平原软土区高速公路路基失稳的几种类型

平原软土区高速公路路基

失稳的几种类型

杜长军 张志泉

(江苏省交通规划设计院,南京,210005)

摘 要 本文通过工程事例介绍了平原区高速公路路基发生稳定破坏的几种类型,简要分析其原因,并提出在设计阶段如何预防的措施以供参考。

关键词 高速公路,稳定,路基,软土层

1 前言

平原区软土大多分布在滨海、湖沼、河滩沉

积等地区,其天然含水量高、压缩性大、抗剪强度

低,因此修建在软土地基上的高速公路路基容易

发生沉陷、坍塌、滑移、开裂等病害,导致路基失稳。一般对于软土区高路堤、新建路基的稳定问题都给予足够的重视,而对于低矮路堤、水塘地段路基以及新老路基拼接的情况的沉降和稳定可能还未有引起充分重视。下面笔者列举这方面的几个典型事例和大家一起讨论。

2 浅层软土(淤泥、泥沼、饱和粉细砂土及有机质土)地段低矮路堤

浅层软土指软土埋深较浅,表层风化硬壳层较薄(小于1m)的软土地基。某高速公路一段经地势低洼的水田地段,灌溉期间施工,地下地表水相通,表层为厚0 5m亚粘土层(软塑),其下为6 5m厚淤泥质粘土,路基填土高度1 4m(图1),计算沉降0 15m(小于30cm),未进行地基加固处理。路基填筑时出现弹簧现象,无法充分压实,填筑几层(含路面结构层)后施工机械行驶时产生较大沉陷。经讨论决定将此段路基推翻重建,根据填土高度分别采用粉喷桩或换填砂砾、碎石垫层并结合路面结构层综合设计予以加强

收稿日期:1999 10 23

补强。此项工程的往复造成很大的经济损失。

图1

虽然该路基表现为沉降(路基弯沉)较大,但是其实是路基整体平面滑移或部分开裂。这种失稳表现为路基两侧坡脚地基土侧向塑性变形较大而破坏挤出,路基基体连同软土层沿下卧硬层层面滑动。

浅层软土地段低矮路堤路基静荷载小,同时也没有考虑行驶动荷载的影响,所以沉降计算值较小,另外路基稳定计算可能也没问题,根据技术规范要求不需处理。虽然说车辆动荷载对于沉降影响不大,但是其要求路基受力区必须保证足够的强度和刚度。我们知道路面弯沉主要由路基弯沉产生,低路堤下的软土地基由于强度、刚度较低,作为车辆荷载的承受者产生蠕变,导致路面弯沉远低于设计要求,影响了道路的使用功能,严重的即产生上例的破坏形式。

因此,对于软土地段低矮路堤必须充分认识

第16卷第1期2000年2月

云南交通科技

T he Communication S cience and Technology in Yunnan

Vol.16.No.1

Feb 2000

车辆动荷载相对于路基高度而对地基的更高要求加强对软土层的处理。处理可从以下几方面考虑:

(1)进行道路纵段面设计时,确定合理的路基最小填土高度,适当抬高纵段面,保证路基受力区的强度和刚度要求。

(2)当纵断面不能修改时,可采用换填碎石、砂砾等粗颗粒填料对路基基底予以加强,同时结合路面设计,采用水稳性好、初期强度高的水泥稳定粒料(水泥稳定碎石、碾压混凝土)作为路面基层结构,提高路基路面整体抗变形能力。

(3)采用复合地基(粉喷桩等)处理软土地基,提高地基承载力和强度。3 水塘地段路基

平原水网地区水系发达,水产养殖业丰富,道路时常穿越水塘。对于部分在塘范围的路基(图2),

如果处理不当容易发生边坡稳定破坏。

图2

有两条高速公路都发生了这种事例。其一为桥头路段路基另一段为一般路段路基。桥头路基采用普通粘土填筑,且由于工期紧路基压实也未得到严格控制,此段路基施工期就发生了路基开裂,经补救通车两年后又开裂破坏。另一段路基虽然路基填筑严格,但是摊铺路面前仍沿中分带附近裂开几厘米的裂缝。

这两段路基都经过软土地区,水塘中淤泥较深。后经查路基施工前塘中淤泥均未清除彻底,且其软土也未进行处理。软塑、流塑状态的淤泥容易蠕动,未清彻底的淤泥面成为后来的滑动面。路基如果压实不好整体抗拉性能较差,极易

发生纵向开裂。另外,外渗水及填料透水差也是其主要原因。

预防这种事故的发生应从下面几方面入手:(1)路基填筑前彻底清除软流状淤泥(可不

包括软弱土层)。

(2)采用符合实际工况的边坡稳定计算方法

验算其稳定性,根据沉降及稳定预测值决定是否

需要针对软弱土层采用深层地基处理的技术措施。(3)优选内摩擦角大的透水性材料严格按压实度要求填筑路基,必要时铺设土工合成材料加强路基基体整体板块性能。

(4)加强路基防护工程及路基面排水工程的综合设计,保证路基不长期受水浸泡。4 软土段一侧临空的路基

这种路基与上面情况类似,只是临空面的产生是人为造成的。某互通匝道路基(图3)宽15 5m,填土高度2 0m,地面以下0 7m 分布淤

泥或淤泥质粘土,含水量50~55%,软土不排水剪强度18~28kPa,静力触探(双桥)锥尖阻力0 4MPa,侧壁摩阻力6 9~10 1kPa 。路基右侧偿还当地一条3 0m 深、5m 宽排水沟。施工期间超载1m 预压。路基预压期当排水沟开挖完毕路基沿排水沟侧距路肩lm 左右开裂,致使排水沟浆砌片石产生多条竖向裂缝。为抑制滑动继续进行,采取改排水沟为箱涵并回填土的补救

措施,

有效地解决了这个问题。

图3

平原区低路堤一般不会发生边坡稳定问题,这种情况主要因为开挖排水沟人为造成脱空临 29 第1期 杜长军 张志泉 平原软土区高速公路路基失稳的几种类型

空面,形成一个 高路堤 ,路基下软土层充当该高路堤的不稳定部分,而这种 高路堤 是不能与层层填筑压实的路基相提并论的。实际工程破坏情况与后来理论计算的破裂面是吻合的(如图3),之后的补救成功说明回填土恢复了原荷载平衡状态,有效抑制路基内部破坏继续发生。从中可得出结论,软土路段除非事先采取可靠的处理措施(软基加固、设备抗滑桩等),否则线外排水沟、路基取土坑(特别是桥头等高填土路段)均应远离路基足够安全的距离(一般40m),且道路设计是一个综合的设计工作,设计者应做到全面、综合考虑。这从侧面说明,软土段路基切记不能快填堆放,要根据施工期观测的沉降速率的大小决定填土快慢。5 软土段新老路基拼接

随着互通枢纽的设置,与已建成高速公路路基拼接的匝道越来越多(如图4)。根据固结理论,软土区拼接路基沉降速率及沉降过程不同,老路基可能已固结沉降完成而新路基刚刚开始,

这样新老路基间沉降差将带来两个方面问题,一方面(见图4a 、b)匝道路基沿着老路基边坡面(最危险滑动面)向下滑动,新老路基拼接失败,路面运营期开裂,雨水下渗从而导致路基的进一步破坏;另一方面由于地基为整体三维连续体,图中匝道路基下沉必将带着老路基一起沉降,且偏向二次加荷一侧,这样将导致老路面路拱横坡度超过2.5%,对高速公路运营期汽车的行驶安全性、舒适性带来较大不良影响。

某高速公路枢纽存在图4a 、b 和图4c 两种路基形式。该区地基表层硬壳层为0.6~ 1.7m 厚亚粘土,其下淤泥质软土透镜体厚1.6~ 6.7m 。采用如图4中a 、b 、e 三种处理方案后路基的沉降、稳定及给老路的影响均得到有效的控制,通车运营后效果良好。

注: 下图为竣工图,之前均虚填粘性土预压至少90天。图中单位均为cm 。

如果老路两侧均拼接匝道路基应两侧同步对称填土压实。

图4(c)中定喷桩沿纵向一排,间距1m ,施工完形成纵向地下 连续 墙,其目的切断软土地基,

起沉降隔离作用。

参考文献

1 公路软土地基路堤设计与施工技术规范

人民交通出版社

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