特殊土路段路基設(shè)計理論與處理技術(shù)

特殊土路段路基設(shè)計理論與處理技術(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)時間長、靈敏度高、擾動性大、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。軟土在我國濱海平原、河口三角洲、湖盆地周圍及山澗谷地均有廣泛的分布。我國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。膨脹土在我國的分布范圍很廣，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產(chǎn)生較大的沉陷。我國黃土的分布區(qū)介于北緯34°～45°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)180～200米。我國黃土物質(zhì)主要來自里海以東北緯35°～45°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)到對作物生長有顯著危害的土類。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約897.0萬平方公里，約占世界陸地總面積的6.5%，占干旱區(qū)總面積的39%。中國鹽漬土面積約有20多萬平方公里，約占國土總面積的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。一般可分為短時凍土（數(shù)小時/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，其長期強(qiáng)度遠(yuǎn)低于瞬時強(qiáng)度特征。正由于這些特征，在凍土區(qū)修筑工程構(gòu)筑物就必須面臨兩大危險：凍脹和融沉。隨著氣候變暖，凍土在不斷退化。分布中國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、長白山、五臺山、太白山）。2軟土地區(qū)路基

2.1地基沉降計算1主固結(jié)沉降

采用分層總合法計算。2總沉降宜采用沉降系數(shù)

與主固結(jié)沉降計算：3總沉降還可以由瞬時沉降

、主固結(jié)沉降

及次固結(jié)沉降

之和計算4任意時刻地基的沉降量，考慮主固結(jié)隨時間的變化過程2.2穩(wěn)定驗算

軟土地基路堤的穩(wěn)定驗算一般采用瑞典圓弧滑動法中的固結(jié)有效應(yīng)力法、改進(jìn)總強(qiáng)

度法，有條件時也可采用簡化Bishop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)計包括穩(wěn)定處治設(shè)計和沉降處治設(shè)計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，應(yīng)計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，其高度不宜超過路堤高度的1/2，其寬度應(yīng)通過穩(wěn)定計算確定。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1路堤加寬2路堤的邊坡2.6沉降與穩(wěn)定觀測設(shè)計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)定觀測設(shè)計，其設(shè)計內(nèi)容包括：沉降觀測與側(cè)向位移(穩(wěn)定)測點位置，觀測儀選型與布設(shè)，觀測方法，觀測頻率。必要時，應(yīng)進(jìn)行軟土地基深部位移觀測。2軟土地區(qū)路基2路堤填土速率應(yīng)滿足下列要求：

（1）填筑時間不小于地基抗剪強(qiáng)度增長需要的固結(jié)時間。

（2）路堤中心沉降每晝夜不得大于10mm～15mm，邊樁位移每晝夜不得大于5mm。2.7軟土地基上路堤宜結(jié)合工程實際，選擇代表性地段提前填筑試驗路堤。2.8路面鋪筑時間的確定

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)計容許值，同時要求連續(xù)2個月觀測的沉降量每月不超過5mm，方可卸載開挖路槽并開始路面鋪筑。3膨脹土地區(qū)路基

3.1填方路基1高速公路及一、二級公路路基填土高度小于路面與路床的總厚度時，基底為膨脹土?xí)r，宜挖除地表0.30m~0.60m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、二級公路采用中等膨脹土作為路堤填料時應(yīng)經(jīng)改性處理后方可填筑。弱膨脹土作為路堤填料時，若脹縮總率不超過0.7%，可直接填筑，并采取防水、保溫、封閉、坡面防護(hù)等措施；否則，應(yīng)按公路等級、氣候、水文特點、填土層位等具體情況，結(jié)合實踐經(jīng)驗進(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，并參照既有路基的成熟經(jīng)驗綜合確定。6膨脹土填筑的路基，應(yīng)及時碾壓密實，路基壓實度應(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，宜采用濕土法重型擊實試驗。3膨脹脹土土地地區(qū)區(qū)路路基基3.3挖方方路路基基1膨脹脹土土路路塹塹邊邊坡坡坡坡率率應(yīng)應(yīng)根根據(jù)據(jù)土土質(zhì)質(zhì)的的性性質(zhì)質(zhì)、、軟軟弱弱層層和和裂裂隙隙的的組組合合關(guān)關(guān)系系、、氣氣候候特特點點、、水水文文地地質(zhì)質(zhì)條條件件，，以以及及自自然然山山坡坡、、人人工工邊邊坡坡的的穩(wěn)穩(wěn)定定坡坡度度等等綜綜合合確確定定。。2邊坡坡設(shè)設(shè)計計應(yīng)應(yīng)遵遵循循：：““緩緩坡坡率率、、寬寬平平臺臺、、固固坡坡腳腳””的的原原則則3對強(qiáng)強(qiáng)膨膨脹脹土土、、地地下下水水發(fā)發(fā)育育、、運(yùn)運(yùn)營營中中處處理理困困難難的的路路塹塹，，路路床床的的換換填填深深度度應(yīng)應(yīng)加加深深至至1.0~1.5m，并并應(yīng)應(yīng)采采取取地地下下排排水水措措施施。。4邊坡坡應(yīng)應(yīng)設(shè)設(shè)置置完完善善排排水水系系統(tǒng)統(tǒng)，，及及時時引引排排地地面面水水（（包包括括坡坡面面積積水水））和和地地下下水水。。根根據(jù)據(jù)地地下下水水發(fā)發(fā)育育情情況況，，可可采采用用仰仰斜斜式式排排水水孔孔、、支支撐撐滲滲溝溝和和縱縱向向滲滲溝溝排排水水。。5路塹塹邊邊坡坡的的防防護(hù)護(hù)和和加加固固類類型型依依據(jù)據(jù)工工程程地地質(zhì)質(zhì)條條件件、、環(huán)環(huán)境境因因素素和和邊邊坡坡高高度度可可按按下下表表確確定定，，邊邊坡坡開開挖挖后后應(yīng)應(yīng)及及時時防防護(hù)護(hù)封封閉閉。。邊邊坡坡植植物物防防護(hù)護(hù)時時，，不不應(yīng)應(yīng)采采用用闊闊葉葉樹樹種種。。圬圬工工防防護(hù)護(hù)時時，，墻墻背背應(yīng)應(yīng)設(shè)設(shè)置置緩緩沖沖層層。。4多年年凍凍土土地地區(qū)區(qū)路路基基一般般規(guī)規(guī)定定1多年年凍凍土土地地區(qū)區(qū)路路基基設(shè)設(shè)計計，，應(yīng)應(yīng)查查明明沿沿線線多多年年凍凍土土的的分分布布、、類類型型、、凍凍土土層層上上限限及及水水文文地地質(zhì)質(zhì)等等情情況況。。在在凍凍土土沼沼澤澤、、冰冰丘丘、、冰冰椎椎、、熱熱融融湖湖（（塘塘））地地段段修修筑筑路路基基，，應(yīng)應(yīng)詳詳細(xì)細(xì)調(diào)調(diào)查查其其范范圍圍、、規(guī)規(guī)模模、、發(fā)發(fā)生生原原因因及及發(fā)發(fā)展展趨趨勢勢等等。。2土沼沼澤澤（（沼沼澤澤化化濕濕地地））、、熱熱融融湖湖（（塘塘））地地段段，，應(yīng)應(yīng)以以路路堤堤通通過過，，路路堤堤高高度度應(yīng)應(yīng)高高出出沼沼澤澤暖暖季季積積水水水水位位加加毛毛細(xì)細(xì)水水上上升升高高度度加加有有害害凍凍脹脹高高度度再再加加0.5m，且且滿滿足足保保溫溫厚厚度度的的要要求求，，通通過過較較大大的的熱熱融融湖湖（（塘塘）），，還還需需考考慮慮波波浪浪雍雍水水的的影影響響。。3路基填料設(shè)計計應(yīng)考慮凍結(jié)結(jié)層上水的發(fā)發(fā)育情況及填填料的凍脹敏敏感性，有條條件時應(yīng)優(yōu)先先采用卵石土土或碎石土作作填料。嚴(yán)禁禁使用塑性指指數(shù)大于12，液限大于32%的細(xì)粒土，富富含腐殖質(zhì)的的土及凍土。。保溫護(hù)道填填料，應(yīng)就地地取材，可采采用泥炭、草草皮、塔頭草草或細(xì)粒土。。4按工程環(huán)境特特點和工程建建設(shè)不同階段段采用區(qū)段設(shè)設(shè)計和場地設(shè)設(shè)計相結(jié)