隴南地區(qū)弱膨脹土路基填筑處治優(yōu)化技術(shù)
2017-02-05 20:52:45王歡孫進玲黃蕾王選倉
筑路機械與施工機械化 2016年11期
王歡 孫進玲 黃蕾 王選倉
摘要：為使某新建高速公路弱膨脹土分布路段路基達到合理經(jīng)濟的處治效果，選擇自由膨脹率、脹縮總率、塑性指數(shù)和小于0.002 mm顆粒含量作為判別弱膨脹土膨脹性強弱的指標(biāo)，通過對弱膨脹土進行進一步的細化分級，提出采用弱膨脹土作為路基填料的一般處治措施，以及采用不同膨脹性的弱膨脹土作為路基填料相應(yīng)的優(yōu)化處治措施。實踐證明，有效措施的采用產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益，并減少了對周圍環(huán)境的破壞。
關(guān)鍵詞：弱膨脹土；膨脹性；路基填料；優(yōu)化處治措施
中圖分類號：U416.11文獻標(biāo)志碼：B
Abstract： In order to attain better treatment of subgrade on weak expansive soil of an ongoing expressway project， the free expansion rate， total expansion and contraction， plasticity index and the content of particles less than 0.002 mm were chosen to determine the strength of expansion. By means of further classification， general treatment measures for subgrade filled with weak expansion soil were proposed， as well as optimized treatment measures for expansion soil with different strength of expansion. Practice shows the application of such measures bring in economic benefit and reduce destruction of the environment.
Key words： weak expansion soil； expansibility； subgrade fill； optimized treatment measure
0引言
膨脹土是一種典型的災(zāi)害性土，由于其吸水膨脹、失水收縮的特性，使膨脹土路基容易產(chǎn)生開裂、局部坍塌、滑移等病害，從而對工程建設(shè)及養(yǎng)護造成很大危害。在施工中，當(dāng)膨脹土膨脹性較強時，一般會將膨脹土進行棄方處理，換填工程特性較好的土；當(dāng)膨脹土膨脹性較弱時，則根據(jù)路堤高度置換非膨脹土或無機結(jié)合料處治土。這些方法是簡單有效的膨脹土路基處治方法，但換填非膨脹土?xí)蟠筇岣吖こ淘靸r[12]。此外，采用石灰、天然砂礫、水泥窖灰、纖維等對膨脹土進行改良，雖然可以改善膨脹土的工程特性，但使工程造價增加，同時會影響膨脹土改良路基沿線的環(huán)境[35]。
如果盡可能使用弱膨脹土直接填筑路基，可以減少以上膨脹土處治措施所造成的損失。目前，對弱膨脹土填筑路基分級處治措施還沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)。本文通過對某高速公路沿線的弱膨脹土進行進一步細化分級，對不同膨脹性的弱膨脹土提出相應(yīng)的優(yōu)化處治措施，為膨脹土特別是弱膨脹土分布地區(qū)的公路建設(shè)提供參考。
1工程概況
隴南地區(qū)某高速公路沿線局部分布有灰綠色泥巖，經(jīng)地質(zhì)勘探和現(xiàn)場取樣，室內(nèi)試驗測得該地段灰綠色泥巖具有弱膨脹性。
該高速公路位于秦巴山區(qū)、青藏高原、黃土高原三大地形交匯區(qū)域，是中國大陸二級階梯向三級階梯的過渡地帶，主要構(gòu)造為侵蝕剝蝕中山區(qū)（Ⅲ）北秦嶺低中山亞區(qū)（Ⅲ2），植被覆蓋較好，山脊線較為圓滑；地層分區(qū)屬于華南地層大區(qū)的南秦嶺—大別山地層區(qū)之迭部-旬陽地層分區(qū)，其中新近系巖層為青灰色灰白色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層中厚層構(gòu)造，成巖性一般，暴曬易龜裂，具膨脹性，對路基影響較大。
膨脹土分布主要路段為低中山地貌區(qū)，線路以路基、橋梁形式布設(shè)于橫嶺河左岸階地。地層巖性為坡積、沖洪積黃土狀粉質(zhì)粘土、碎石土、角礫；在粉質(zhì)粘土與碎石土分界處多有淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾層分布；屬第三系泥巖，為極軟巖，灰綠色泥巖，具有弱膨脹性，經(jīng)勘探揭示地下水埋藏淺，土體含水量高。
2膨脹土路基主要病害
膨脹土是一種典型的遇水膨脹、失水收縮的災(zāi)害性粘土，其裂隙性和超固結(jié)性較強。當(dāng)膨脹土分布于路基淺表層時，受到外界降雨和氣溫變化的影響，膨脹土吸水膨脹后造成土體強度下降，失水收縮后使得土體產(chǎn)生收縮裂縫，膨脹和收縮反復(fù)循環(huán)達到一定程度后，膨脹土體會產(chǎn)生大量裂縫，嚴(yán)重破壞整體性，使得膨脹土體變得松散，易造成路基坍塌、崩解和局部隆起等病害。
3膨脹土路基原設(shè)計
對呈灰綠色泥巖的弱膨脹土分布地段，原設(shè)計采取的措施如下。
（1）對挖方泥巖進行廢棄，并將邊坡放緩，同時降低每級邊坡高度至5 m。
（2）終點段挖方邊坡施工時應(yīng)注意做好與下一標(biāo)段起點邊坡的過渡和順接，保證排水通暢。
（3）對填方路段采用砂礫土換填弱膨脹土。
4膨脹土路基優(yōu)化處治措施
4.1弱膨脹土的分級
通過現(xiàn)場取樣，在室內(nèi)對膨脹土進行膨脹性試驗得知，該路段膨脹土膨脹性較弱，對路基影響有限。因此，為減少廢棄弱膨脹土所造成的經(jīng)濟浪費和環(huán)境影響，可利用弱膨脹土進行路基施工。
在路基填筑時，不同膨脹性的弱膨脹土的處治措施應(yīng)有所差別。為使弱膨脹土被可靠、有效地利用，應(yīng)對弱膨脹土進行進一步的細化分級，將弱膨脹土分為強弱膨脹土、中弱膨脹土和微弱膨脹土。
本文采用自由膨脹率、脹縮總率、塑性指數(shù)和小于0.002 mm顆粒含量作為判別弱膨脹土膨脹性強弱的指標(biāo)。根據(jù)對國內(nèi)外膨脹土分類標(biāo)準(zhǔn)的綜合分析及以上4項指標(biāo)，劃分膨脹土膨脹性取值區(qū)間的規(guī)律，并將取值區(qū)間的分界值進行插值處理[68]，得出弱膨脹土分類標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。
4.2一般處治措施
4.2.1填方路堤
填方路基主要依據(jù)地形、基底強度、填料性質(zhì)、填土高度確定基底需要采取的處治措施、斷面形式和邊坡坡率。挖方邊坡主要依據(jù)巖土層結(jié)構(gòu)、土層密實膠結(jié)程度、風(fēng)化程度、地形、挖方高度、地下水活動等因素來選擇斷面形式和坡率，保證路基具有足夠的強度和穩(wěn)定性[910]。
（1）路基邊坡處。
當(dāng)邊坡高度H≤8.0 m時，采用一坡到底的直線邊坡；當(dāng)邊坡高度H>8.0 m時，采用折線邊坡。在0 m
（2）填挖結(jié)合部及半填半挖路基處治。
對于原地面高差大于2 m或處于陡坎地段的橫向半填半挖和縱向填挖轉(zhuǎn)換路基的填挖結(jié)合部，為減少路基的脹縮變形，均應(yīng)進行專門設(shè)計。
在縱橫向填挖交界處，填方區(qū)填筑前應(yīng)先清除表土及坡積物，當(dāng)原地面縱、橫坡陡于1∶5時，應(yīng)將原地面開挖成1～2 m寬的臺階，臺階面留有2%～4%向內(nèi)傾斜的坡度。對挖方區(qū)填方段填至上路堤頂面后，將挖方區(qū)路床80 cm范圍超挖至下路床底面，對結(jié)合部采用重型壓路機碾壓處理后，鋪設(shè)第一層土工格柵，再分層鋪筑下路床，鋪設(shè)第二層土工格柵。路基填挖結(jié)合部必須充分碾壓，嚴(yán)格控制壓實度。當(dāng)結(jié)合部的原坡面有地下水出露時，應(yīng)根據(jù)地形設(shè)置截、排水盲溝，防止水滲透至填挖接觸面。
（3）原地基處治。
對地面須進行清表及填前碾壓處理，當(dāng)?shù)孛鏅M坡緩于1∶5的填方路段，施工前應(yīng)先清除坡積物、地表樹根草皮或種植土，然后進行充分碾壓，基底壓實度應(yīng)不小于90%；對于地面縱、橫坡陡于1∶5的斜坡地段，應(yīng)先清除地表樹根草皮或種植土，然后開挖寬度為1～2 m的臺階，臺階應(yīng)有2%～4%向內(nèi)傾斜的坡度。
4.2.2挖方路基
根據(jù)沿線挖方路段膨脹土的膨脹性，邊坡在保證安全的前提下，還要考慮環(huán)保和景觀要求。
（1）對于H<5 m的路段，邊坡坡率采用1∶12一坡到頂。
（2）對于5 m （3）對于15 m （4）對于H>30 m的路段，須進行專項設(shè)計。 在路基邊坡施工過程中，采用分層開挖、分層穩(wěn)定加固和坡腳預(yù)加固。根據(jù)不同地質(zhì)條件和邊坡高度采用不同施工方法：自上而下分級開挖，分級防護，穩(wěn)定邊坡；自上而下分級開挖，分級穩(wěn)定邊坡，坡腳設(shè)置支擋工程穩(wěn)固坡腳。 4.3不同膨脹性弱膨脹土路基處治措施 本工程膨脹土的膨脹性較弱，因此可使用弱膨脹土對路基進行填筑。利用弱膨脹土填筑路基后，其上覆荷載的壓力一定程度上抵消了膨脹土所產(chǎn)生的膨脹力，從而降低弱膨脹土填筑路基的膨脹變形。 不同膨脹性的弱膨脹土產(chǎn)生的膨脹力有所不同，對應(yīng)的上覆荷載壓力以及厚度也不同。因此，需要對不同膨脹性的弱膨脹土采用分級處治措施填筑路基。針對該高速公路弱膨脹土典型分布路段，現(xiàn)列出不同膨脹性的弱膨脹土分級優(yōu)化處治措施。 （1）K644+720～K645+440段：該路段為填筑路基路段，經(jīng)膨脹性判別屬于表1中的微弱膨脹土，將微弱膨脹土用于該路段下路堤的填筑，填筑總厚度為5 m左右，可將微弱膨脹土填筑3.5 m后，換填砂礫土等填筑1.5 m左右。 （2）K645+780～K646+360段：該路段為填筑路基路段，經(jīng)膨脹性判別屬于表1中的微弱膨脹土，將微弱膨脹土用于該路段下路堤的填筑，填筑總厚度為8 m左右，可將微弱膨脹土填筑6.5 m后，換填砂礫土等填筑1.5 m左右。 （3）K647+460～K648+520段：該路段為填筑路基路段，經(jīng)膨脹性判別屬于表1中的微弱膨脹土，由于該路段路堤填筑高度為1 m左右，為保證微弱膨脹土上的上覆路基厚度大于1 m，需要對路基表面50 cm換填砂礫土。 （4）K650+440～K651+220段：該路段為填筑路基路段，經(jīng)膨脹性判別屬于表1中的中弱膨脹土，將中弱膨脹土用于該路段下路堤的填筑，填筑總厚度為5 m左右，可將微弱膨脹土填筑2.5 m后，換填砂礫土等填筑2.5 m左右。 （5）K651+300～K651+600段：該路段為填筑路基路段，經(jīng)膨脹性判別屬于表1中的中弱膨脹土，將中弱膨脹土用于該路段下路堤的填筑，填筑的總厚度為4 m左右，可將微弱膨脹土填筑1.5 m后，換填砂礫土等填筑2.5 m左右。 （6）K651+650～K651+800段：該路段為填筑路基路段，經(jīng)膨脹性判別屬于表1中的中弱膨脹土，將中弱膨脹土用于該路段下路堤的填筑，填筑總厚度為6 m左右，可將微弱膨脹土填筑3.5 m后，換填砂礫土等填筑2.5 m左右。 綜合以上弱膨脹土填筑路基措施，當(dāng)弱膨脹土膨脹性為強弱時，按相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進行路基處治；當(dāng)弱膨脹土膨脹性為中弱時，可用于下路堤填筑，但弱膨脹土作為路基填料的上覆換填土厚度不能小于25 m；當(dāng)弱膨脹土膨脹性為微弱時，可用于下路堤填筑，但弱膨脹土作為路基填料的上覆換填土厚度不能小于1.5 m。 采用以上不同膨脹性的弱膨脹土填筑路基分級處治措施后，還需要采取防水、保溫、封閉和坡面防護等措施來避免弱膨脹土填筑后由于濕度變化所產(chǎn)生的膨脹。由于利用了弱膨脹土對路基進行填筑，減少了原設(shè)計方案中的膨脹土棄方量，工程獲得極大的經(jīng)濟效益，同時，由于膨脹土棄方量的減少，也降低了對周圍環(huán)境的破壞。
5結(jié)語
膨脹土是一種對工程建設(shè)危害很大的災(zāi)害性土，但并不是所有的膨脹土在工程建設(shè)中均應(yīng)采取棄方的措施。相反，對于一些膨脹性很弱的膨脹土，如果在工程中加以利用，將會產(chǎn)生很大的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，本文得出以下結(jié)論。
（1）本文所研究的高速公路分布地區(qū)的膨脹土屬第三系泥巖，為灰綠色泥巖，膨脹性較弱。
（2）采用自由膨脹率、脹縮總率、塑性指數(shù)和小于0.002 mm顆粒含量作為判別弱膨脹土膨脹性強弱的指標(biāo)，將弱膨脹土劃分為強弱膨脹土、中弱膨脹土和微弱膨脹土。
（3）根據(jù)不同膨脹性的弱膨脹土分級對典型弱膨脹土分布地區(qū)的高速公路提出了與不同膨脹性相適應(yīng)的膨脹土路基填筑優(yōu)化處治措施。
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[責(zé)任編輯：王玉玲]
