黄土地层公路工程地质类型及地基承载力评价技术研究

1 引言

黄土是一种具有特殊性质的第四纪松散沉积物，我国黄土和黄土状土的分布面积为64万km2，占国土面积的6.3%。在我国西北、华北等大面积黄土分布地区，公路作为一种带状结构物往往要跨越许多不同地质年代、不同地质成因和地貌单元的黄土区，黄土由于其形成的特殊环境和自然条件就使得它具有特殊的物理力学性质和水理特性。此外，随着路堤填土高度的增加，对黄土地基承载力提出了更高的要求，但是公路路基设计中缺乏相应的依据。因此，正确区分同一条路线上不同时代、不同成因和不同环境下形成的黄土的地基承载力，将是解决黄土地区公路设计、施工中路基稳定性的关键技术。本项目旨在针对公路工程的需要，合理有效地确定、评价黄土地基承载力，并在此基础上提出黄土地基承载力分区及地基处理措施,为公路设计和施工提供指导。

2 项目研究内容

2.1主要研究内容

（1）黄土地区地基承载力影响因素研究

（2）黄土地区地基承载力评价方法研究

（3）黄土地区地基承载力分类研究

（4）提高黄土地区地基承载力的工程措施研究

2.2拟解决的关键问题

（1）黄土地区地基承载力的评价方法

（2）黄土地区地基承载力的分类推荐值

（3）高黄土地区地基承载力的工程处理措施

3 黄土地区高等级公路地基处理现状调查

根据黄土地区高等级公路路基路面病害发生发展的规律，建议在地基设计和路基路面防排水设计方面采取以下措施：

（1）加强对高速公路尤其对于填方路段处湿陷性黄土地基的勘察手段和力度，以利于提高地基评价的可靠性。

（2）地基设计时，需要从地基承载力和变形两个方面进行验算，当不能满足设计的要求，则需要进行地基处理。

（3）路基路面排水系统设置的是否完善在一定程度上决定了整个工程质量的好坏，在设计时要注意完善，路面排水时应采用集中排水设计，中央分隔带采用地下排水，且注意沟渠的防护和加固以及出水口的设置，并加强防洪和防暴雨的排水措施，在日常养护过程中要保证排水设施的通畅和正常使用。

（4）路基超高段中央分隔带的排水设计宜采用地下排水，将分隔带上的地面水下渗，由中央分隔带地下排水设施排除；路堑超高段设计时要注意边沟设置与急流槽、排水沟和涵洞等的相互配合。

（5）注意加强和完善湿陷性黄土地基的防排水设施。

（6）高填方路段要特别注意保证原地基的处理，并根据场地的湿陷类型和湿陷等级以及上部结构物类型或路基不同的填土高度采取相应的地基处理措施。

4 黄土地区地基承载力现场测试技术与方法研究

4.1主要研究内容及实施方案

通过对不同黄土区域（甘肃兰州、山西介休和陕西阎良）所进行的载荷试验、旁压试验、静力触探试验、动力触探试验、标准贯入试验及室内

土工试验，对各种原位测试的方法和测试技术进行了研究（见图4-1~图4-4），具体的工作量见表4-1。

图4-1 兰州试验场地概况图4-2 介休试验场地概况

图4-3阎良1试验场地概况图4-4阎良2试验场地概况

表4-1 兰州、介休、阎良1和阎良2场地试验工作量汇总

4.2主要研究成果

（1）黄土地区公路路基地基承载力评价时，不宜采用载荷试验；最好采用旁压试验；也可以用静力触探进行测试；动力触探和标准贯入仅作为辅助的测试方法。

（2）得到了静力触探、动力触探和标准贯入等测试方法确定的强度指标与载荷试验确定的地基承载力特征值之间的回归关系，可供参考使用。

（3）总结了旁压试验与静力触探、动力触探和标准贯入等测试方法确定的强度指标之间的关系。

（4）静力触探中单桥的比贯入阻力(P s)与双桥的锥尖阻力(q c)之间的关系为P s/q c=1.4。

（5）在同一土层进行承载力测试时，不同尺寸的载荷试验得到的地基承载力特征值比较接近，公路工程如用载荷试验确定地基承载力特征值时建议采用0.5m2圆形刚性承压板。

（6）地基承载力(f ak)与土体的压缩模量(E s)之间关系密切，土体的压缩模量E s可以在一定程度上反映地基土的强度。

（7）黄土地区公路工程地基处理后的承载力评价时，宜采用旁压试验。

5 黄土地区公路地基承载力评价方法及分区研究

5.1地基承载力的研究基础

1.地基承载力的概念

由地基承载力的定义以及其涵义的变化，可见工程技术人员越来越重视对地基变形的控制，并强调了静载荷试验或其它原位测试的重要性，以

及系统总结工程实践经验和当地经验的重要性。为了与现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）和《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）相一致，本课题研究时以地基承载力特征值作为地基计算的代表数值，符号表示为f ak。

2.公路工程黄土地基承载力取值方法

（1）考虑黄土属于特殊土质，具有压缩性大的特点，如果P-S曲线具有明显的比例界点，认为宜采用荷载试验P-S曲线上的比例界限点所对应的荷载(P0)作为地基承载力特征值。

（2）对于在P-S曲线比例界限点不明显的情况，塑性区相对较长，可考虑采用相对沉降来确定承载力，按沉降与承载板宽度之比s/b=0.01～0.015所对应的值作为取值标准；

（3）在P-S曲线上比例界限点不明显，曲线比较平缓，且应用相对沉降s/b=0.01所对应的值都偏大，这种情况下可考虑采用取s/b=0.015所对应的值的1/2作为承载力特征值；

（4）对于压缩性大的新近堆积黄土（Q42）应用相对沉降s/b=0.015对应的值作为承载力特征值。

5.2黄土地基承载力影响因素分析

（1）黄土的区域特征对地基承载力的影响

（2）地层类型对地基承载力的影响

（3）地形地貌对地基承载力的影响

（4）物理力学指标对地基承载力的影响

（5）湿陷性对地基承载力的影响

（6）压缩模量Es与黄土地基承载力的关系

（7）黄土的微观结构特征与地基承载力的关系

5.3地基承载力模糊评价系统