某高速公路軟土路基的勘察和處治設(shè)計探析

楊 進(jìn) 許鵬飛

(1.湖北省交通規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，湖北 武漢 430051； 2.湖北石首長江公路大橋有限公司，湖北 武漢 430051)

某高速公路軟土路基的勘察和處治設(shè)計探析

楊 進(jìn)1許鵬飛2

(1.湖北省交通規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，湖北 武漢 430051； 2.湖北石首長江公路大橋有限公司，湖北 武漢 430051)

通過分析某高速公路典型軟土路基段的地質(zhì)狀況，得出路基沉降和穩(wěn)定性分析結(jié)果，提出了有效的軟土處治設(shè)計方案，為相似項目提供了方法和思路。

高速公路，軟土路基，勘察，設(shè)計

1 工程概述

潛石高速公路江陵至石首段位于湖北省中南部，地處兩湖平原(江漢平原、洞庭湖平原)地理中心。區(qū)內(nèi)河湖密布，河網(wǎng)、湖泊、洼地密集交錯，堤垸較多，路線區(qū)軟土廣泛分布于河湖堆積平原區(qū)，成因主要為沖湖積，分布狀況以軟～流塑狀淤泥、淤泥質(zhì)土為主，局部夾粉土、黏性土及砂。本文以第4合同段K78+673.5～K79+180為典型路段對軟土路基的勘察和處治設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和分析。

2 工程地質(zhì)條件及評價

2.1 地質(zhì)特征及地層巖性

本區(qū)段屬河湖沖積平原區(qū)，位于新華夏系第二沉降帶中部、洞庭湖坳陷北端與漢水坳陷南部的復(fù)合部位，地勢平坦開闊，海拔高度32.0 m～32.9 m。區(qū)段內(nèi)地表無明顯斷裂構(gòu)造跡象，地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育一般。揭露地層上部為第四系沖積、湖積黏性土、淤泥、淤泥質(zhì)土、細(xì)砂層，分述如下：

①黏性土(Qal+l)：黃色，可塑，稍濕，表層0.3 m為耕植土，含有植物根系，地基承載力基本容許值[fa0]=160 kPa。

②淤泥、淤泥質(zhì)土(Qal+l)：灰黃色、灰色，流塑～軟塑，飽和，局部夾有少量可塑狀黏土，地基承載力基本容許值[fa0]=50 kPa～90 kPa。主要物理參數(shù)指標(biāo)為：含水量ω=34.8%～70.8%，平均43.0%；孔隙比e=0.986～1.928，平均1.212；液性指數(shù)IL=0.76～3.13，平均1.07；壓縮系數(shù)a1-2=0.28 MPa-1～1.50 MPa-1，平均0.70 MPa-1；屬高壓縮性土層；快剪凝聚力c=4.3 kPa～21.4 kPa，平均7.7 kPa，內(nèi)摩擦角φ=3.7°～28.6°，平均11.8°。

③細(xì)砂層：灰色、青灰色，稍密，飽和，含有少量粉質(zhì)黏土，地基承載力基本容許值[fa0]=160 kPa。

2.2 工程地質(zhì)評價

2.2.1 水文地質(zhì)條件評價

本區(qū)段地表水主要賦存于附近溝渠中，由大氣降水補給，水量隨季節(jié)變化較大。地下水主要為第四系孔隙潛水，水量豐富，主要賦存于細(xì)砂以下地層中，透水性及富水性較好，主要受地表水補給，埋深較淺，動態(tài)變化受季節(jié)影響。地表水及地表土均對混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具微腐蝕性；地下水對混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具弱腐蝕性。

2.2.2 地震及區(qū)域穩(wěn)定性評價

根據(jù)鉆孔和剪切波速測試結(jié)果，本區(qū)段覆蓋層深度范圍內(nèi)的土層等效剪切波速Vse估算值為181.94 m/s～196.77 m/s，場地覆蓋層厚度大于50 m，根據(jù)JTG B02—2013公路工程抗震規(guī)范4.1.3條和GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范表4.1.1、表4.1.3，綜合評定：場地類別為Ⅲ類，場地土綜合類型屬中軟土，屬對建筑抗震一般路段。

根據(jù)GB 18306—2001中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖：本區(qū)段場地地震動峰值加速度為0.05g，地震基本烈度為6度區(qū)，根據(jù)GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范，設(shè)計地震組為第一組，地震動反映譜特征周期為0.45 s；地震主要為構(gòu)造地震，而且都是淺源地震，但因其震級較小，對地表危害不大，記載不多，地殼處于相對穩(wěn)定期，近期無劇烈活動跡象?？傮w來講，本區(qū)地震活動并不強烈，發(fā)震次數(shù)少，區(qū)域穩(wěn)定性較好。

2.2.3 不良地質(zhì)及特殊性巖土評價

本區(qū)段沿線地貌上不存在滑坡、崩塌與巖堆、泥石流、水庫塌岸等不良地質(zhì)現(xiàn)象，氣候條件也不會出現(xiàn)風(fēng)沙等現(xiàn)象，地質(zhì)調(diào)查及勘察期間發(fā)現(xiàn)采空區(qū)、地面沉降、巖溶等不良地質(zhì)現(xiàn)象，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造資料及歷史地震活動記錄表明為地震活動相對較弱，活動頻率較低地區(qū)。

沿線地處河湖沖積平原區(qū)，地形平坦開闊，地形地貌簡單，無大斷裂通過，雖然巖土種類多，性質(zhì)變化大，但各地層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)、原位測試試驗變異系數(shù)一般小于0.3，均勻性較好，且地層起伏面一般小于10%，故地基穩(wěn)定性較好，但地層中存在深厚軟土，軟土主要為流塑狀淤泥質(zhì)土，軟土呈兩層連續(xù)分布，具有埋深淺(0.7 m～1.8 m)、厚度大(14.9 m～16.1 m)，分布范圍廣(全路基段均有分布)的特點，當(dāng)路堤填筑完成后，易造成路堤穩(wěn)定性失穩(wěn)和路堤不均勻沉降，軟土應(yīng)進(jìn)行加固處理，加固深度宜穿越軟土層到達(dá)下伏穩(wěn)定土層。

2.2.4 路基沉降和穩(wěn)定性分析評價

本項目為高速公路，汽車荷載等級為公路—Ⅰ級，根據(jù)設(shè)計方案，本區(qū)段路基為填方路基，填方高度為6.0 m，路基寬度為26 m，路肩為0.75 m，填方重度取19.0 kN/m3。對于車輛附加荷載強度，附加荷載強度用直線內(nèi)插法計算，計算結(jié)果為15 kN/m3，不考慮行人荷載，取路堤邊坡坡度為1∶1.5。

根據(jù)JTG D30—2015公路路基設(shè)計規(guī)范7.6.2條，采用分層總和法計算地基最終變形量，計算結(jié)果為：主固結(jié)沉降Sc=0.649 m，沉降S=1.289×0.649=0.837 m。本區(qū)段路基沉降較大，且分布不均勻，易造成路基不均勻沉降。

根據(jù)JTG D30—2015公路路基設(shè)計規(guī)范3.6.7條，采用簡化Bishop法對路堤堤身穩(wěn)定性、路堤和地基的整體穩(wěn)定性計算，計算結(jié)果為：路堤堤身穩(wěn)定安全系數(shù)為2.034，路堤和地基的整體穩(wěn)定安全系數(shù)為1.246。根據(jù)JTG D30—2015公路路基設(shè)計規(guī)范表3.6.8規(guī)定，路堤堤身穩(wěn)定安全系數(shù)不應(yīng)小于1.35，路堤和地基的整體穩(wěn)定安全系數(shù)不應(yīng)小于1.40，可知，本區(qū)段內(nèi)路堤填筑后，路堤堤身穩(wěn)定性較好，路堤和地基的整體穩(wěn)定性一般，應(yīng)對地基進(jìn)行加固處理。

3 地基處理設(shè)計

結(jié)合設(shè)計資料和路基沉降和穩(wěn)定性分析結(jié)果，本區(qū)段內(nèi)軟土路基采用水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)處理，水泥攪拌樁間距為路基段2.2 m，涵洞及通道1.7 m，橋頭25 m的過渡段2.0 m，樁徑0.4 m，呈三角形布置，在樁頂設(shè)置厚0.5 m的砂墊層，并鋪設(shè)一層土工格柵。

CFG樁樁身強度等級為C10，粉煤灰宜采用Ⅱ級或Ⅲ級粉煤灰。在成樁28 d后進(jìn)行載荷試驗，單樁承載力大于300 kN，復(fù)合地基承載力應(yīng)不小于120 kPa；采用GSL50雙向土工格柵，要求每延米縱、橫向極限拉伸強度不小于50 kN/m，縱、橫向2%和5%伸長率時拉伸力分別不小于20 kN/m，30 kN/m，縱、橫向標(biāo)稱抗拉強度下的伸長率不大于13%，碳黑含量不小于2.5%；砂墊層應(yīng)采用中、粗砂，含泥量不大于5%，滲透系數(shù)大于5×10-3cm/s，細(xì)度模數(shù)大于2.5，壓實后密實度至少達(dá)到中密。

4 結(jié)語

1)軟土路基的處治是高速公路勘察和設(shè)計的重、難點，提出準(zhǔn)確的軟基處治設(shè)計方需要完備、詳細(xì)的地質(zhì)勘察結(jié)果，因此必須在初勘和詳勘階段布置充足的鉆探孔，結(jié)合十字板剪切、靜力觸探等多種勘察手段獲取軟基方案分析所必需的物理力學(xué)參數(shù)。

2)軟基處治方案的確定應(yīng)滿足路基沉降和穩(wěn)定性的要求，通?？紤]軟基深(厚)度、軟土性狀、路基填土高度、施工工期等因素。根據(jù)路基沉降和穩(wěn)定性分析結(jié)果，對軟土處治方案進(jìn)行確定。

[1] TG C20—2011，公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

[2] 葉書麟，葉觀寶.地基處理和拖換技術(shù)[M].第3版.北京：中國建筑出版社，2005.

[3] JTG D30—2015，公路路基設(shè)計規(guī)范[S].

Analysis on investigation and treatment design of soft soil foundation of a highway

Yang Jin1Xu Pengfei2

(1.HubeiTrafficPlanningandDesignInstituteLimitedCompanybyShare,Wuhan430051,China; 2.HubeiShishouYangtzeRiverHighwayBridgeLimitedCompany,Wuhan430051,China)

Through the analysis on the geological conditions of typical soft soil foundation section of a highway, this paper gained the roadbed settlement and stability analysis results, put forward effective soft soil treatment design scheme, provided methods and ideas for similar projects.

highway, soft soil roadbed, survey, design

1009-6825(2017)20-0154-02

2017-05-06

楊 進(jìn)(1981- )，男，工程師； 許鵬飛(1980- )，男，工程師

U416.1

A