對(duì)錐頭的阻阻力大，因因此，用很很大力才能能使錐桿進(jìn)進(jìn)入土中。。如錐頭進(jìn)進(jìn)入陷穴，，土層對(duì)錐錐頭的阻力力突然消失失，錐桿很很快落下，，就證明路路基下部有有陷穴。(2)在疏疏松的土壤壤中，土層層對(duì)錐桿的的阻力很小小，此時(shí)錐錐探者要精精神集中、、細(xì)心錐探探，降低進(jìn)進(jìn)錐速度，，用“高提提輕落”的的方法，緩緩慢下錐，，如遇到陷陷穴，土層層對(duì)錐頭的的阻力突然然消失，錐錐桿自動(dòng)下下落，并在在感覺上也也有不同，，就證明路路基下部有有陷穴。黃土陷穴的的防治：黃土陷穴的的防治采取取預(yù)防和處處治相結(jié)合合的原則，，首先要查查明陷穴的的位置和導(dǎo)導(dǎo)致其產(chǎn)生生的水源，，并作出定定性和定量量分析，根根據(jù)具體情情況分別對(duì)對(duì)待。陷穴的預(yù)防防主要是加加強(qiáng)地表和和路基排水水，改善地地表性質(zhì)，，整平坡面面，消除坑坑洼，減少少水的積聚聚和滲透；；加強(qiáng)植被被保護(hù)和水水土保持，，加強(qiáng)路基基外雨水的的截排和路路基的防滲滲防漏(如如采用土工工合成材料料等)；開開展巡查，，對(duì)容易發(fā)發(fā)生陷穴的的地帶定期期檢查。黃土陷穴的的處治，主主要是根據(jù)據(jù)陷穴的大大小分別采采用灌漿、、開挖回填填等措施。。陷穴較小小的采用明明挖，原土土夯填；陷陷穴較大的的灌泥漿，，分兩次進(jìn)進(jìn)行，待第第一次灌滿滿泥漿干燥燥收縮后再再進(jìn)行第二二次灌漿塞塞空。二、路路堤病病害及及其成成因路堤常常見的的病害害主要要有：：路堤或或基底底沉陷陷；土橋病病害；；路堤局局部坍坍塌與與邊坡坡滑動(dòng)動(dòng)等。。1．沉沉陷變變形路堤的的沉陷陷變形形有人人為因因素和和地基基因素素。人為因因素是是指路路堤本本身填填筑時(shí)時(shí)碾壓壓達(dá)不不到設(shè)設(shè)計(jì)的的壓實(shí)實(shí)度要要求，，這是是路堤堤沉陷陷變形形的主主要原原因之之一。。研究究表明明：濕濕陷性性黃土土壓實(shí)實(shí)干密密度達(dá)達(dá)到16.5kN/m3可明明顯減減少路路堤本本身的的沉陷陷。地基因因素指指由于于堤重重或行行車荷荷載的的作用用引起起的固固結(jié)沉沉降，，對(duì)于于濕陷陷性黃黃土浸浸水后后則引引起濕濕陷變變形。。為減減少路路堤的的沉陷陷變形形，應(yīng)應(yīng)根據(jù)據(jù)黃土土的工工程性性質(zhì)以以及路路堤的的高度度采取取相應(yīng)應(yīng)措施施，其其中利利用土土工合合成材材料加加筋路路堤或或進(jìn)行行防滲滲處理理，能能夠有有效防防止路路堤的的沉陷陷或濕濕陷變變形。。2．土土橋病病害黃土橋橋系指指跨越越溝谷谷的高高填路路堤，，坐落落于崾崾峴或或沖溝溝之上上。土土橋改改變了了原來(lái)來(lái)的水水文、、地質(zhì)質(zhì)條件件和地地形地地貌條條件，，加之之車輛輛動(dòng)荷荷載的的作用用，使使得土土橋與與周圍圍環(huán)境境處于于動(dòng)態(tài)態(tài)平衡衡之中中，一一旦某某種因因素失失去平平衡，，將會(huì)會(huì)產(chǎn)生生土橋橋病害害。水水是引引起土土橋病病害的的根本本原因因，對(duì)對(duì)土橋橋的破破壞作作用主主要表表現(xiàn)如如下:(1)地面面水對(duì)對(duì)土橋橋坡面面的沖沖刷：：當(dāng)土橋橋頂面面兩側(cè)側(cè)排水水溝、、邊溝溝及坡坡面缺缺少必必要的的保護(hù)護(hù)措施施時(shí)，，每當(dāng)當(dāng)雨季季，土土橋坡坡面及及頂面面水只只能沿沿坡面面漫流流。加加之土土橋填填土高高度大大，本本身匯匯水面面積大大，加加劇了了土橋橋坡面面的沖沖刷，，輕則則坡面面沖溝溝縱橫橫，重重則導(dǎo)導(dǎo)致坡坡腳水水土流流失、、崩塌塌，乃乃至路路基失失穩(wěn)。。寧夏S202線線K19+700土土橋坡坡面沖沖刷破破壞寧寧夏夏S202線K19+700土橋橋局部部濕陷陷破壞壞(2)地面面水對(duì)對(duì)土橋橋體的的直向向溶蝕蝕和潛潛蝕;(3)洪水水對(duì)土土橋的的破壞壞：黃黃土地地區(qū)氣氣候干干燥，，植被被覆蓋蓋率差差，降降雨集集中，，暴雨雨時(shí)地地面徑徑流量量大，，水土土流失失嚴(yán)重重。(4)地下下水對(duì)對(duì)橋基基的水水平溶溶蝕、、潛蝕蝕以及及水對(duì)對(duì)土體體的凍凍融作作用：：不同同黃土土地區(qū)區(qū)的土土橋病病害特特征各各異。。土橋橋中涵涵洞病病害率率高，，是土土橋最最主要要的病病害，，因此此排水水系統(tǒng)統(tǒng)對(duì)于于土橋橋來(lái)說說是十十分重重要的的。土橋病害害造成路路面塌陷陷3．路堤堤坍塌與與邊坡滑滑動(dòng)產(chǎn)生路堤堤坍塌與與邊坡滑滑動(dòng)的主主要原因因有：路路堤填筑筑質(zhì)量，，表現(xiàn)為為壓實(shí)度度達(dá)不到到設(shè)計(jì)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)；邊邊坡設(shè)計(jì)計(jì)不當(dāng)，，即確定定的設(shè)計(jì)計(jì)邊坡形形式和坡坡度與實(shí)實(shí)際情況況不符；；路堤地地基土軟軟弱，當(dāng)當(dāng)路堤高高度大于于臨界值值時(shí)，造造成路堤堤整體滑滑動(dòng)；邊邊溝或邊邊坡沖刷刷，邊溝溝水沖刷刷掏空坡坡腳可造造成路堤堤坍塌與與邊坡滑滑動(dòng)。黃土路堤堤邊坡病病害急流槽周周邊濕陷陷破壞三、邊坡坡病害及及其成因因1．邊坡坡病害類類型公路路塹塹一般位位于地面面表層，，開挖后后暴露于于大氣中中，受各各種自然然和人為為因素影影響，路路塹邊坡坡易發(fā)生生破壞變變形。黃土路塹塹邊坡變變形破壞壞方式可可分為剝剝蝕(包包括剝落落和沖刷刷)和滑滑塌(包包括滑坍坍、崩坍坍、坡腳腳坍塌等等)兩種種。(1)邊坡坡剝蝕坡面剝蝕蝕是黃土土邊坡變變形的一一種普通通現(xiàn)象，，一般發(fā)發(fā)生在各各種黃土土層中。。雖然這這種邊坡坡變形不不是坡體體整體變變形，但但對(duì)路塹塹邊溝危危害較大大，會(huì)引引起其他他更嚴(yán)重重的邊坡坡變形或或破壞。。路基邊坡坡剝蝕寧夏S202線線K23附近坡坡面剝落落a)K23+100；；b)K23+300由于坡面面剝蝕嚴(yán)嚴(yán)重，路路塹邊溝溝淤積，，影響了了邊溝排排水，雨雨水侵蝕蝕進(jìn)而可可能造成成邊溝兩兩側(cè)黃土土濕陷，，加劇路路基破壞壞。ab寧夏黑－－海路坡坡面沖刷刷，形成成細(xì)溝、、洞穴和和沖溝屬于典型型的黃土土邊坡，，由于黃黃土強(qiáng)度度低、節(jié)節(jié)理裂隙隙發(fā)育，，當(dāng)坡面面受到?jīng)_沖刷作用用時(shí)，常常引起大大量的水水土流失失，使坡坡面被沖沖刷成紋紋溝、細(xì)細(xì)溝、洞洞穴，并并發(fā)展成成暗溝、、沖溝等等，同時(shí)時(shí)坡體局局部有坍坍塌破壞壞現(xiàn)象(2)邊邊坡滑塌塌黃土邊坡坡的破壞壞方式和和規(guī)模與與黃土層層的構(gòu)造造特征密密切相關(guān)關(guān)。具有有構(gòu)造節(jié)節(jié)理的黃黃土邊坡坡，常呈呈現(xiàn)沿節(jié)節(jié)理面滑滑落；具具有垂直直節(jié)理的的黃土邊邊坡，其其破壞方方式常呈呈現(xiàn)為坍坍塌；無(wú)無(wú)構(gòu)造節(jié)節(jié)理的黃黃土邊坡坡則主要要為滑坡坡破壞。。路塹邊坡坡滑坡路路基邊邊坡沖刷刷、崩坍坍2．邊坡坡侵蝕破破壞機(jī)理理黃土高原原降雨量量不大，，但該地地區(qū)的侵侵蝕強(qiáng)度度卻為全全國(guó)之最最。由于于地表起起伏的存存在及地地表抗沖沖蝕性的的不均勻勻，徑流流在順坡坡向下流流動(dòng)的過過程中必必然發(fā)生生匯集，，水深和和流速逐逐漸增加加形成股股流。這這個(gè)過程程最初以以面狀侵侵蝕為主主，之后后發(fā)展為為細(xì)溝侵侵蝕，以以至于淺淺溝侵蝕蝕。在坡面徑徑流過程程中，徑徑流匯集集成股流流是細(xì)溝溝侵蝕發(fā)發(fā)生的必必要條件件。徑流流匯集以以后，水水深及流流速都比比薄層漫漫流增大大若干倍倍，水流流侵蝕力力及搬運(yùn)運(yùn)泥沙的的能力也也都成倍倍增加。。其結(jié)果果使得地地表橫向向不均勻勻性進(jìn)一一步加大大，徑流流流路漸漸漸固定定，水流流的紊動(dòng)動(dòng)性也不不斷加劇劇。隨著徑流流過程的的不斷持持續(xù)，便便會(huì)在流流路上開開始出現(xiàn)現(xiàn)一系列列的跌水水。跌水水出現(xiàn)后后，流路路縱斷面面上形成成了許多多不連續(xù)續(xù)的斷點(diǎn)點(diǎn)，每個(gè)個(gè)斷點(diǎn)都都是侵蝕蝕的最活活躍點(diǎn)。。除了水水流剪切切應(yīng)力外外，重力力的影響響程度大大大增強(qiáng)強(qiáng)。土粒粒是以塊塊狀滾落落進(jìn)入運(yùn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)態(tài)，侵蝕蝕強(qiáng)度也也隨之急急劇增加加。這些些侵蝕斷斷點(diǎn)便會(huì)會(huì)成為細(xì)細(xì)溝的溝溝頭，在在流水作作用下，，不斷發(fā)發(fā)生溯源源侵蝕，，細(xì)溝也也就不斷斷加長(zhǎng)，，直至多多處溝頭頭貫通，，形成完完整的細(xì)細(xì)溝。跌水形形成是是坡面面侵蝕蝕方式式發(fā)生生變化化的重重要分分界點(diǎn)點(diǎn)，它它標(biāo)志志著細(xì)細(xì)溝開開始形形成，，同時(shí)時(shí)也表表明在在徑流流流路路上，，侵蝕蝕方式式已由由面狀狀侵蝕蝕轉(zhuǎn)為為溝狀狀侵蝕蝕。當(dāng)已進(jìn)進(jìn)入急急流狀狀態(tài)的的坡面面股流流順坡坡流下下時(shí)，，徑流流流路路的寬寬度會(huì)會(huì)有很很大的的變化化，且且在坡坡面不不同的的地方方具有有不同同程度度的寬寬窄變變化。。由于于邊界界條件件的不不規(guī)則則性，，邊壁壁狀況況的改改變會(huì)會(huì)使水水流的的擾動(dòng)動(dòng)產(chǎn)生生一種種波動(dòng)動(dòng)現(xiàn)象象，即即急流流沖擊擊波。。水流流出現(xiàn)現(xiàn)沖擊擊波時(shí)時(shí)，水水面不不僅沿沿縱向向起伏伏變化化，而而且在在橫斷斷面上上的水水深也也發(fā)生生局部部壅高高，水水面上上形成成菱形形波浪浪。由由于急急流具具有很很大的的慣性性，遇遇到邊邊壁擾擾動(dòng)時(shí)時(shí)，便便會(huì)以以很大大的速速度沖沖擊邊邊壁。。而邊邊壁也也對(duì)水水流施施加反反力，，迫使使水流流沿邊邊壁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向，，產(chǎn)生生動(dòng)量量變化化，造造成水水面的的局部部壅高高。沖沖擊波波產(chǎn)生生后水水深、、流速速的變變化與與水流流的性性質(zhì)及及引起起擾動(dòng)動(dòng)的邊邊界條條件有有關(guān)。。徑流深深度的的局部部增大大，沖沖擊波波的出出現(xiàn)，，使得得徑流流在沖沖擊波波交匯匯的地地方出出現(xiàn)局局部徑徑流深深度劇劇增，，其剝剝蝕分分散土土壤的的剪切切應(yīng)力力也隨隨之增增大，，其結(jié)結(jié)果便便會(huì)在在此形形成跌跌水，，從而而誘導(dǎo)導(dǎo)細(xì)溝溝發(fā)生生,最最后形形成沖沖溝或或暗溝溝等，，如下下圖。。因此此，水水流本本身的的流態(tài)態(tài)變化化及局局部擾擾動(dòng)是是導(dǎo)致致細(xì)溝溝溝頭頭形成成的直直接內(nèi)內(nèi)在的的原因因。路基邊邊溝下下蝕形形成淺淺溝、、切溝溝、暗暗洞、、沖溝溝寧寧夏S203線線橋臺(tái)臺(tái)護(hù)坡坡體破破壞3．影影響邊邊坡穩(wěn)穩(wěn)定的的因素素影響邊邊坡穩(wěn)穩(wěn)定的的因素素主要要有坡坡度、、坡長(zhǎng)長(zhǎng)、土土壤硬硬度、、植被被狀況況和護(hù)護(hù)坡工工程等等。(1)坡度度：地地面坡坡度是是決定定徑流流沖刷刷能力力的基基本因因素之之一，，而徑徑流沖沖刷能能力則則是影影響邊邊坡穩(wěn)穩(wěn)定性性的重重要原原因，，徑流流沖刷刷能力力越強(qiáng)強(qiáng)，對(duì)對(duì)邊坡坡的破破壞作作用越越大。。坡度度與徑徑流沖沖刷能能力的的關(guān)系系為，，在一一定的的范圍圍內(nèi)，，坡度度越大大，徑徑流沖沖刷能能力越越強(qiáng)，，侵蝕蝕量也也越大大。然然而，，存在在有一一個(gè)臨臨界坡坡度，，超過過臨界界坡度度，侵侵蝕量量隨坡坡度的的增加加反而而減小小。目目前，，對(duì)臨臨界坡坡度的的研究究還沒沒有統(tǒng)統(tǒng)一的的結(jié)論論，有有人認(rèn)認(rèn)為臨臨界坡坡度為為26°-28°，，而有有的研研究認(rèn)認(rèn)為在在40°左左右。。(2)坡長(zhǎng)長(zhǎng)：已有資資料證明，，在相同降降雨條件下下，坡長(zhǎng)越越長(zhǎng)，它的的徑流量也也越大。坡坡長(zhǎng)越長(zhǎng)，，侵蝕量越越大，邊坡坡越不穩(wěn)定定；同時(shí)，，坡長(zhǎng)增加加也加重了了重力侵蝕蝕。(3)土壤壤硬度：由由于影響土土壤硬度的的因素與土土壤的透水水性、抗蝕蝕性、抗沖沖性有密切切關(guān)系，因因此，土壤壤硬度也是是影響邊坡坡穩(wěn)定性的的重要因素素之一。已已有研究表表明，土壤壤抗沖性隨隨土壤硬度度的減小而而減弱。土土壤硬度的的大小又決決定了植物物的生長(zhǎng)情情況，而植植物對(duì)邊坡坡具有很強(qiáng)強(qiáng)的保護(hù)作作用。(4)植被被狀況：良良好的植被被覆蓋對(duì)防防止土壤侵侵蝕起著積積極作用，，各種條件件下的植被被都有阻止止水蝕和風(fēng)風(fēng)蝕發(fā)生的的作用。植植物的機(jī)械械效應(yīng)有固固結(jié)土體、、降低風(fēng)速速等作用。。(5)護(hù)護(hù)坡工程程：護(hù)坡坡工程可可有效地地防止崩崩塌、滑滑坡等重重力侵蝕蝕，并對(duì)對(duì)減弱溝溝蝕也有有一定的的積極作作用.在黃土地地區(qū)，穿穿越溝谷谷除采用用黃土橋橋外，不不少地段段采用建建橋方案案。由于于溝壑縱縱橫、谷谷坡陡峻峻，在暴暴雨季節(jié)節(jié)，橋臺(tái)臺(tái)護(hù)坡體體往往受受到雨水水的強(qiáng)烈烈沖刷作作用。如如果路堤堤邊坡表表層土質(zhì)質(zhì)松散，，漿砌片片石護(hù)坡坡不能與與路堤緊緊密結(jié)合合，雨水水滲入往往往會(huì)引引起表層層松散黃黃土濕陷陷、漿砌砌片石局局部下沉沉，從而而出現(xiàn)護(hù)護(hù)坡面凹凹凸不平平，并多多處開裂裂。由于于橋臺(tái)基基礎(chǔ)產(chǎn)生生不均勻勻沉降變變形，往往往導(dǎo)致致局部護(hù)護(hù)坡體失失穩(wěn)滑塌塌。4．邊坡病病害的防治治黃土地區(qū)極極易發(fā)生邊邊坡破壞變變形，對(duì)公公路建設(shè)危危害極大。。在所調(diào)查查的省道202、國(guó)國(guó)道309、黑一海海路、預(yù)一一惠路等都都見到了不不同程度的的路塹邊坡坡破壞現(xiàn)象象。對(duì)于這這些病害，，應(yīng)堅(jiān)持預(yù)預(yù)防為主。。對(duì)于剝蝕蝕破壞，一一般可以采采取工程措措施來(lái)防護(hù)護(hù)，而對(duì)滑滑塌破壞必必須在邊坡坡設(shè)計(jì)過程程中對(duì)邊坡坡滑塌穩(wěn)定定性作出正正確預(yù)測(cè)，，并采取相相應(yīng)的工程程措施來(lái)控控制。第三節(jié)土土工合成材材料防治黃黃土路基病病害的應(yīng)用用技術(shù)一、概述黃土地區(qū)公公路路基病病害的主要要表現(xiàn)形式式為路基沉沉陷或陷穴穴、路堤或或基底沉陷陷、坡面滑滑溜、路堤堤局部滑坍坍或整體滑滑坡、土橋橋病害等。。黃土特殊殊的工程特特性導(dǎo)致了了黃土地區(qū)區(qū)公路病害害的產(chǎn)生，，其中黃土土的濕陷性性是引起路路基破壞的的主要因素素，而黃土土濕陷性與與水的潛蝕蝕作用導(dǎo)致致的路基濕濕陷，對(duì)公公路危害極極大。因此此，設(shè)置完完善的防、、排水系統(tǒng)統(tǒng)，最大限限度地降低低地基受水水浸濕的可可能性是防防止黃土濕濕陷破壞的的首選措施施，也是最最經(jīng)濟(jì)的技技術(shù)措施。。在黃土路基基中加入土土工合成材材料，其目目的就是要要防水和減減載。利用用土工合成成材料所產(chǎn)產(chǎn)生的剪力力及拉力以以改變路基基的受力狀狀態(tài)，使路路基能夠均均勻承受荷荷載，減少少路基的局局部沉降及及側(cè)向位移移，提高路路基的承載載力。利用土工合合成材料防防治路基病病害，不僅僅要改變其其受力狀態(tài)態(tài)，還要解解決地表水水及地下水水的排導(dǎo)、、隔離、防防滲等，并并進(jìn)行必要要的加固，，使路基免免受水的侵侵害。二、試驗(yàn)路路段土樣的的室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)土樣選白銀銀古高速公公路輔道K13+140－K13+200試驗(yàn)驗(yàn)路段，共共取6組原原狀土樣和和3組擾動(dòng)動(dòng)土樣，室室內(nèi)試驗(yàn)包包括以下內(nèi)內(nèi)容。1．黃土物物理性質(zhì)試試驗(yàn)(1)顆粒粒分析試驗(yàn)驗(yàn)，分別對(duì)對(duì)6組原狀狀土樣和3組擾動(dòng)土土樣進(jìn)行了了顆粒分析析試驗(yàn)，結(jié)結(jié)果見下表表從顆粒分析析試驗(yàn)可以以看出，該該處地基土土主要為顆顆粒小于0.25mm的粉狀狀黃土，粉粉粒直徑范；；少數(shù)土樣樣是以黏粒粒(<0.005mm)為主主的粉質(zhì)黏黏土或以粉粉砂粒(0.25-0.075mm)為主的粉粉砂。從黃黃土土的的顆顆粒粒分分析析結(jié)結(jié)果果可可知知，，該該區(qū)區(qū)黃黃土土為為近近源源風(fēng)風(fēng)積積為為主主，，顆顆粒粒主主要要為為粉粉粒粒，，含含有有較較多多的的粉粉砂砂粒粒。。(2)物物理理性性質(zhì)質(zhì)試試驗(yàn)驗(yàn)分別別對(duì)對(duì)6組組原原狀狀土土樣樣和和3組組擾擾動(dòng)動(dòng)土土樣樣進(jìn)進(jìn)行行了了土土的的物物理理性性質(zhì)質(zhì)試試驗(yàn)驗(yàn)，，結(jié)結(jié)果果表表明明，該該試驗(yàn)驗(yàn)段段粉粉狀狀黃黃土土的的天天然然含含水水量量一一般般在在10％％左左右右，，天天然然密密度度為，，干干密密度度為為1.45-158g/cm3，，飽飽和和度度為為32.6％％-31.9％％，，天天然然孔孔隙隙比比為。。說說明明該該段段黃黃土土由由于于粉粉粒粒含含量量較較高高，，并并含含有有少少量量粉粉砂砂粒粒，，導(dǎo)導(dǎo)致致黃黃土土具具有有較較大大的的干干密密度度和和較較小小的的孔孔隙隙比比，，并并且且具具有有較較好好的的透透氣氣性性和和透透水水性性。。所所以以，，該該處處黃黃土土具具有有較較低低的的天天然然含含水水量量。。試驗(yàn)結(jié)果換換表明：黃黃土的液限限較低，一一般為21.2％－－27.4％，說明明該處黃土土由于粉粒粒含量較高高，在較低低的含水量量時(shí)即可產(chǎn)產(chǎn)生液化，，易導(dǎo)致黃黃土的濕陷陷和破壞。。因此，黃黃土路基的的病害防治治應(yīng)以防水水為主，并并輔以其他他的工程措措施。2．黃土力力學(xué)性質(zhì)試試驗(yàn)分別對(duì)6組組原狀土樣樣和3組擾擾動(dòng)土樣進(jìn)進(jìn)行了壓縮縮試驗(yàn)、擊擊實(shí)試驗(yàn)、、三軸排水水固結(jié)試驗(yàn)驗(yàn)和無(wú)側(cè)限限抗壓強(qiáng)度度試驗(yàn)。試試驗(yàn)結(jié)果分分別如下銀古高速公公路輔道K13+140-K13+200土的的壓縮性質(zhì)質(zhì)試驗(yàn)3．黃土的的水理性質(zhì)質(zhì)試驗(yàn)(1)滲透透試驗(yàn)室內(nèi)滲透試試驗(yàn)的目的的主要是對(duì)對(duì)土樣的滲滲透系數(shù)進(jìn)進(jìn)行分析和和測(cè)定，其其結(jié)果見下下表。從表表中滲透系系數(shù)的數(shù)據(jù)據(jù)可見，不不同土樣的的滲透系數(shù)數(shù)變化較大大。在同一一條線路取取不同土樣樣，其滲透透系數(shù)的差差異可達(dá)兩兩個(gè)數(shù)量級(jí)級(jí)之大，說說明其濕陷陷性有較大大差別。銀古高速公公路輔道K13+140—K13+200滲透透試驗(yàn)圖1滲透流流量與時(shí)間間關(guān)系圖圖2縱向、、橫向滲透透剖面圖黃土的滲透透性除了反反映黃土的的透水性能能和特點(diǎn)之之外，還是是研究黃土土濕陷性的的重要參數(shù)數(shù)。觀測(cè)結(jié)結(jié)果表明，，在長(zhǎng)時(shí)間間滲透過程程中，黃土土的滲透系系數(shù)與滲透透時(shí)間有關(guān)關(guān)，隨時(shí)間間的增加滲滲透系數(shù)逐逐漸變小，，最后穩(wěn)定定在某一數(shù)數(shù)值上，如如下圖1由圖1可以以看出，滲滲透在時(shí)間間上的變化化規(guī)律是：：在滲透初初期，滲透透急劇增加加，滲透系系數(shù)是值為為3.4m/d，連連續(xù)滲透3-5d后后，滲透速速度大大降降低，其值值降為不足足1.0m/d，20d后，，是值降為為0.08m/d，，可見，滲滲透主要在在最初2d完成。圖2可以看看出，滲透透在垂直方方向上大于于水平方向向，向深處處垂直滲透透的速度常常常數(shù)倍或或十?dāng)?shù)倍于于水平方向向。當(dāng)滲透透時(shí)間繼續(xù)續(xù)時(shí)，垂直直向滲透深深度由10m達(dá)到14m，相相應(yīng)的水平平向擴(kuò)展到到4m左右右。圖1滲透流流量與時(shí)間間關(guān)系圖圖2縱向、、橫向滲透透剖面圖(2)濕陷陷試驗(yàn)土樣的濕陷陷試驗(yàn)結(jié)果果見下表。。銀古高速公公路輔道K13+140-K13+200黃土土的濕陷性性試驗(yàn)濕陷試驗(yàn)表表明，只有有2-(1)和3-(2)兩兩個(gè)土樣濕濕陷性較為為明顯，為為中等濕陷陷性黃土(濕陷系數(shù)數(shù)為0.03-0.06之間間)，其他他土樣濕陷陷性均不明明顯。4．黃土的成分分分析(1)黃黃土含鹽量量分析根據(jù)野外調(diào)調(diào)查結(jié)果，，我國(guó)西部部地區(qū)尤其其是寧夏黃黃土中含有有大量的白白色粉末狀狀鹽，包括括易溶鹽、、中溶鹽和和難溶鹽三三種。易溶溶鹽是指Na、K、、Mg、Ca的氯酸酸鹽、碳酸酸鹽和硫酸酸鹽(NaCl，KCl，NazS04，Na2CO。。)；中溶溶鹽是指石石膏(CaSO，)；難溶鹽鹽是指碳酸酸鈣(CaCO。)?？扇茺}在黃黃土中常以以鈣質(zhì)結(jié)核核的形式出出現(xiàn)，另外外還有鈣質(zhì)質(zhì)膠結(jié)層、、燕尾式石石膏、白色色鹽霜、堿堿皮等，主主要存在于于老黃土中中，其中的的易溶鹽如如NaCl、KCl等含量愈愈高，其濕濕陷性一般般愈大。在在公路病害害調(diào)查時(shí)，，不同程度度地見到了了這些現(xiàn)象象，含有可可溶鹽是西西北黃土的的一個(gè)重要要標(biāo)志，其其變化規(guī)律律：由北向向南，自西西向東，可可溶鹽含量量漸減。中溶鹽(CaS04)由于其其結(jié)晶體的的特殊作用用，對(duì)濕陷陷和顆粒結(jié)結(jié)構(gòu)的破壞壞起加速或或促進(jìn)作用用。中溶鹽鹽含量愈多多，則濕陷陷性愈大。。難溶鹽(CaCO3)在黃土土中既起骨骨架作用，，又起膠結(jié)結(jié)作用。(2)X射射線衍射分分析X射線衍射射分析表明明，中國(guó)各各地黃土的的礦物成分分基本一致致。但是黃黃土中的微微晶碳酸鈣鈣趨向于自自東·而西西、自南而而北的增加加。無(wú)定形形物質(zhì)莉相相離子交換換容量(CEC)有有著明顯的的自東而西西、自南而而北減少的的趨勢(shì)，如如表7-11所示。。我國(guó)各地黃土土的物理化學(xué)學(xué)性質(zhì)三、黃土路堤堤應(yīng)力變形分分析為了制訂合理理有效的防治治方案，在路路基病害調(diào)查查和試驗(yàn)路段段土樣室內(nèi)試試驗(yàn)的基礎(chǔ)上上，采用了有有限元法對(duì)黃黃土路堤在加加筋和無(wú)筋條條件下的應(yīng)力力和變形進(jìn)行行了數(shù)值分析析。1．黃土路堤堤應(yīng)力變形分分析用有限元計(jì)算算方法分析土土體的應(yīng)力和和變形及水與與土骨架的應(yīng)應(yīng)力耦合關(guān)系系等，可以深深入了解黃土土路堤的應(yīng)力力分布和變形形特點(diǎn)，探討討加筋路堤數(shù)數(shù)值模型的機(jī)機(jī)理，從而為為制訂合理的的設(shè)計(jì)方案提提供依據(jù)。(1)數(shù)值模模型的假定①路堤的縱向向是足夠長(zhǎng)的的，故按平面面應(yīng)變問題來(lái)來(lái)考慮；②填土和地基基土的本構(gòu)關(guān)關(guān)系采用Drucker-Prager彈塑性性模型；③邊界條件：：右側(cè)施加無(wú)無(wú)限單元，約約束其右端橫橫向位移，左左邊沿公路中中線約束橫向向位移；下部部取路堤地面面線以下4.6m，約束束下部的豎向向位移。路堤幾何尺寸寸如圖所示。。路堤幾何尺寸寸(尺寸單位位；cm)路面結(jié)構(gòu)為3cm的瀝青青混凝土面層層加18cm的水穩(wěn)層加加6如m的砂砂礫層，填土土與地基之間間有50cm的灰土墊層層，兩者之間間為擾動(dòng)填土土，墊層以下下為天然地基基土。計(jì)算參數(shù)取值值見表計(jì)算參數(shù)取值值表網(wǎng)格的劃分以以及邊界條件件的處理如圖圖7-21所所示。邊界以及網(wǎng)格格劃分示意圖圖(尺寸單位位：m)(2)路堤堤變形、強(qiáng)度度分析分析路堤變形形云圖可以看看出，豎向壓壓縮變形最大大的部位集中中在路堤中心心靠近地面部部分；橫向壓壓縮變形最大大的部位是路路堤的上部，，產(chǎn)生橫向拉拉伸變形的部部位為坡腳不不加格柵時(shí)的的以下5m左左右的地方。。路堤的應(yīng)力云云圖顯示：豎豎向壓應(yīng)力與與豎向壓縮變變形部位一致致，集中在路路堤中心靠近近地面部分，，豎向拉應(yīng)力力也與坡腳及及坡腳以外的的路基豎向拉拉伸或拱起部部分一致。橫橫向應(yīng)力云圖圖中，在路堤堤和地基接觸觸面出現(xiàn)了一一個(gè)明顯的橫橫向應(yīng)力受拉拉條帶，也就就是路堤極易易產(chǎn)生橫向滑滑動(dòng)的部位。。以上圖形所顯顯示的應(yīng)力集集中的地方也也是變形最大大的地方，這這些特殊的部部位，正是使使路堤首先產(chǎn)產(chǎn)生破壞的地地方。(3)加入格格柵時(shí)的路堤堤變形、強(qiáng)度度分析仍采用有限元元分析方法進(jìn)進(jìn)行數(shù)值分析析，計(jì)算模型型同不加筋方方案。采用土工實(shí)驗(yàn)驗(yàn)報(bào)告的參數(shù)數(shù)取值(見表表7-9)。。格柵的性能能指標(biāo)為：彈彈性模量正＝＝6.2892×108(Pa)，面積A＝＝4.856×10-4(m2)，，密度ρ＝210(kg/m3)，，縱向抗拉強(qiáng)強(qiáng)度8.9(kN/m)，橫向抗拉拉強(qiáng)度5.9(kN/m)。加入土工格柵柵后，與不加加前對(duì)比分析析其路堤變形形云圖可以看看出，雖然變變形區(qū)域基本本一致，但變變形趨勢(shì)有所所減緩，說明明土工材料在在起作用。加入土工格柵柵后，與不加加相比，在數(shù)數(shù)值上有變化化，特別是橫橫向應(yīng)力顯示示出比較均勻勻的受壓狀態(tài)態(tài)和穩(wěn)定的受受力趨勢(shì)2．加筋原理普通路基都有有一定的抗壓壓和抗剪強(qiáng)度度，而抗拉強(qiáng)強(qiáng)度卻很低。。在路基內(nèi)鋪鋪設(shè)適當(dāng)?shù)募蛹咏畈牧?，可可以不同程度度地改善路基基的?qiáng)度和變變形狀態(tài)，土土工合成材料料在土體內(nèi)以以筋材作為抗抗拉構(gòu)件，與與土體產(chǎn)生相相互摩擦，限限制土體的側(cè)側(cè)向變形，增增強(qiáng)土體的整整體性，從而而提高土體的的抗剪強(qiáng)度。。加筋土強(qiáng)度度的提高或者者說加筋土體體自主穩(wěn)定性性的增加，其其基本原理存存在于筋一土土之間的相互互摩阻聯(lián)結(jié)之之中。加筋路基承受受拉力后，主主要通過兩個(gè)個(gè)途徑來(lái)改善善土體的力學(xué)學(xué)性能：一是是減少本該由由土體承受的的剪力；另外外就是通過增增加剪切面上上的正應(yīng)力，，提高土體的的抗剪強(qiáng)度。。當(dāng)土體沿潛在在的破裂面發(fā)發(fā)生剪切變形形時(shí)，土體中中出現(xiàn)了壓應(yīng)應(yīng)變和拉應(yīng)變變。如果將加加筋沿拉應(yīng)變變的方向設(shè)置置，剪切變形形使加筋受拉拉，加筋就能能有效地發(fā)揮揮作用。一般來(lái)說，加加筋的層數(shù)越越多，拉筋的的強(qiáng)度越高，，加筋層填土土內(nèi)摩擦角越越大，此時(shí)加加筋的結(jié)構(gòu)效效應(yīng)越明顯。。為了使加筋材材料產(chǎn)生拉應(yīng)應(yīng)力，必須將將其布置在土土體中的拉伸伸變形區(qū)，并并且最好沿著著主拉應(yīng)變方方向。這樣土土體中的拉應(yīng)應(yīng)力傳遞給鄰鄰近的加筋材材料，使筋材材作為抗拉構(gòu)構(gòu)件，而土體體本身只承受受壓應(yīng)力和剪剪應(yīng)力?；谟谏仙鲜鍪龇址治鑫觯?，在在下下面面的的加加筋筋路路基基試試驗(yàn)驗(yàn)方方案案中中將將重重點(diǎn)點(diǎn)利利用用以以下下功功能能。。(1)擴(kuò)擴(kuò)散散應(yīng)應(yīng)力力；；由由于于加加筋筋路路基基增增加加了了路路基基的的整整體體剛剛度度，，將將有有利利于于上上部部荷荷載載的的擴(kuò)擴(kuò)散散并并均均勻勻地地傳傳遞遞到到地地基基土土層層。。(2)調(diào)調(diào)整整不不均均勻勻沉沉降降；；由由于于加加筋筋墊墊層層的的作作用用，，加加大大壓壓縮縮層層范范圍圍內(nèi)內(nèi)地地基基的的整整體體剛剛度度，，有有利利于于調(diào)調(diào)整整地地基基變變形形。。(3)增大大地基穩(wěn)定定性；由于于加筋墊層層的約束，，整體上限限制了地基基土的剪切切、側(cè)向擠擠出和隆起起·．(4)提高高路堤邊坡坡的整體穩(wěn)穩(wěn)定性；由由于筋材作作為一種抗抗拉構(gòu)件，，與土體產(chǎn)產(chǎn)生相互摩摩擦，限制制了土體的的側(cè)向變形形，保證了了路堤邊坡坡的整體穩(wěn)穩(wěn)定性。(5)減少少路基整體體的總沉降降量；抗拉拉加筋土工工材料，不不僅約束橫橫向變形，，同時(shí)能起起一種張力力膜的作用用，減少垂垂直變形，，阻斷剪切切帶的產(chǎn)生生，從而提提高加筋土土的承載力力，減少路路基土的總總沉降量。。四、現(xiàn)場(chǎng)試試驗(yàn)方案及及施工工藝藝為了驗(yàn)證應(yīng)應(yīng)用土工合合成材料防防治黃土地地區(qū)路基病病害的可行行性與有效效性，在室室內(nèi)試驗(yàn)和和數(shù)值分析析的基礎(chǔ)上上，本課題題選擇銀古古高速公路路輔道、中中郝高速公公路和銀古古高速公路路中的部分分路段，進(jìn)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)試驗(yàn)研究究。1．土工合合成材料防防治黃土路路堤穩(wěn)定性性破壞的應(yīng)應(yīng)用技術(shù)1)試驗(yàn)方方案以銀古高速速公路輔道道K13十十150一一K13+210填填方段(填填高8.30m)為為試驗(yàn)路段段，該路段段地質(zhì)特征征：表層為為風(fēng)積黃土土(低液限限黏土)，，分布深度度0.20-8.00m，為為非自重濕濕陷性黃土土場(chǎng)地，總總濕陷量厶厶‘＝4.90-24.70cm，濕濕陷等級(jí)為為I(輕微微)級(jí)或II(中等等濕陷)級(jí)級(jí)。其下為為卵石，局局部缺失，，厚0.2-1.8m，下伏伏第三系泥泥巖。第三三系泥巖為為膨脹巖土土，全風(fēng)化化呈土狀，，為一般的的膨脹性軟軟巖。土工合成材材料選擇型型號(hào)為SN一286型土工格格柵，其性性能指標(biāo)為為：彈性模模量正＝6.2892X10s(Pa)，單單位面積質(zhì)質(zhì)量＝623g/m’，密度度盧＝210(kg/m3)，縱向抗抗拉強(qiáng)度8.9(kN/m)，橫向抗抗拉強(qiáng)度5.9(kN/m)，網(wǎng)孔尺尺寸為28mmX28mm。。根據(jù)黃土的的物理力學(xué)學(xué)性質(zhì)及黃黃土路堤的的應(yīng)力與變變形分析計(jì)計(jì)算，確定定防治路堤堤的沉陷和和滑坍的加加筋設(shè)計(jì)方方案如下：：對(duì)于填方路路段，邊坡坡i＝1；；1.5，，在路堤基基底以上2m范圍內(nèi)內(nèi)，距路堤堤邊坡外緣緣5-10cm，路路堤的兩端端鋪設(shè)寬為為4.5m的土工格格柵，層間間距為50cm，可可以起到固固結(jié)邊坡，，增加邊坡坡穩(wěn)定性的的作用。為為增加路基基的承載能能力，隔層層全斷面鋪鋪設(shè)土工格格柵，并在在基底鋪設(shè)設(shè)50cm的三七灰灰土穩(wěn)定層層。為保證證路堤壓實(shí)實(shí)度，路堤堤施工寬度度加寬20-30cm。土工工格柵橫向向鋪設(shè)，搭搭接30-50cm。鋪完之之后，應(yīng)盡盡快填土隱隱蔽，防止止車壓日曬曬。鋪設(shè)方方案如下圖圖2)施工(1)土工工格柵的鋪鋪設(shè)①先用剪刀刀將土工格格柵按設(shè)計(jì)計(jì)尺寸裁剪剪好，整齊齊堆放。②將碾壓密密實(shí)的填土土表面整平平，清除表表面堅(jiān)硬凸凸出物。③土工格柵柵外緣距路路堤邊坡外外緣要保持持5-10cm，以以防止刷坡坡后，土工工格柵外露露老化。④測(cè)設(shè)路基基邊線樁位位，掛上線線繩，用白白灰灑出土土工格柵外外側(cè)線。⑤將裁剪好好的土工格格柵逐一密密貼擺放在在填土面上上，并將土土工格柵強(qiáng)強(qiáng)度高的方方向垂直于于線路軸線線方向。⑥將土工格格柵拉緊展展開，將相相鄰的各幅幅土工格柵柵用鐵絲綁綁扎搭接起起來(lái)，每隔隔10cm一個(gè)綁扎扎點(diǎn)，搭接接長(zhǎng)度不小小于10cm，采用用U形鐵絲絲卡將土工工格柵固定定于土層表表面，U形形卡間相距距50cm，梅花形形布置。土土工格柵鋪鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)如如圖土工格柵鋪鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)(2)黃土土路堤的填填筑①對(duì)黃土路路堤的填筑筑，應(yīng)先做做試驗(yàn)段，，確定碾壓壓厚度、壓壓實(shí)遍數(shù)和和松鋪系數(shù)數(shù)等參數(shù)后后，再全面面展開施工工。②黃土路堤堤的填筑，，主要是通通過自卸汽汽車運(yùn)土，，推土機(jī)初初平，平地地機(jī)精平，，壓路機(jī)分分層碾壓來(lái)來(lái)完成。③自卸汽車車卸土?xí)r，，盡量不要要碾壓土工工格柵，汽汽車后輪距距土工格柵柵邊緣0.2-0.4m，車車內(nèi)土方卸卸落時(shí)，正正落于土工工格柵的中中心部位而而后向周圍圍散開，恰恰好埋住整整個(gè)土工格格柵。這樣樣汽車既不不會(huì)直接碾碾壓到土工工格柵上，，造成破壞壞，同時(shí)，，土工格柵柵也不會(huì)發(fā)發(fā)生移動(dòng)，，確保位置置準(zhǔn)確。④當(dāng)兩側(cè)土土工格柵鋪鋪完后，汽汽車在中間間路面剩余余的寬度內(nèi)內(nèi)無(wú)法調(diào)頭頭時(shí)，只能能先單側(cè)鋪鋪設(shè)土工格格柵，待其其上填土推推平碾壓后后，汽車就就可以在這這一側(cè)行走走、調(diào)頭，，隨后鋪設(shè)設(shè)另一側(cè)土土工格柵。。⑤為保證壓實(shí)實(shí)質(zhì)量，路堤堤每側(cè)加寬20-30cm，并對(duì)每每層土邊緣采采取壓路機(jī)沿沿路中心線成成45’角的的方向夯壓，，這樣既可保保證施工機(jī)械械的安全，又又可保證路堤堤邊緣的壓實(shí)實(shí)度。2．土工合成材料料防治低填淺淺挖段路基沉沉陷和陷穴的的應(yīng)用技術(shù)降低路基的填填土高度，不不僅可以獲得得明顯的經(jīng)濟(jì)濟(jì)效益，而且且可以避免由由于黃土而產(chǎn)產(chǎn)生的一切不不良效果，對(duì)對(duì)于低等級(jí)公公路，更具有有現(xiàn)實(shí)意義。。在路堤底部部加鋪復(fù)合土土工膜布，不不僅可以阻止止地面水向路路基底部的下下滲，即起到到隔水防滲的的作用，還可可以保證原狀狀土不被擾動(dòng)動(dòng)，強(qiáng)度不會(huì)會(huì)降低，并可可減少沉降量量，均化地基基應(yīng)力。土工工布的加筋抗抗拉作用，可可使上部填土土荷載對(duì)地基基造成的附加加應(yīng)力傳遞深深度減少，減減少地基壓縮縮層影響深度度。如果結(jié)合合三七灰土結(jié)結(jié)構(gòu)，既可增增加地基的承承載能力，又又可防止地表表水的下滲，，從而有效地地避免沉陷和和陷穴的發(fā)生生。(1)試驗(yàn)方方案試驗(yàn)路段為銀銀古高速公路路輔道K12+190-K12+290段，填填土高度0.30m，為為低填方路段段。試驗(yàn)段地地質(zhì)特征：表表層為濕陷等等級(jí)為Ⅱ級(jí)的的風(fēng)積黃土(低液限黏土土)，分布深深度0.20-8.00m，為非自自重濕陷性黃黃土場(chǎng)地。土工合成材料料選擇長(zhǎng)絲復(fù)復(fù)合土工膜(二布一膜)，其物理力力學(xué)性能指標(biāo)標(biāo)見表長(zhǎng)絲復(fù)合土工工膜物理力學(xué)學(xué)性能指標(biāo)表表(2)施工工工藝①基底處理：：當(dāng)填方高度度較小，邊坡坡i＝1：1.5時(shí)，在在進(jìn)行基底處處理前，先對(duì)對(duì)基底進(jìn)行夯夯實(shí)，提高地地基的承載力力。②鋪土工膜：：在鋪設(shè)土工工膜之前，下下層填料或墊墊層應(yīng)平整、、密實(shí)，對(duì)表表面碎石、塊塊石等堅(jiān)硬凸凸出物進(jìn)行嚴(yán)嚴(yán)格清理，防防止其對(duì)土工工膜造成直接接破壞，影響響土工膜的性性能，而起不不到防滲的作作用。如路基基地下水位較較高或有積水水可能，應(yīng)考考慮橫向排水水層的設(shè)置。。鋪設(shè)復(fù)合土工工膜時(shí)，可采采用機(jī)械或人人工鋪設(shè)。為控制防滲效效果，土工膜膜的橫向搭接接長(zhǎng)度取30cm。土工工膜沿線路縱縱向兩幅的搭搭接長(zhǎng)度不小小于0.5m，并保證接接頭處不滲漏漏。施工時(shí)，嚴(yán)格格按照《公路路土工合成材材料應(yīng)用技術(shù)術(shù)規(guī)范》(JTJ/T019-98)進(jìn)行。。土工膜鋪設(shè)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)(3)工后效效果檢驗(yàn)該段路基于2003年9月初鋪筑完完畢，已經(jīng)過過半年多時(shí)間間，并經(jīng)歷了了秋雨的浸蝕蝕和凍融變化化，在春融最最不利季節(jié)，，對(duì)路況進(jìn)行行了強(qiáng)度測(cè)定定，結(jié)果如表表從路面彎沉測(cè)測(cè)定結(jié)果看，，路面整體強(qiáng)強(qiáng)度未見異常常，強(qiáng)度和穩(wěn)穩(wěn)定性能良好好。但在雨水水的浸蝕下，，肯定會(huì)有不不同變化。3．土工合成成材料防治填填方段黃土路路基沉陷和陷陷穴的應(yīng)用技技術(shù)1)試驗(yàn)方案案(1)方案一一銀古高速公路路輔道K13+150-K13+210段，填填方高度8.3m。地質(zhì)質(zhì)特征：表層層為風(fēng)積黃土土(低液限黏黏土)，分布布深度0.20-8.00m，為非非自重濕陷性性黃土場(chǎng)地，，總濕陷量厶，，濕陷等級(jí)為為I(輕微)級(jí)或Ⅱ(中中等濕陷)級(jí)級(jí)。其下為卵卵石，局部缺缺失，厚0.2-1.8m，下伏第第三系泥巖。?？紤]路堤橫向向排水，雖設(shè)設(shè)有涵洞，但但在路堤兩側(cè)側(cè)仍有聚水可可能，以灰土土換填和防水水土工膜相結(jié)結(jié)合的方法進(jìn)進(jìn)行處理。為為阻止地表水水下滲以增加加地基承載力力，對(duì)原基底底進(jìn)行夯實(shí)后后，填筑50cm三七灰灰土，并在路路基兩側(cè)修筑筑灰土隔水墻墻，在隔水墻墻內(nèi)側(cè)鋪設(shè)防防水土工膜，，并深入基底底150cm。基底處理理及土工膜鋪鋪設(shè)方案見下下圖（尺寸寸單位cm））(2)方案二二中郝高速公路路興仁段K295+000一K295+870為填方路段段，填方高度度3.5m。。地質(zhì)特征：：0-5m為為較強(qiáng)烈濕陷陷性黃土，5-10m屬屬輕微濕陷性性黃土，10m以下為不不濕陷黃土。。0-10m均為非自重重濕陷性黃土土。黃土呈灰灰黃色，局部部夾細(xì)砂，強(qiáng)強(qiáng)度較低。該段地勢(shì)低洼洼，在路基填填筑完成后，，由于突降暴暴雨，排水不不暢，路基黃黃土受到積水水的浸泡，導(dǎo)導(dǎo)致黃土發(fā)生生顯著濕陷下下沉，引起路路基左側(cè)沿縱縱向開裂，最最寬處達(dá)40cm。鑒于于此，在路基基左側(cè)(迎水水面)和右側(cè)側(cè)分別布置寬寬8m、4m的護(hù)坡道，，并在左側(cè)護(hù)護(hù)坡道下50cm處鋪設(shè)設(shè)防水土工膜膜，土工膜伸伸入地表以下下1.5m，，如圖所示。。該方案經(jīng)專專家論證已被被采納。2)施工工藝藝(1)方案一一：①在對(duì)基底進(jìn)進(jìn)行處理前，，先對(duì)基底進(jìn)進(jìn)行夯實(shí)，提提高地基的承承載力，壓實(shí)實(shí)度不低于93％。②在對(duì)基底夯夯實(shí)后，即可可進(jìn)行三七灰灰土換填。當(dāng)當(dāng)換填高度為為100cm時(shí)，按壓實(shí)實(shí)厚度為25cm，分四四層進(jìn)行碾壓壓，壓實(shí)度不不低于95％％。③在路基排水水上游一側(cè)，，距路基坡角角100cm的公路用地地范圍內(nèi)，沿沿路線縱向設(shè)設(shè)置50X150cm的的三七灰土擋擋水墻。④鋪土工布。。參照低填淺淺挖段土工膜膜的鋪設(shè)方法法，并嚴(yán)格按按照《公路土土工合成材料料應(yīng)用技術(shù)規(guī)規(guī)范》(JTJ/T019-98)進(jìn)行。(2)方案二二：①在鋪設(shè)土工工膜之前，應(yīng)應(yīng)整平坡面和和護(hù)坡道。下下層填料或墊墊層應(yīng)平整、、密實(shí)，對(duì)表表面碎石、塊塊石等堅(jiān)硬凸凸出物進(jìn)行嚴(yán)嚴(yán)格清理，防防止其對(duì)土工工膜造成直接接破壞，影響響土工膜的性性能而起不到到防滲的作用用。②鋪設(shè)復(fù)合土土工膜時(shí)，可可采用機(jī)械或或人工鋪設(shè)。。鋪設(shè)前，先先將一端用固固定器固定，，然后用機(jī)械械或人力拉緊緊，拉力應(yīng)適適當(dāng)。鋪設(shè)時(shí)時(shí)不允許出現(xiàn)現(xiàn)卷曲、扭結(jié)結(jié)和褶皺現(xiàn)象象，最后用固固定器固定另另一端。固定定器一般采用用固定釘和固固定鐵皮。③為保證證防滲效效果，土土工膜的的搭接長(zhǎng)長(zhǎng)度取20一30cm。在坡坡面上鋪鋪設(shè)時(shí)，，宜白下下而上鋪鋪設(shè)并就就地聯(lián)結(jié)結(jié)。土工工膜應(yīng)緊緊貼被保保護(hù)層，，但不宜宜拉得過過緊。④施工時(shí)時(shí)，嚴(yán)格格按照《《公路土土工合成成材料應(yīng)應(yīng)用技術(shù)術(shù)規(guī)范》》(JTJ/T019-98)進(jìn)進(jìn)行。3)工后后效果檢檢驗(yàn)在新建的的銀古高高速公路路輔道K13+150-K13+210段段，為防防止路基基的濕陷陷沉降破破壞，按按方案一一對(duì)路基基進(jìn)行了了治理，，效果明明顯，雖雖經(jīng)過了了2003年秋秋雨和2004年春融融，未見見異常發(fā)發(fā)生，保保持了理理想的強(qiáng)強(qiáng)度和穩(wěn)穩(wěn)定性。。中郝高速速公路興興仁段，，在2002年年夏季，，突降暴暴雨，路路基迎水水面聚水水，由于于路基強(qiáng)強(qiáng)烈的濕濕陷沉降降，導(dǎo)致致路堤破破壞。Z003年按方方案二對(duì)對(duì)K295+000一一K295+870路路段重新新填筑后后，已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)數(shù)場(chǎng)大雨雨的沖刷刷和浸泡泡，即便便在2004年年春融最最不利季季節(jié)，也也保持了了良好的的整體強(qiáng)強(qiáng)度和穩(wěn)穩(wěn)定性。。4．土工工合成材材料防治治新舊黃黃土路基基不均勻勻沉降的的應(yīng)用技技術(shù)銀古高速速公路黃黃河以東東古窯子子附近，，有部分分黃土路路段：新新路是在在老路的的基礎(chǔ)上上雙側(cè)加加寬的，，由于該該地區(qū)為為黃土路路基，具具有顯著著的濕陷陷特征，，在新老老路基交交接處易易產(chǎn)生不不均勻沉沉降，防防止路基基產(chǎn)生不不均勻沉沉降是其其主要內(nèi)內(nèi)容。1)試驗(yàn)驗(yàn)方案在填方路路段水穩(wěn)穩(wěn)層下的的新舊路路基交接接處，沿沿縱向各各選擇100m鋪設(shè)土土工格柵柵，即K24+500-K24+600和和K24+600-K24+700分別布布置寬度度為2.0m和和4.5m的土土工格柵柵，土工工格柵縱縱向搭接接長(zhǎng)度30cm，用以以防止路路基不均均勻沉降降。材料料選型為為TGDGll0高密密度聚乙乙烯單向向拉伸塑塑料土工工格柵，，其性能能指標(biāo)見見表。鋪設(shè)位置置如圖2)施工工工藝(1)鋪鋪設(shè)的技技術(shù)要求求①在鋪設(shè)設(shè)水穩(wěn)砂砂礫之前前，使新新填路基基高程與與舊路基基一致；；②將待鋪鋪土工格格柵路基基上的尖尖銳物清清掃干凈凈，無(wú)其其他雜物物后將路路基面平平整；③土工格格柵的一一端要用用木方固固定在路路基上，，然后可可用人工工鋪設(shè)土土工格柵柵，也可可用小型型拖拉機(jī)機(jī)拖動(dòng)，，保證縱縱向拉緊緊為宜，，避免出出現(xiàn)皺褶褶，防止止縱向施施力過大大，縱向向格柵之之間要用用鐵絲綁綁扎搭接接起來(lái)，，每隔10cm一個(gè)綁綁扎點(diǎn)，，接縫搭搭接不小小于30cm；；④鋪設(shè)的的土工格格柵使新新舊路基基的接縫縫位于格格柵的中中央，盡盡量避免免橫向搭搭接，并并將土工工格柵強(qiáng)強(qiáng)度高的的方向垂垂直于線線路軸線線方向。。采用U形鐵絲絲卡將土土工格柵柵固定于于土層表表面，U形卡間間相距50cm，梅花花形布置置；⑤在鋪鋪筑水水穩(wěn)砂砂礫時(shí)時(shí)，應(yīng)應(yīng)保證證不因因車輛輛的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎或或剎車車造成成對(duì)鋪鋪好土土工格格柵的的損害害。如如有損損壞，，應(yīng)立立即進(jìn)進(jìn)行修修補(bǔ)，，保證證其整整體性性。(2)鋪設(shè)設(shè)步驟驟①整平平新舊舊路基基并清清理雜雜物；；②鋪設(shè)設(shè)并調(diào)調(diào)整土土工格格柵的的位置置；③搭接接并固固定土土工格格柵，，并保保證與與路基基的密密貼；；④鋪筑筑水穩(wěn)穩(wěn)砂礫礫，并并保證證土工工格柵柵完整整無(wú)損損；⑤進(jìn)行行碾壓壓。3)工工后效效果檢檢驗(yàn)兩路段段分別別鋪設(shè)設(shè)2.0m和4.5m土土工格格柵后后，各各階段段彎沉沉檢測(cè)測(cè)結(jié)果果如表表從彎沉沉檢測(cè)測(cè)結(jié)果果看，，鋪2.0m與與鋪4.5m土土工格格柵沒沒有明明顯區(qū)區(qū)別，，但是是從對(duì)對(duì)公路路整體體的影影響看看卻不不一樣樣，在在鋪設(shè)設(shè)較窄窄土工工格柵柵的路路段，，路面面出現(xiàn)現(xiàn)了較較為明明顯的的縱向向裂縫縫，如如圖圖7-34寬寬鋪和和窄鋪鋪土工工格柵柵效果果對(duì)比比圖a)鋪鋪2.0m土工工格柵柵；b)鋪鋪4.5m土工工格柵柵五、試驗(yàn)觀觀測(cè)及結(jié)果果分析為驗(yàn)證試驗(yàn)驗(yàn)方案的有有效性，對(duì)對(duì)試驗(yàn)路段段進(jìn)行了現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，，內(nèi)容包括括路基的豎豎向沉降、、應(yīng)力應(yīng)變變及側(cè)向位位移觀測(cè)。。1．觀測(cè)方方案(1)沉降降觀測(cè)①觀測(cè)點(diǎn)布布置按有、無(wú)土土工格柵，，共布置兩兩個(gè)斷面，，包括10個(gè)沉降板板監(jiān)測(cè)點(diǎn)和和四個(gè)坡角角樁水平位位移觀測(cè)點(diǎn)點(diǎn)，共計(jì)14個(gè)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)。兩斷斷面沉降板板準(zhǔn)確位置置見圖7-35。在在監(jiān)測(cè)時(shí)，，與附近大大地水準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)和高級(jí)控控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)測(cè)，每點(diǎn)監(jiān)監(jiān)測(cè)兩個(gè)方方向的位移移，即沉降降量和側(cè)向向變形。②沉降板的的安裝沉降板的安安裝如圖。。沉降板的的埋設(shè)在填填土層壓實(shí)實(shí)后進(jìn)行，，當(dāng)填土層層壓實(shí)后，，在選定的的位置開出出一邊長(zhǎng)約約100cm×100cm的的方形槽，，深度至本本層填土層層底部以下下(約2cm)；然然后在底部部鋪設(shè)厚約約2cm的的細(xì)砂層，，搗實(shí)整平平后，放入入沉降板，，并確保豎豎管垂直，，作好標(biāo)記記，用10cm護(hù)壁壁套管護(hù)壁壁，進(jìn)行妥妥善保護(hù)，，并用管頭頭保護(hù)蓋蓋蓋好，用同同類土回填填至該層回回填土頂面面，并適當(dāng)當(dāng)振搗固結(jié)結(jié)、密實(shí)。。③觀測(cè)內(nèi)容容與時(shí)間測(cè)試內(nèi)容為為各點(diǎn)的沉沉降量即豎豎向位移。。對(duì)于路基基的沉降觀觀測(cè)，通常常根據(jù)加載載階段和變變形是否穩(wěn)穩(wěn)定確定觀觀測(cè)周期。。以路基施施工期間作作為第一階階段，隨著著荷載逐漸漸加大，沉沉降速度加加快，正常常情況下每每填筑1層層或3d左左右觀測(cè)一一次；第二二階段，即即工后沉降降期，每半半月觀測(cè)1次，從當(dāng)當(dāng)年11月月份開始，，至第二年年4月底春春融結(jié)束，，持續(xù)觀測(cè)測(cè)6個(gè)月，，共12次次；第三階階段為基本本穩(wěn)定期，，每月觀測(cè)測(cè)1次，至至基本穩(wěn)定定為止，詳詳見表7-17。上上述觀測(cè)周周期并非一一成不變，，當(dāng)有特殊殊要求或發(fā)發(fā)現(xiàn)有異常常情況時(shí)，，適當(dāng)縮短短觀測(cè)周期期，增加觀觀測(cè)次數(shù)。④觀測(cè)精度度的確定在施工期間間，對(duì)于高高速公路的的施工，一一般路堤的的沉降速率率標(biāo)準(zhǔn)為10mm/d，橋頭頭路堤的沉沉降速率標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)為5mm/d。。本次以10mm/d作為允允許變形值值，分析和和確定所需需要的工后后觀測(cè)精度度。⑤觀測(cè)基準(zhǔn)準(zhǔn)的選擇沉降觀測(cè)的的測(cè)量點(diǎn)