鹤大公路鸡西至牡丹江段不良地质条件下路基基底处理方法

郝晓冬

(黑龙江省公路勘察设计院)

1 工程概况

鹤大公路鸡西至牡丹江段 K290+000～K299+300段位于黑龙江省牡丹江市林口县境内,属山岭重丘地段,地势起伏较大,沿线土质以低液限粘土、粉砂土、砂岩为主,内有部分水田耕地和湿地低填浅挖段,土质多为低液限粘土,翻浆现象较多;粉砂土土质干燥松散,孔隙大,具湿陷性,工程性质差,遇水极易形成冰湖。

2 翻浆和冰湖地段形成及特点

2.1 翻浆的形成及特点

在季节性冻土地区,处于不良地质、水文条件下的路段,由于路基土冻结过程中发生水分迁移,使冻土层中的冰体含量剧烈增加,造成路基土的冰胀。春融期间,上部开始融化,而下部继续冻结或停止冻结,形成不透水层。上部土层中过多的水分无法及时排出,造成土基较弱,强度急剧降低,在车辆荷载的作用下,便发生了弹簧、唧泥等翻浆现象。翻浆是伴随冻胀而发生的,冻胀是翻浆形成过程中一个十分重要的发展阶段。

秋季水份积聚,土壤潮湿,是翻浆的孕育阶段;冬季土壤冻结,水分迁移(水分再分布)土基发生强烈冻胀,是翻浆的形成和发展阶段;春季上层土基融化、软弱、强度降低,在车辆荷载的作用下产生鼓包、冒泥等现象是翻浆的暴露阶段;夏季冻层化透,水分下渗,蒸发量增大,土基变干,强度又逐渐提高和恢复,是翻浆的消失阶段。

一般地说,冻胀时间越长,发展越激烈,翻浆的程度和危害也就越严重。反之,翻浆的程度就轻。

细粒土在冻结过程中要发生水分重分布现象,特别是在有充足外来水源补给条件下的开敞系统中,这种水分重分布现象进行更为激烈,其结果是使冻土层中的聚冰层分布密、数量多。根据经验在同一断面冻土层中,往往有几条或数十条聚冰带,厚度 5～10 cm,有的达三十几厘米,总厚度均等于总冻胀量高度。

由于各地气温、冻结深度以及水的补给条件不同,公路地基聚冰的分布规律也不同。大致可分为 3种类别。

(1)上大下小单峰型分布如图 1。

图 1 聚冰沿冻深的上大下小型分布

图 1的分布情况,一般多发生在土基冻结前含水量较大,地下水较深,受地表水影响较多的条件下;或者冻结过程中,负气温在上层一定深度内停留时间较长,造成主聚冰带位于路基上部 35～60 cm左右处发生。

(2)上小下大单峰型分布如图 2。

图 2的分布情况,多发生在冻结前土基含水量不大,冻胀过程中主要受地下水影响的条件下。由于地表层受到气温影响较大,冻结速度较快,特别是在突然降低时,冻结峰面很快下移,下卧土层中的水来不及向上补给,就原地冻结;而在较深土层中由于冻结速度缓慢,水分补给充足,就造成在路基下部约 80～130 cm左右处的冻土层中形成主聚冰带。

图2 聚冰沿冻深的上小下大型分布

(3)双峰型式多峰型分布如图 3。

图 3的分布情况,多发生在冰结前含水量大,地下水位高,地表渗水也较重的条件下。双峰型分布,第一聚冰层一般出现在路基上部 20～40 cm范围内,聚冰数量多,约为冻前含水量的 2～3倍;第二聚冰层一般出现在路基下部 80～110 cm范围内。

另外,还有上下基本均匀的垂直型分布情况等。

聚冰层的位置,也可粗略地把冻结期间土基中相对深度大于 0.8m的土层视为聚冰层位置。

图 3 聚冰沿冻深的双峰或多峰型分布

2.2 冰湖的形成及特点

由于地形落差大且土质不良、降雨量大时,地表水向低洼处汇集,对土体产生冲击侵蚀。春融期间和夏季雨水来临期间在挖方段坡面和挖方路槽底形成渗水,冬季结冰,久之便形成冰湖。根据冰湖的成因及现场实际情况看,冰湖一般由进口落水洞(直洞)、洞体及出口三部分组成。由于形成时间埋藏深浅不同,有的冰湖尚未发育,只具备第一部分或前两部分。

鹤大公路鸡牡段 K290+000～K 299+300段,冰湖具有形成快、埋深较大、隐蔽性强等特点。

3 翻浆和冰湖的影响因素

3.1 翻浆的影响因素

(1)土质

冻胀性强的土最容易产生翻浆,如粉质土、粘性土。本施工段大部分土质为低液限粘土,具有透水性小,毛细现象上升高、上升快的特性,在负温作用下最适宜水分迁移、聚冰。春融时承载能力随土中水分的增多而急剧下降,粘性土虽然毛细升高速度较慢,但在有外表水源补给充足的开敞体系中聚冰和冻胀程度都很严重。本合同段中粉粘粒含量(小于 0.005mm)大于 5%,这种土实际已变成不透水性,形成了一个不透冰层,阻碍水分的迁移,使冻胀性急剧减小(可减少到原来的 2～4倍)。

(2)水分

水是造成路基翻浆的基本原因。翻浆的过程,实质上就是水在土基中转移、变化的过程。秋季冻前含水量和冻结过程中地下水位的变化,对路基翻浆的发生与发展极为重要。秋季雨水大,土基冻前含水量将明显增加,路基附近的地表积水、浅的地下水,以及本施工段有两条河流经过,还有部分稻田,地下水位较高,造成土基冻结过程中有大量的水分转移,为路基冻胀和翻浆创造了十分有利条件。2000年 9～10月份连连降雨,一个月内降水量达 200～250mm,使地下水位升高至距地面只有 40～45 cm,所以使路基大面积翻浆。

一般地说,冻结指数越高冻结深度越大,路基的冻胀量也越大,则产生翻浆越重;而在同样冰冻指数和冻结深度条件下,冻结速度(cm/h)和温度梯度(℃/cm)对冻胀和翻浆的影响很大。2000年牡丹江初冬气温较高和冷暖交替出现频繁时,使冻结速度缓慢,温度在 0～5℃之间,并且停留时间较长,这样就造成大量水分聚流到路基较长时间,这样就造成大量水分聚流到路基下较浅的冻结锋面处冻结和冻胀,形成较严重翻浆。此外,2001年牡丹江地区春融期间冻融速度快,路基急剧融化,尤其在此其间冷暖交替,并伴有雨雪,这样就使翻浆加重,并延长了翻浆时间。综上说明春融期间的气温变化及融冻速度对翻浆也有影响。

(3)行车荷载

路基翻浆是通过行车荷载的作用,最后形成和暴露出来的,具备翻浆的水分、土质、温度等自然条件,但无行车荷载的作用,也是不可能产生翻浆的。

3.2 冰湖影响因素

(1)地质构造影响

6.论著中的数据统计图表，应该首先进行一级比较，如模型组与正常对照组比较，结果用“＊”表示；各给药组与模型组比较，为二级比较，用“#”表示；待测药各组组间比较或者与阳性对照组比较，为三级比较，用“△”表示。统计学分析结果分P＜0.05和P＜0.01两个水平给出即可。

地质构造中褶皱、断裂决定着裂隙发育程度,影造到岩层的富水性和透水性,以可溶岩层的基底与不透水的非可溶岩层的接触带、冰湖、暗河发育最强烈。

(2)地形、地貌的影响

这一因素主要通过岩石透水性和岩隙水的流动性来影响冰湖的发育程度。

在一定的地质条件下,地面坡度影响降水的渗透程度,坡度平缓者,有利于水流渗透。

4 不良地质条件下、路基基底处理方案

4.1 挖除回填施工方法

(1)施工工艺流程

现场测量放线确定范围→挖除冰湖区内土体→基底压实检测 →分层回填→压实检测。

(2)施工要点

由于冰湖区内土质经长时间侵蚀,其矿物成分、物理化学性质已改变,无法再用作回填料,因此挖除后须弃至界外;

开挖后须易于机械回填作业,确保回填质量;

回填要严格按《公路路基施工规范进作业》同时确保回填部分同原地基土体结合良好。

4.2 肓沟施工方法

(1)施工工艺流程

现场测量放线定位→开挖→铺设土工布→放管回填。(2)施工要点

开挖必须到路面结构层或渗水线以下,以防处理不到位,渗水继续侵泡路基。

放渗水管前须检查管端和管身是否完好。

回填料必须为碎石或砂砾等颗粒料。

4.3 塑料格栅施工方法

(1)施工工艺流程

现场测量放线→铺设塑料格栅→卸料→摊铺→碾压→检测。

(2)施工要点

塑料格栅铺设应有足够的搭接宽度,本项目设计搭接宽度为纵向 30 cm,横向 20 cm。

严格控制绑丝间距和绑丝牢固性,设计绑丝间距为20 cm。

下承层必须有很好的平整度。

(3)塑料格栅特点

质量轻,整体连续性好,施工方便,抗拉强度高,耐腐蚀性和抗微生物侵蚀性好,当量孔隙直径小,渗透性好,质地柔软,能与土很好地结合。

4.4 翻浆处理施工方法

(1)施工工艺流程

①换填

现场检测确定翻浆范围→开挖→基底压实→分层回填→压实检测。

②翻晒

现场检测确定翻浆范围→翻松晾晒→含水量适中→压实检测。

③掺灰

现场检测确定翻浆范围→根据试验确定掺灰量→掺灰拌和均匀→压实检测。

(2)施工要点

根据试验确定含水量、掺灰量、开挖深度、处理范围。换填后要保证与原土基结合好,要形成一个板体平面。

5 施工效果

鹤大公路鸡牡段不良地质处理匀采用以上施工方法处理,经近一年半的观察,效果良好,保证了路区内的路基及结构物稳定。

6 几点体会

通过本工程实践,证明在此种地质条件下,采用以上几种施工方法对不良地质处理是可行的,是一种经济合理的工程措施。

经过处理不仅加快了工程进度,在很大程度上消除了工程隐患,同时有效地降低了工程造价。

以上几种方法对处理类似的其他不良地质状况亦可做参考。

[1] 公路软土地基路堤设计与施工技术规范.中华人民共和国国家标准[M].人民交通出版社,2002.

[2] 公路路基施工技术规范 .中华人民共和国国家标准[M].人民交通出版社,2002.