风化岩填筑路基沉降特性研究

方秀能 赵 升

风化岩填筑路基沉降特性研究

方秀能 赵 升

以江西彭湖高速公路路基工程为例,对风化岩填料的沉降特性进行了深入研究,通过现场沉降监测,分析了软岩路基沉降规律,并对风化岩填料沉降机理进行了探讨,得出了一些有益的结论,以期指导实践。

风化岩填料,软岩路基,沉降机理

0 引言

近年来,我国高速公路建设快速发展,新建道路沿线地形也日趋复杂,越来越多的高速公路穿越山岭重丘,桥隧比达到 50%甚至更高的道路已屡见不鲜。在道路建设中,为了尽量做到“填挖平衡”,降低建设成本,越来越多的路堤填筑采用风化岩。同其他填料一样,在路堤填筑中我们最关心的就是路基沉降的问题,而现行《公路路基施工技术规范》中涉及填石路基相关条目较少,对于风化类石料如何用于山区高速公路路基填筑,更是缺乏相应的技术标准及要求。为此,本文以江西彭湖高速公路为依托,对风化岩填料的沉降特性进行深入的研究。

1 工程背景

彭泽、湖口两县位于我国长江南岸,属江西西北东部,地形为江南平原微丘。彭泽—湖口高速公路是国家规划建设的长江南岸高速公路通道在江西境内的重要组成部分,全长 52.1 km。路线走向大致为NE～SW向,与“铜九线”基本平行。路线区地貌类型为江河冲洪积平原和江南低丘岗地,路线走廊南部为起伏较大的丘陵区,北部则为长江冲积地貌。

2 风化岩填料工程特性

彭湖高速公路沿线风化岩填料的野外特征：新鲜面为红褐色,风化面为赤红色,手感较粗糙,具有致密块状构造。选择 K49+500以及K 49+300两处沉降监测点的风化岩填料进行室内试验得到其物理力学指标见表 1,表 2。

表1 不同压实度下风化岩填料抗剪强度试验数据

表2 软岩填料压缩试验结果

3 现场沉降监测

为了分析风化岩填筑路基的沉降规律,特在彭湖高速公路K 49+300以及 K49+500两处观测点进行沉降监测。现场沉降监测采用目前沉降监测最常用的沉降板进行监测,其安装示意图见图 1,图 2。

4 基于实测数据的软岩路基沉降规律分析

通过图 3,图 4可以看出风化岩填料沉降规律如下：

在风化岩填筑初期,沉降量呈直线增加。在图 3中,1月11日 ～1月 25日这段时间内,路基沉降量呈直线增加,路基沉降速率明显增快,在图上反映就是沉降曲线斜率较大,此时的路基沉降主要是因为风化岩填料颗粒之间的位移减小引起的,这与土体瞬时沉降的产生原因一致。当填筑高度保持 1.7m不变时,随着填筑时间的推移,风化岩填筑路基沉降量缓慢增加,沉降速率明显放缓,在图上的反映就是曲线变得较为平缓。在3月 22日～4月 5日这段时间内,路基填筑高度再次增加,与此同时,路基沉降再次快速增加。在 5月 17日以后这段时间内,填筑高度保持不变,可是路基沉降却依然以较快的速度增加。这主要是因为在 5月 17日 ～8月 18日这段时间内,彭湖高速公路沿线降雨较多。随着雨水的侵入,风化岩逐渐风化,岩石强度在雨水的浸润下,强度持续降低,一方面风化岩颗粒之间变得脆弱,在外荷载的挤压作用下,相邻之间的距离变小,颗粒与颗粒之间变得更加密实,这在图上反映就是沉降监测曲线缓慢增加;另一方面雨水的侵入也会改变风化岩颗粒的有效自重应力和附加应力。风化岩颗粒的沉降与颗粒所承受的有效自重应力和附加应力密切相关。雨水的侵入会导致水位增加,这就将导致有效应力减小,从而会抵消一部分风化岩颗粒的沉降,这在沉降监测曲线上反映出来就是风化岩路基沉降将持续增加,但是增加速率小于路基填筑前期。

5 风化岩填料沉降机理分析

风化岩路基沉降可以划分为前期沉降和后期沉降两个阶段。

1)前期沉降。这类沉降与土体瞬时沉降类似,风化岩填料在填筑初期在外荷载作用以及自身重力作用下发生弹塑性变形。在这个阶段风化岩填料颗粒之间以脆性接触为主,颗粒棱角受到挤压变得破碎,颗粒与颗粒之间位移不断调整,填筑路基变得愈发密实。此外,离地填料还会发生剪胀现象。所谓剪胀是指土体在外力的剪切作用下,颗粒在剪切面沿剪力方向滑动或滚动,体积出现膨胀变形(剪胀)或收缩变形(剪缩)的这种工程特性通称为剪胀性。2)后期沉降。当路堤填筑完后,在自重或风化作用下风化岩进一步破碎、细化,颗粒发生进一步滑移,这在宏观上产生蠕变变形。此外,软岩填料在后期会出现明显的湿化变形特征。即土体由干燥状态遇水变为湿态时,由于颗粒矿物浸水软化以及颗粒之间被水润滑等原因,造成骨架中颗粒破碎、滑移和重新排列而产生土体变形。软岩填料填筑的路堤在地下水位反复升降、雨水入渗又蒸发,甚至由于温度降低而发生的水汽冷凝等因素所造成的干湿循环作用下,会产生明显的后期变形。路堤在后期干湿循环过程中所产生的附加变形还将会使路堤的位移和应力重新分布,造成路堤的不稳定性。

6 结语

通过实测数据分析可以看出：风化岩填筑路基沉降规律与普通填土路基沉降有一定的相同之处,但也有异同。这主要是因为风化岩在雨水的浸润下会逐渐风化,颗粒棱角会逐渐软化,从而导致沉降量会持续增加。一般说来风化岩填筑路基工后沉降时间会较长,因此在填筑施工中要与普通填土进行区别对待,压实度要求也更高,需要引起建设者的高度重视。

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Study on roadbed settlement characteristicsw ith weathering soft rock filling

Taking Peng-Hu express highway roadbed engineering in Jiangxi province as an example,this paper further studies the settlement characteristics ofweathering soft rock filling.Through field settlementdetection,it analyzes settlement law of soft rock roadbed,discusses settlementmechanism of weathering soft rock filling,and obtains some beneficial conclusion,so as to guide practice.

weathering soft rock filling,soft rock roadbed,settlementmechanism

U 416.1

A

1009-6825(2011)03-0152-03

2010-10-07

方秀能(1976-),男,助理工程师,江西省高速公路投资集团有限责任公司,江西南昌 330013

赵 升(1984-),男,硕士,助理工程师,江西省高速公路投资集团有限责任公司,江西 南昌 330013