黄土地区高填方路基设计要点

纪昌均

(甘肃博通工程咨询有限公司,甘肃兰州 730030)

中国的黄土主要分布于广大西北地区的黄土高原以及华北平原和东北的南部。黄土高原的面积约占全国黄土分布总面积的70%以上,黄土层的厚度一般都达100米以上,其中陕北和陇东的局部地区达150米,在陇西地区可超过200米。伴随着我国西部经济建设的热潮,黄土地区的工程建设项目越来越多,黄土相关的工程问题也越发重要。

1 黄土地区高填方路基设计要点

1.1 路基材料的选择

路基填料宜选用级配较好的粗粒土如砂、砾土作为填料。用不同填料填筑路基时应分层填筑,每一水平层均应采用同类填料。泥炭、淤泥、冻土,强膨胀土及易溶盐含量超过允许限量的土,不得直接用于填筑路基。高填方路基施工中应分层填筑,均匀压实,每一层位的压实度应符合规范要求的压实度标准。

1.2 路床要求

路床的土质应该确保压实度满足要求,强度也应该满足要求。但路床压实度达不到规范要求的时候,必须采取换填料等措施对其进行处理,使达到设计的要求。高填方路基基底范围内若出现树根草皮或者腐殖土应该及时清除。由于地表水影响路基的稳定性,但应该及时采取引排或拦截等措施,对于路堤基底为松散土或耕作土时,应该做好填前碾压工作。

1.3 边坡坡率设计

对于黄土地区高填方路基,在设计挖方边坡坡率设计时,要尽量使得边坡一次开挖成型,避免多次开挖对原状土稳定性的扰动,同时避免在超挖后采用回填的方式修正边坡。在边坡中部每隔8-10 m设边坡平台一道,平台宽度为1-3 m,用浆砌片石或水泥混凝土预制块防护。平台应设坡度为2%-5%的缓坡并向外侧倾斜。受水浸淹的路基填方边坡坡度,在设计水位以下部分视填料情况可采用1：1.75～1：2.0,在常水位以下部分可采用1：2～1：3。如用渗水性好的土填筑或设边坡防护时,可采用较陡的边坡。

1.4 路基排水设计

对于黄土地区,路基排水设计是相当重要的,路基排水的任务是把路基工作区内的土基含水量降到工程容许范围内以保证路基稳定的工作状态。黄土的基本结构特征是黄土中的黏胶微粒和碳酸钙凝集而成的多孔结构,颗粒之间的连接刚度和强度较小,在外加载荷和浸水的情况下发生变形和溃散,颗粒发生新的配位排列,引起不同程度的变形。因此,黄土湿陷的诱发因素之一是水。对于潮湿地段而言,由于地下水比较丰富,为了保证这些地段路基排水的边坡稳定,必须增设地下渗沟和盲沟,主要目的是为了隔断地下水对黄土路基的浸湿,并使用地下渗沟或者盲沟将地下水引入路基之外,达到降低地下水的目的,改善路基的工作条件。

路基地表排水可采用边沟、截水沟、排水沟、跃水井和急流槽,各类地段排水沟应高出设计水位0～2m以上。边沟横断面采用梯形,梯形边沟内侧边坡坡度为1：1～1：1.5,边沟纵坡宜与路线纵坡一致并不宜小于0.5%,边沟可采用浆砌片石,水泥混凝土预制块防护,边沟长度不宜超过500m,截水沟横断面可采用梯形,沟底纵坡不宜小于0.5%,水流通过陡坡地段时可设置跌水等或急流槽,边墙应高出设计水位0.2m以上,其横断面形式为矩形,槽底应做成粗糙面,跃水的台阶高度可采用0.3～0.6m,台面坡度应为2%～3%,急流槽以纵坡不宜陡于1：1.5,急流槽过长时应分段修筑,每段长度不宜超过10m。

1.5 黄土压实设计

黄土颗粒之间的粘结力与黄土之间的原始密度有很大的关系。加强黄土颗粒之间的粘结力与土粒的矿物成分以及胶结物质的性质有关。当黄土湿度增加时,其强度显著降低。当黄土路基中的含水量达到最优的成分时,黄土路基的击实强度达到最高,主要原因是因为击实密度增大,使其摩擦力和粘结力均有很大的提高。黄土的压实密度对水分很敏感,在实际施工的过程中,黄土中的含水量是很难控制的,所以在施工的过程中应该通过击实曲线确定达到某一压实标准干容重相应的含水量范围,并应该在取土过程中进行控制。试验研究证明,在最佳含水量的情况下水稳定性最好。最佳容水量和最大干容量是两个十分重要的指标。对于同一类黄土而言,其最佳含水量随着压实度的加大而减小,而最大干容量随着压实度的增大而增大。黄土的压实功能达到最大以后,对最佳含水量的减小和最大干容量的提高的影响程度并不是很明显。从某种程度上来说,单纯的依靠压实功能来提高黄土的密度并不合算,压实功能过大会破坏土体结构,效果会适得其反。第二,对于不同性质的填土料而言,要分层填筑不能混填,以免路基内部形成薄弱结合面,从而影响路基的稳定性。黄土路基上受到车辆载荷的作用比较大,所以一般在铺路的过程中,将水稳性和冻稳性较好的土壤填在路基的上部。假如路基的下半部分受到水分的浸蚀,也要考虑使用水稳性较好的土壤进行填筑。

1.6 路基稳定性验算

黄土地区高填方路基填方数量大、占地宽、行车条件差,为使路基边坡稳定和横断面经济合理,需要特殊设计。由于设计要求高,更要求充分了解路基基底的情况,查勘地基浅层是否有无软弱夹层和地质不良地段;地下水及地表水对稳定性有无影响等。如果路线通过地质不良地段,要尽量设法避绕,实在无法避绕时,应对其地质情况做深入细致的地质调查,仔细评估其稳定性,以防由于高路堤失稳而引起破坏。高填方路堤稳定性验算时,稳定系数若达不到要求,需加固处理,对其加固措施应在初步设计阶段提出比较方案和推荐意见。

1.7 考虑施工季节的影响

黄土地一般处于我国的西北地区,温度的变化会直接的影响到黄土的压实效果,以及后期的不均匀下降。在实际施工的过程中,某些工程为了赶工程的进度,未考虑温度的影响,导致部分水在低温下喷洒到土体上,进而形成微结晶体,并保存在土体中,来年气温上升后引发不均匀升降。所以笔者认为黄土地区的路基施工应该保持在零点温度以上,从而保证土体中没有结晶水。

2 结语

黄土湿陷对路基的危害已经被工程人员所熟知,但是工程中大多只对黄土湿陷性进行处理,很容易忽视了对产生其湿陷的主要外因—水分的防治,因此,在黄土地区高填方路基设计中,应该综合考虑各方面的因素,确保设计方案的科学合理。

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