青藏高原边缘冻融地区淤泥质路基基底加固技术研究

徐朝峰(中铁二十局集团市政工程有限公司,甘肃 兰州 730000)

0 引 言

软基处理是路基工程的难点和关键控制点,而且也是后期病害多发处。究其原因,基本均为路基基底未进行有效处理所致。尤其当处于青藏高原边缘地区时,淤泥质软基增多,冻融诱发的路基基底不均匀沉降和隆起、褶皱等病害会更加严重。因此,青藏高原边缘冻融地区淤泥质软基加固,是该地区路基施工的重大难点,也是后期维护费用增加的关键点。

1 工程概况

青藏高原边缘地区陇漳高速公路某段路基地质水文情况如下:

该段路基范围为淤泥质土厚为3～10 m,黑灰色,湿-饱和,软塑,有缩孔现象,腐殖质含量较高,味臭,夹少量砾石,地下水埋深约7 m;淤泥质层下方为砂岩。

淤泥质土孔隙比平均值为0.82,平均天然密度为1.95 g/cm3,平均天然含水率为25.30%,饱和度为66.96%,液限含水率为28.86%,塑限含水率为19.13%,液性指数标准值为0.88,属流塑至软塑,钻探揭露局部软塑。压缩系数标准值为0.35 MPa-1,属中压缩性土。

2 冻融淤泥质路基加固施工实践的意义

近年来,国内众多学者对软土路基以及青藏高原路基加固处理施工技术进行了研究:王跃[1]针对软土路基加固处理提出了真空联合堆载预压法并进行了应用实践;王飞虎[2]针对高速公路软土路基的特点,通过分析提出了垂直排水+挤密的加固技术;徐凯[3]介绍了采用的水泥、粉煤灰、碎石桩(CFG桩)复合地基加固处理技术;王回府[4]阐述了公路工程软土路基的特点和危害以及形成的原因;霍晓东等[5]采用有限差分法FLAC3D软件,分析了冻胀对路基影响的范围;雷宗辉[6]通过室内三轴试验和冻融循环试验研究了冻融循环对不同塑性路基土剪切强度的影响;张有安等[7]采用容许总冻胀理论进行了路基路面抗冻计算。

由以上可知,路基软土加固虽有成熟的技术,但是在冻融条件下,研究只有理论影响,没有具体的处理措施,没有说明怎么避免或者减少影响。在冻融条件下进行路基软土处理,并没用理论支撑和应用实例。为避免后期公路缺陷整治费用的增加以及安全隐患的消除,本文以陇漳高速公路某路基冻融淤泥质路基基底加固施工实践为例,研究、总结冻融地区淤泥质路基基底加固技术。

3 冻融淤泥质路基的特点及危害

淤泥质土主要特点为含水率大,较为饱和,一定程度上有流塑性,且含有大量微生物和腐殖质等,因而具有低强度、高压缩性、高塑性等特点,无法成为受力结构;软土路基渗透性低,难以在垂直方向上渗透,对排水、加固有很大的障碍,并且在路基建设初期出现较大的孔隙水压,对基础的抗压性能有很大的影响。

青藏高原边缘地区处于季节性冻土地带——冬季冻结,夏季消融。冻融对淤泥质土的影响极大,淤泥质土含水率较大,具有极大的冻胀性,极易造成路基隆起和塌陷。

总结下来,冻融淤泥质土对路基的病害需要解决两个方面问题:一是承载力不足的不均匀沉降问题,二是冻融引起的隆起和塌陷问题。

4 具体方案设计

4.1 易不均匀沉降的处理

采用CFG桩+50 cm天然砂砾层(褥垫层)+土工格栅复合地基加固技术处理,一是解决承载力问题,二是可以达到整体受力的目的,具体如图1所示。

图1 CFG桩+50 cm天然砂砾层(褥垫层)

4.1.1 褥垫层

这是CFG桩复合地基的重要组成部分,可对路基所受的垂直荷载调整分布,均匀传递给桩和桩间土,改善桩和桩间土的受力状态。桩体以承担竖向垂直荷载为主,褥垫层的设置,约束桩顶部分的水平位移,调节桩土应力比。

4.1.2 CFG桩

CFG桩起到承担上部荷载的作用,承担公路45%～75%的荷载作用力,其单桩承载力主要由桩侧向摩阻力和桩端阻力构成。在路基自重及列车荷载作用下,桩体出现下沉,与桩间土形成相对位移,桩侧向摩阻力逐渐发挥作用,使桩体和桩间土共同承担荷载作用力。另外,桩体还起到挤密土体的作用。

4.1.3 土工格栅

采用双向土工格栅,设置在褥垫层之间,起到约束横向变形的作用和调整竖向差异变形的功能。从而达到增大路基的承载力、延长路基使用寿命的目的。

4.2 冻融引起的塌陷和隆起处理

据调查,此地区的最大冻土深度为1.2～1.5 m,因此,在冬季时,淤泥质肯定会受天气影响而产生冻胀,进而造成路基的隆起或者塌陷。而且淤泥质土含水率较高,饱和度较高,属于流塑-软塑,极易发生冻胀和冻融。

采用渗水盲沟形式,减弱淤泥质土的含水饱和度,降低土体的含水率,避免和减少冻融对路基的影响。路基顶面以下埋深1.5 m位置设置宽60 cm渗水盲沟(图2)。

图2 60 cm渗水盲沟大样图

5 结果验证

5.1 CFG桩检测

该CFG桩混凝土强度C20,采用长螺旋钻机成孔,桩径D=50 cm,桩长14 m,深入淤泥层以下50 cm,从波形可见进入基岩有明显的反向反射,为地层的反映。具体检测数据见表1。

表1 桩身完整性检测表

检测结果表明,该段CFG桩施工效果良好,各项指标达到设计和行业规范要求。

5.2 压实度检测

天然砂砾填筑路基按照94区检测。量砂密度为1.38 g/cm3,最佳含水率为8.6%,最大干密度为2.06 g/cm3。检测结果见表2。

表2 压实度检测

检测结果表明,该段道路路基施工效果良好,各项指标达到设计和行业规范要求。

6 关键技术质量控制

(1) 当淤泥层设计厚度与实际不符,通过设计及时调整桩长,确保桩深入淤泥层以下50 cm。

(2) 桩头采用大刀片环切法切桩头,防止环切深度不足,以及工人使用大锤强行凿除时造成桩身质量缺陷。

(3) 渗水盲沟沟底的坡度务必确保合适,确保水流畅通。

(4) 渗水盲沟务必确保开挖深度,以防止渗水效果不足。

(5) 务必控制好桩顶标高,确保桩头嵌入砂砾层最少5 cm,形成整体咬合结构。

7 结 论

通过对淤泥质地层采用CFG桩+渗水盲沟+砂砾褥垫层+土工格栅进行加固处理,达到了良好的效果。

(1) CFG桩+砂砾褥垫层+土工格栅解决了淤泥质地层路基后期不均匀沉降的问题。

(2) 渗水盲沟减少了冻土范围内的淤泥质土体含水量,避免了在青藏高原边缘地区淤泥质地层冻融对路基的影响问题。

(3) 施工过程的关键点质量控制,也是影响路基施工质量指标的因素之一。

本文通过对陇漳高速公路某路基冻融淤泥质路基加固技术的研究,对施工实践进行总结。以期对后期遇到类似地层加固中,起到一定借鉴意义。