浅谈软土在公路工程中的应用

浅谈软土在公路工程中的应用

1植物遗迹粘土又称草碳或泥煤，是具有成煤作用的早期产物，是由有机和矿物组成的综合体。泥沼是指以泥炭沉积为主,也有腐泥或淤泥沉积的低洼潮湿地带。泥沼沉积物统称为泥炭类土,是在过分潮湿和缺氧条件下,主要由湖沼植物遗体的堆积和分解而形成。与软土相比,其形成年代比较新,沉积厚度比较薄,富含有机物、植物纤维、腐殖酸等物质,并且发热量高,一般接近褐煤发热量,是一种比较宝贵的矿产资源。泥沼在我省东部山区的江河流域有着广泛的分布,具有天然含水量大、空隙比大、压缩性高和强度低的特点,在其上修建公路,容易产生路堤失稳和施工后沉降过大等问题。我所近几年来在我省的通化地区、白山地区和延边地区的公路勘测设计中多次碰到了泥炭地基,分别走访了当地的公路施工和养护部门,充分了解了他们以往对相应路段路基的处理方法和以后的运营状况,通过工程类比的方法,结合本地的地产材料,对泥炭地基的处理提出了自己的一些看法和具体措施。2工程地质勘查我所在鹤大公路小沟岭至滴达嘴段二级公路的勘测设计过程中,对沿线的不良地质路段进行了详细的调查,并在外业选线时进行了充分的考虑,合理地进行了绕越。对无法避免的路段(共计2573m)进行了工程地质勘察,共采用了钻探、静力触探和十字板剪切实验三种方法进行评估。钻探对土层进行了野外鉴别、取样分析和标贯实验等,提供了土的压缩模量、压缩系数和地基土的承载力标准值;静力触探提供了土体的锥尖阻力,侧磨阻力,通过公式计算土体的压缩模量;十字板剪切实验,提供了土体的不排水抗剪强度,重塑土的抗剪强度,计算出土的灵敏度。通过对取样土体的950℃高温灼失实验,灰色或灰黑色的淤泥和淤泥质土的有机质含量为14.3%～20.5%,皆为有机质土。通过以上工作可确定,所遇到的不良地质地基均为泥炭地基。3主固结沉降受基泥炭地基上的路堤,主要要考虑稳定和沉降两方面的问题。泥炭地基的压缩性大且易产生不均匀沉降,是我们在筑路过程中主要考虑的问题。泥炭地基虽然压缩性高,但透水性一般较好,主固结沉降能在较短时间内完成,强度也提高地较快,不好处理的是施工结束后次固结沉降量一般较大,且易发生不均匀沉降,造成路基产生较大的变形破坏,影响正常的行车运营。下面,就以鹤大公路小沟岭至滴达嘴段的特殊路基设计为例,介绍一下我所对不良地质地基的处理方法和措施。4活性炭地基的处理结合我省公路工程的具体情况,从工程建设的经济性、合理性出发,根据泥炭地基的性状,分别采用不同的处理方法或几种处理方法结合,具体做法如下:4.1换填砂或山皮石对于泥炭层厚在0.5～2m之间的浅泥沼,我们采用挖除换填砂砾或山皮石的方法。在敦化地区盛产风化山皮石,控制山皮石填料的含泥量在10%以下,不但抗剪切能力强于砂砾,而且经济,能够满足强度和稳定要求。如图1所示。4.2抛大石、填筑路堤的布置对于泥炭层厚在2～4m之间的中等泥沼,为了保证路堤的稳定,加速泥沼的固结,路堤的填土高度都大于泥炭层的深度。根据泥沼野外调查的稳定程度,并结合泥炭土含量的大小和湿密度,如果泥沼成流塑状、不稳定,首先抛大块石(要求粒径在40～50cm以上,从中间向两边推进,在泥沼中构成骨架,并增加基底抗滑阻力),然后在上面设置1m厚的山皮石垫层,压实后再填筑路堤。如图2所示。4.3解决了主固结沉降的连锁层,进行热压重对于泥炭层厚在2～4m之间的中等泥沼,如果泥沼的表面层成塑状、紧密稳定(这一硬底层很重要,能起到很好的持力作用,如果破坏了反而不好),就直接在上面设置1m厚的山皮石垫层,再进行超载压重;超载压重的目的在于使主固结沉降迅速完成后,加速泥炭的次固结沉降,其中,泥炭的次固结沉降量占总沉降量的10%～50%。淤泥的次固结沉降量占总沉降量的1%～2%。在施工组织设计中安排此段路基提前施工,加载6～8个月,待次固结沉降基本完成后,再进行卸载。如图3所示。4.4反压护道、护坡道的施工对于泥炭层厚在4m以上的深泥沼,一般常年表面积水,本路段的路堤填土高度也设计的较高(5m以上),为了保证路堤的稳定,在抛石挤淤、设置山皮石垫层以后,增设反压护道,增大抗滑动力矩,防止路堤滑动破坏,控制剪切变形。在满足路基填土临界高度的基础上,我们一般采用2.5～3m高和宽的护坡道,并进行了验算。反压护道施工应与路堤同时填筑,如图4所示。总之,为了更好地解决不良地质地基变形和稳定性问题,还应积极采用如下措施:①增大施工预压期,使泥炭地基的沉降尽快完成;②有的路段设置草袋围堰后,利用水泵排水,能更好的促进强度增长,加速固结沉降;③采用临时过渡路面,待路基变形稳定后再修筑正式路面;④根据沉降量计算适当提高路基施工期标高,预留沉降量;⑤为了消除路堤和桥之间的错台,可使桥头搭板设置在部分路面结构层以下。5沉降模量和沉降系数的公式目前沉降计算的方法主要有两种:①经典分析法,固结沉降Sc按e-p曲线计算,再由最终沉降S∞=mSc计算,其中m为考虑地基剪切变形及其他影响因素的综合性经验系数;②考虑土的应力状态或变形特征进行,以及采用有限元等方法进行。上述计算方法要求地基的勘察资料全,并且计算繁杂。通过对泥炭地基的物理性质进行研究发现,泥沼和淤泥的压缩系数一般都大于0.5,压缩模量Es小于4。根据表1的规定,并参照京津塘高速公路路基沉降系数的分析,由公式s∞=sd+sc+ss(其中sd为瞬时沉降,Sc为主固结沉降,Ss为次固结沉降)可以看出,泥炭地基的沉降计算经验系数m大部分在1.3～1.5之间,由此可以推出公式:s∞=KSd——K取值在3.0～4.3之间Sd=0.01AρH——A=12.4-0.44Equ——ρ为填料的密度,g/cm3——H为路堤填筑高度,cm——Equ为无侧限抗压实验得到的弹性模量Es的平均值上述公式简便易行,通过计算得出的数值与我们对同样状况的路段的调查值相似。从工程地质的勘察手段着眼,从工程建设的经济合理性权衡,在我省对各公路沿线的不良地质地基进行详细的勘察是很困难的。再者言,施工方法和自然环境的影响对最后的沉降量结果影响也很大。所以说,泥炭地基的处理在设计阶段着重于处理方法,在施工阶段着重于对路基沉降进行动态的观测,并及时地对沉降量进行修正。6其它化工原料泥炭是一种可产生较高附加值的矿产。在农业方面,泥炭不仅可以用来生产优质腐殖类肥料、营养土和用作土壤改良剂等,还可以从中提取腐殖酸,生产植物生长刺激素、饲料添加剂等。在工业方面,它可以用来提取草炭蜡、酚、甲醇、丙酮等化工原料,还可制作污水净化剂,石油吸附剂和具有高科技含量高附加值的泥炭金属纤维、泥炭水煤浆添加剂等系列产品。吉林省延边州是泥炭的富集区,泥炭大部分集中在交通干线附近,且开采条件好,如果地方能进行积极的开发生产,公路建设部门就不必费心费力的进行处理了。7加大对基层设计和施工部门科技投入的力度我国公路建设现如今有一个较大的缺陷就是在加大公路建设的同时,对技术革新的投入太少,这就造成了相应技术和规范的滞后,在工程建设中形成了许多弊病的遗漏,造成了一定的浪费和损失,严重的以至于发生重大事故。