湿陷性黄土地基处理与路基综合设计

第19卷第2期河北工业大学成人教育学院学报Vol.19　No.22004年6月Journal of Adult Edocation School of Hebei University of Technology J un ,2004湿陷性黄土地基处理与路基综合设计苏建林(河北交通职业技术学院　石家庄市　050091)摘　要　本文主要介绍了湿陷性黄土其湿陷性的鉴别和湿陷性等级的判定方法,重点介绍了湿陷性黄土地基处理的强夯法、冲出夯实法,地基处理的宽度、深度要素以及保证路基稳定和公路使用质量的综合设计方法。

关键词　黄土湿陷性等级;黄土湿陷性的鉴别;消除湿陷性的方法;综合设计方法1　湿陷性黄土区地基综述湿陷性黄土是黄土的一种,天然黄土在自重压力,或自重压力与附加压力作用下,受水浸湿后,土的结构迅速破坏,发生显著的湿陷变形,称为湿陷性黄土,湿陷性黄土地基这种特性,会对结构物带来不同程度的危害,使结构物大幅度沉降、坼裂、倾斜甚至严重影响其安全和使用,湿陷性黄土多出现在主要起承受力作用的地表上层,因此应对湿陷性黄土地基有可靠的鉴定和正确的认识,并采取必要的工程措施防止或消除它的湿陷性。

1.1　湿陷性黄土的鉴定湿陷性黄土除了具备黄土的一般特征如呈黄色或黄褐色,粒度成分以粉土颗粒为主,约占50%以上,具有肉眼可见的孔隙等外,它呈松散多孔结构状态,孔隙比常在1.0以上,天然剖面上具有垂直节理,含水溶盐(碳酸盐、硫酸盐类等)较多。

垂直大孔性,松散多孔结构和遇水即降低或消失的土颗粒间的加固凝聚力是它发生湿陷的两个内部因素,而压力及水是外部条件,黄土湿陷性的鉴别,地基湿陷程度的判别,可用室内压缩试验和野外浸水试验方法进行。

一般可采用室内压缩试验方法求得土的单位厚度土层的湿陷系数δs ,再按各地经验一般采用δs =0.02作为湿陷性黄土的界限值,δs ≥0.02时定为湿陷性黄土,否则定为非湿陷性黄土。

土的湿陷起始压力小于上覆土的饱和自重时,则该土层在上覆土层自重压力的作用下受水即可发生湿陷(自重湿陷系数δs ≥0.015),称为自重湿陷性黄土。

土的湿陷起始压力大于上覆土的饱和自重,则土层在上覆土自重压力的作用下并不发生湿陷,而在附加压力与上覆土自重压力之和大于土的湿陷起始压力时,土层受水才发生湿陷,称为非自重湿陷黄土。

自重湿陷性黄土受水浸湿后,湿陷现象比较明显而且严重,在自重湿陷地区发生的结构物事故也较多。

1.2　地基湿陷等级的判定为了正确反映湿陷性黄土地基的湿陷程度,并联系结构物和地基实际,合理地采取有效防护措施,可用地基内各土层的湿陷系数,按式(1-1)求地基的计算湿陷量Δs (m )Δs =Σn i =1δsi h i (1-1)式中:δsi ———地基内第i 层湿陷性黄土的湿陷系数;h i ———第i 层湿陷性黄土的厚度(m )。

收稿日期:2003-10-10　苏建林　男　1963年生　高级讲师湿陷性黄土地基的湿陷等级根据计算湿陷量按表1划分。

湿陷性黄土地基的湿陷等级　表1地基的计算湿陷量(m )湿陷等级0.05<Δs ≤0.15Ⅰ0.15<Δs ≤0.35ⅡΔs >0.35Ⅲ湿陷性黄土地基的湿陷等级高,浸水后可能产生的湿陷量越大,对结构物的危害也越大。

因此,设计措施要求也应越高。

另外,我国建筑规范还规定如基底下面土层包含有自重湿陷性黄土,可按式(1-2)差别是否属自重湿陷性地基。

Δzs =Σn i =1δzsi h i (1-2)式中:Δzs ———地基的计算自重湿陷量(m )δzsi ———第i 层土在上覆土的饱和自重压力下测得的自重湿陷系数;h i ———第i 层土的厚度(m )。

计算深度可自基础底面算至其下10m 为止,但其中δzsi <0.015的土层不累计。

根据大量室内外试验对比确定,当Δzs ≤0.07m 时,可定为非自重湿陷性黄土地基;Δzs >0.11m 时,为自重湿陷性黄土地基;Δzs 为0.07～0.11m 时,可结合当地实践经验确定。

1.3　湿陷性黄土地基的处理湿陷性黄土地基处理目的是改善土的性质,减少土的渗水性、压缩性,控制湿陷性的发生,部分或全部消除它的湿陷性。

在明确地基湿陷性黄土层的厚度、湿陷性等级、类别等后,应结合结构物的工程性质、施工条件和材料来源等,采取必要的措施。

图1　土层处理示意图在黄土区修筑结构物,应首先考虑选用非湿陷性黄土地基,它较经济和可靠。

对较高的墩、台和超静定结构,应采取刚性扩大基础、桩基础或沉井基础等形式,以便将基础底面设置到非湿陷性土层中。

在桩基计算中必要时还应结合桩侧土的湿陷情况,考虑发生湿陷时对桩产生的负摩阻力。

对于一般结构的大中桥梁、重要的道路人工构造物,如属Ⅲ级湿陷性黄土地基或自重湿陷性黄土地基,应争取将基础置于非湿陷性土层或对全部湿陷性黄土层进行处理。

如属Ⅰ、Ⅱ级湿陷性黄土地基也应争取对全部湿陷性黄土层进行处理或加强结构措施。

小型桥梁、桥涵附属工程和一般公路构造物视地基湿陷程度,可对全部湿陷性土层进行处理,也可消除地基的部分湿陷性。

对非自重湿陷性黄土地基,应自基底处理至非湿陷性层顶面,或者以土层的湿陷起始压力来控制处理厚度,即对地基持力层内,附加应力σh 与上层土自重γh 之和,大于该项处土的湿陷起始压P hs 范围内的土层进行处理(如图1所示);对自重湿陷性黄土地基是指全部湿陷性黄土层的厚度。

1.3.1　公路构造物地基处理的两个重要参数(厚度、宽度)由于土的自重压力所引起的自重湿陷与自重湿陷性黄土层的厚度有关,其变形范围往往包括全部自重湿陷性黄土层的厚度。

由总压力所引起的外荷湿陷,除土的竖向变形外,侧向变形也很明显,但其湿陷变形只发生在基础底面以下某一深度范围内的黄土层中,并与基础形式、基底面积和基础底面压力有关。

1.3.1.1　地基处理厚度71第2期　苏建林 湿陷性黄土地基处理与路基综合设计 81河北工业大学成人教育学院学报 2004年①全部消除湿陷量的处理厚度。

公路构造物在使用期间发生有害的变形,就需要全部消除湿陷量,要想全部消除地基的湿陷变形量,就必须全部处理基础底面以下的全部湿陷性黄土层,或采用桩基础(或深基础)穿越湿陷性黄土层。

②消除公路构造物地基部分湿陷量的处理厚度。

消除公路构造物地基部分湿陷量的处理厚度应根据构造物的类别、基础形式、基底面积、基底压力、场地湿陷类型、湿陷等级、基底下各黄土层的湿陷系数(或自重湿陷系数)和湿陷起始压力沿深度的分布情况等综合考虑确定。

一般考虑处理厚度为0.5～2.0m.但也有根据情况处理厚度要达到5～10m.由于是部分消除湿陷量.未经处理的土层仍有可能产生较大的湿陷,因此,还必须根据处理后的剩余湿陷量的大小采取相应的防水措施和结构措施,并在使用过程中加强维护管理,来保证构造物的安全与正常使用。

1.3.1.2　地基处理宽度地基处理宽度的大小一般应从控制侧向变形、扩散附加压力和防水的要求等方面来考虑。

湿陷性黄土地基受水浸湿发生湿陷时,常伴随着大量的变形,而由其所引起的竖向变形有时竟达总湿陷量的60～70%;侧向变形一般发生在基础底边以外约0.5～0.75倍的宽度处。

因此,为防止或减少大量的湿陷变形,应将发生侧向变形的大部分范围包括在处理宽度以内。

同时,为起到扩散附加压力的作用,使传到天然土层上的附加压力符合设计要求,以及防水要求出发使处理过的地基土能起到更好的防水作用,也需要有一定宽度的处理范围。

为了保证湿陷黄土区路基的稳定性,同时考虑路基的占用宽度问题,建议采用在路基用地全宽范围内部分进行处理。

1.3.2　处理湿陷性黄土地基的常用方法处理湿陷性黄土地基的常用方法有灰土(或素土)垫层,重锤夯实,右灰土桩或素土桩,预浸水处理等,可根据地基湿陷等级、结构物的要求、需要处理厚度、施工技术条件等选择采用。

但相对来讲,重锤夯实法、强夯法和冲击夯实法较常用。

重锤夯实法、强夯法和冲击压实法三种方法具有不同的特点与适用范围,在设计时应根据不同的地质条件、地形条件、环境条件与施工队伍等各种因素选择。

采用重锤夯实法和强夯法相对冲击夯实法,要求公路施工现场周围不能有距离太近的建筑物,否则会影响建筑物的使用安全,其施工造价相对比较经济,所需的设备也比较简单,也容易保证;其对湿陷性黄土施加的影响随冲击能的增大而逐渐加深,对消除湿陷性黄土所施加的效果非常明显,是近几年来引进公路施工行业的处理各种软基的一种常用的施工技术。

而冲击压实法是最近几年新引进的一种处理地基的施工技术,其所需的设备造价比较高,一次性投资较大(约300-400万元人民币),对周围环境影响相对较小,对软基及湿陷性黄土地基处理速度快,用于消除湿陷性黄土的湿陷性,消除湿陷性黄土的湿陷性效果也很显著。

对路基土的压实效果也不错。

是一种引进探索和研究使用的一种有效方法。

除此之外,在特殊情况下也可考虑采用硅化法加固地基,还可以采取一些防水措施来避免地基浸湿,如整平结构物基础处的地面、修建散水坡等,以防止地表水的积聚,渗入地基而引起湿陷。

也可以采用一些结构措施,以增加结构物抵抗地基湿陷的能力,如结构物平面设计外形力求简单;基础各部分受力均匀,对长度较大,体形复杂的结构物应用沉降缝将其分为若干独立单元等。

1.4　湿陷性黄土地基的容许承载力湿陷性黄土地基的湿陷性只有地基受水浸湿时才能发生,它有一定的条件,在决定基础尺寸,确定其容许承载力时,暂可不联系其湿陷问题。

当地基土在水平方向物理力学性质均匀;基础底面下5m深度内土的压缩性变化不显著;基础以上结构物属常用的静定结构,可根据《湿陷性黄土区建筑规范》确定其容许承载力。

2　湿陷性黄土区路基综合设计湿陷性黄土区路基设计,首先要考虑水对湿陷性黄土区地基或路基工程的影响,水是造成湿陷性黄土路基工程湿陷变形沉降的主要因素,必须考虑好湿陷性黄土区地基和路基工程系统排水与防水问题,建立确实可靠的路基排水系统,确实做好地基和路基工程的排水和防水设计工作。

设计好和建设好各种地表与地下防水和排水措施,且把各种防水与排水构造物系统综合设计好、保证地下水和地表水的顺利排出。

其次是地基,地基是湿陷性黄土区路基工程设计重点,是路基工程综合设计应解决的又一重要因素。

由于湿陷性黄土的特殊性,必须采取强有力的技术措施,如换填土层、重锤夯实、强夯、冲击压实等施工技术措施,消除湿陷性黄土地基的湿陷性或消除湿陷性黄土的部分湿陷性,保证路基工程所处理的地基有一定的强度和承载力,这样才能保证路基的稳定性和使用质量。

再者,就是路堤坝筑所填筑土的压实度程度和施工质量。

在湿陷性黄土区修筑路基,一般只能用湿陷性黄土填筑路堤,所以,在路基填筑设计和施工中,一定要强调填土的质量,关键是填筑的湿陷性黄土土层的压实度。