工后沉降（精选5篇）
工后沉降 篇1
0 引言
路基在公路建设里程中的比例远远大于桥涵隧道,尤其是城市道路路基所占比例会更高。路基施工建造线长、面广、地质情况复杂,施工情况复杂,施工不当很容易造成路基工后沉降发展结果有不同的形式,有的形成反射裂缝拉裂路面、有的形成大坑突然塌陷、有的整体沉降影响路面车辙,不管哪种形式破坏结果,都会给公路造成巨大损失,影响使用功能,造成安全隐患,影响行车舒适性。现从以下几方面探讨土方路基工后沉降防治。
1 设计与施工不符
由于公路路基建设从勘察设计到施工有很长的间隔时间,中间进行施工监理招投标、征地拆迁等工作,在这段时间人们生产生活及自然环境都可能导致路基工程开工前与勘察设计时发生变化。如果仍按原设计进行施工,就会给工程质量留下安全质量隐患。
1)如附近矿产企业在勘察设计完施工前正好进行地下开采作业,导致地下形成空洞、空穴。雨水冲开的暗沟、暗渠,施工前未能探明,仍按原设计施工,导致路基工后沉降或塌陷。 在施工过程中或者通车后,由于荷载的长年累月不断扰动,就会出现沉降或者塌陷。在开工前施工现场有矿区的应进行一定深度的二次钻探,以探明地质情况有无变化。根据地质情况采取一定措施如注浆、开挖并分层回填。
2)施工时原地面标高与勘察设计时的标高不一样,导致路床填筑超出路基外地面规定的高度,引起土中毛细水上升至路床,经冻融循环改变和破坏土体结构,而引起路基工后沉降。施工时应严格保证路床高出路基外或者排水沟顶规定的高度,以保证路基不受毛细水上升改变路基结构而引起路基沉降。
2施工监理人员质量责任意识差,参建人员数量多,素质参差不齐
1)《路基施工技术规范》规定每层填土最小和最大厚度,具体根据试验段确定,而施工过程中有的层次填筑过厚有的过薄,同一层及不同层厚度不均匀。而检测到的压实度数据偏差大、离散大、没有代表性,不能准确反映路基压实度。
2)对平整度不重视,很多施工人员和监理人员认为平整度只是面子工程,而忽视了对平整度的控制。平整度差,在当层压实度检测中能达到合格,但高低不平,层层累加,低的地方就会影响上一层下部的压实度。
3)现在检测压实度时,灌砂法检测大都只检测填筑层上部或中部,而对填筑层下部检测的少之又少,很可能上部和中部压实度刚合格,而填筑层下部却不合格,也给路基质量留下了安全隐患。
以上三种情况在公路建成通车后,由路基本身自重的静载和路面传来的动载不断的扰动作用下,压实薄弱环节的土结构重新排列,导致路基下沉。路基施工中施工人员应尽量使路基每一层厚度一样。重视路基平整度,严格按规范标准要求控制。检测压实度时严格按规程操作,选取有代表性的,薄弱环节进行检测。以避免压实度不均匀,导致路基工后沉降。
3 施工技术人员知识水平存在薄弱地方
如土质发生变化而施工技术人员未能准确及时地发现并判别土的种类,将特殊土未经改良直接进行路基填筑施工。
1)膨胀土含有丰富的亲水性矿物蒙脱石、伊利石土、高岭土,它是一种有较高承载力的高塑性黏质土,具有吸水膨胀、失水收缩、反复胀缩、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性,性质极不稳定。
由以上性质可以看出膨胀土的破坏主要来自含水量变化所引起。含水量不变的环境使用膨胀土则不会产生破坏,而路基工后内部土体的湿度不是保持不变的,这样就使含水量大的膨胀土,会因为失去水分产生收缩,含水量小的膨胀土,则会吸水后产生膨胀,且反复胀缩,最后破坏路基稳定性、整体性。膨胀产生裂缝,流进雨水加快路基内土体干湿变化,加大了土体的膨胀潜势和膨胀力,加重加快路基破坏,使路基发生沉降。
没有条件必须使用膨胀土时,应从外因和内因两个方面着手。外因方面主要是减水路基内土体干湿变化,路堤部分应使用不透水材料封闭膨胀土或使用加筋纤维。路堑部分完工后及时做防护工程封闭,做好路面防水排水工程。内因方面主要是改良土质的稳定性,如添加石灰、水泥、粉煤灰、表面活性剂或其他添加剂。
2)湿陷性黄土呈黄色、黄褐色。根据浸水湿陷时是否有外力,分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土。受水浸湿后,在上部饱和土重力作用下湿陷的称为自重湿陷,需要外力作用而湿陷的称为非自重湿陷。湿陷性黄土为第四纪大陆松散堆积物,含有大量的矿物质,以碎屑矿物质为主,结构体系为骨架颗料,在形成时是极散的,靠少数水分和颗粒间的摩擦形成连接,在经过反复干燥和雨水的作用下,大部分形成了骨架空隙结构。除少数老黄土外,当湿陷性黄土受水浸湿时,结合水膜增厚连接性消失,土中的盐溶于水中等,致使骨架强度降低,土在结构自重应力和外在应力作用下,土颗粒向孔隙大的地方移动,内部结构重新排列,最后路基内土结构被破坏,路基下沉。所以在干燥时具有较高的强度,遇水时湿陷。
为减少路基沉降,使用湿陷性黄土时必须要改良。湿陷性黄土主要是受水浸湿时土体连接减弱,结构趋于紧密而导致的下沉。湿陷性黄土处理的主要目的是消除土的湿陷性,减小土受水浸湿时的沉降。湿陷性黄土改良方法有土或灰土垫层、土桩或灰土桩、强夯法、重锤夯实法、桩基础、预浸水法等。对于Ⅱ级以上湿陷性黄土用重夯法可节约工程造价并加快工程进度。具体方法根据施工条件和技术经济方法选取。
3)软土主要是淤泥和淤泥质土。软土天然含水量大、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、扰动性差,且土层分布杂乱,各层物理性质相差大。由于淤泥和淤泥质土呈软塑状态,蠕变性和触变性明显,所以其一旦受到荷载扰动,会产生不均匀变形,且变形较大。
所以在路基施工中必须根据不同工程性质对软土进行处理,否则路基建成后会使路基失稳且产生过量沉降。具体处理措施从深层和浅层两方面分析。对于浅层软土可以选用换填法、垫层法、挤淤法、添加石灰水泥改良法,对于深层软土则可以用桩基法。
4)盐渍土包括盐土和碱土以及各种盐化、碱化土壤。由于盐渍土含有盐分,盐渍土中盐分遇水后溶解,最后湿陷,破坏路基结构。而且在盐渍土上种植,植物成活率低,生长速度慢,无法使路基达到设计的有效防护作用,造成地表水对路基破坏,最后发生路基沉降。
在施工中对于浅层的盐渍可以进行换填、提前溶解湿陷、铺设隔离层等。而对于深层的盐渍土换填有困难不经济时,可以使用强夯、桩基础等方法。
5)红粘土是一种高塑性的粘土,颜色呈棕红色和褐黄色。它虽然具有含水量高、孔隙比高、密度低、压实性差等特性,但又具有强度高、压缩性中等特性。上面硬下面软,收缩性明显,仅裂隙发育。
所以用红粘土在填筑路基时,必须经过改良,如拌石灰粉煤灰和铺撒石子压入。且施工时填筑层厚度要比普通土薄,且不得超过20 cm。填筑碾压完后应及时覆盖,防止暴晒开裂以及雨水渗透。
4 结语
路基工后沉降后会拉裂路面形成反射裂缝破坏公路正常使用,且维修不便,尤其是高速公路还可能因为路基工后沉降造成平整度差,对行车安全留下隐患。路基工后沉降原因很多,要根据不同的情况,严格按照技术规范施工,降低或消除路基工后沉降量。
摘要：从施工方面分析路基工后沉降原因,针对由施工方面可能造成路基工后沉降的几种可能性进行了分析,并对各种不同的原因选择最佳的施工方法,以减小或消除路基工后沉降,确保道路使用安全。
关键词：路基,工后沉降,方法
参考文献
[1]任建荣.公路软土地基的处理方法[J].科技情报开发与经济,2007,17(32):296.
[2]殷志建.土力学与地基基础[M].北京:中国建筑工业出版社,1990.
工后沉降 篇2
工程实际中软土路基工后沉降值的确定一般是先根据现场实测的软基沉降-时间变化过程曲线推算出最终沉降量,再减去已发生的`沉降量而得到.实际上,由于地基条件、加固方式及效果的不同,这种仅仅根据路基施工期较短时间的沉降与时间的变化曲线来直接推算时间趋于无穷大时的最终沉降量的计算方法有欠合理,推算出的工后沉降有时与实际相差较大.因此,本文提出了一种沉降预测的新方法,即利用回旋线的曲率变化特性来分析软基沉降变化规律,用回旋线参数方程来直接推算工后沉降量,并详细研究了回旋线参数A值和沉降收敛时间t值的求解方法.结果表明,用回旋线参数方程来推算软土路基工后沉降量快速、简单、直接.
作 者：欧湘萍 OU Xiangping 作者单位：武汉理工大学交通学院,湖北,武汉,430063 刊 名：资源环境与工程 英文刊名：RESOURCES ENVIRONMENT & ENGINEERING 年，卷(期)：2009 23(z2) 分类号：U416.1 关键词：软土路基 工后沉降 回旋线★ 沪宁高速公路扩建工程沉降观测分析
★ 建筑工程成本控制方法
★ 高速公路改扩建中软土地基的处理
★ 真空预压加固高速公路软土地基工艺浅谈
★ 高速公路会计电算化内部控制研究毕业论文
★ 典型入口匝道控制方法浅析
★ 城市浅埋暗挖隧道施工沉降控制技术
★ 浅析我国高等级公路软基处理研究现状与发展论文
★ 软基路堤桥头跳车问题产生的原因及解决对策
工后沉降 篇3
1 关于路基沉降的控制措施
根据国家所制定的相关标准规定, 无砟轨道路基工后沉降量不得大于30 mm, 任何路基地段在长度为20 m的范围内, 其均匀沉降量必须保持在20~20 m这个范围内, 因沉降差异所带来的路桥与错台、错台与路隧过渡段之间的差异沉降不得超过5 mm, 任意两段路基因沉降所形成的折角不得超过1/1000;若进行路基工后沉降计算, 发现与设计标准不一致, 则必须进行加固处理地基;总的看来, 当前有很多种无砟轨道客运专线地基加固处理措施, 以下着重分析总结其中的几种加固处理措施。
1.1 强夯法
所谓强夯, 就是基于吊升设备, 把具备一定结构要求及较大质量的夯锤吊到一定的高度, 让它自由落下, 以其所产生的巨大能量促使地基形成巨大的动应力及强烈的震动, 以这种方式来提高地基的强度、降低地基的压缩性。适用于强夯法的路基主要有这几种类型: (1) 非饱和黏性土。 (2) 碎石土及砂土。 (3) 粉土。 (4) 湿陷性黄土。 (5) 人工填土。强夯这种路基加工措施其优点是经济实惠, 而且处理深度通常小于8 m, 但其不足是会给周围建筑带来比较大的影响。
1.2 换填法
所谓换填法, 就是把表层软土全部挖掉或挖掉其中的一部分, 用其他强度更高的合格填料来进行换填。对于厚度不到3 m的土层而言, 通常可以应用这种方法——进行全部挖除并换填;实施全部挖土换填这种方法, 可以更为彻底把地基进行改善, 不留后患, 这是对普通土层、软土层以及松软层等进行最为彻底处理的一种措施。这种处理方法的最大特点就是:能够带来比较方便的施工, 而且能够控制住其施工质量, 此外, 还能很好地对其沉降进行控制。
1.3 堆载预压法
这种加固方法对地基总应力的增加是基于填方荷载来加以实现的, 以此来促使地基的固结沉降并让固结沉降更为快速, 在这一过程中自然也实现了地基强度的提高。对于具有比较大压缩性、且具有比较小渗透系数的地基段, 若只应用堆载预压法, 要完成固结沉降则所用固结时间会比较长, 因此这种加固方法特别适用于那些施工工期比较长的工程。但在实际施工过程中, 无砟轨道客运专线进行堆载预压经常与其他复合地基处理措施相结合。当前, 通过对无砟轨道客运专线路基进行实测, 大量实测结果表明, 应用堆载预压这种方法, 对于路基沉降可起到加速作用, 对于工后沉降量可起到减小作用;这种方法最大特点就是, 具有比较方便的施工过程, 而且在加速路基沉降方面具有比较好的效果。
此外, 在实际当中, 进行路基沉降控制, 常用的措施还有CFG桩复合地基法、桩—网结构法以及桩—板结构法等。
2 关于地基处理方法的选择原则分析
2.1 进行处理方法选择的一般步骤
进行地基处理方法选择时, 有关所要进行处理的目的和理由一定要进行充分研究, 在此基础上, 再着重对以下这些因素进行考虑: (1) 施工条件。 (2) 地基条件。 (3) 周围环境。 (4) 施工组织等, 最后再把技术可行、经济适用的最佳方法确定出来;其处理方法选择的一般步骤, 具体如图1所示。
2.2 进行地基处理方法选择时所要分析的条件
(1) 地基条件。当地基所在的软土层具有深度浅厚度薄等特点、并且可在比较短的时间内完成沉降, 此外, 有关滑动破所带来的危险性也不大, 那么在进行地基加固时, 通常可选择相对不是很复杂的浅层处理方法;若地基所在的软土层厚度比较大, 则通常选择复合地基法或者选择堆载预压法与复合地基法进行结合来实施对地基的加固处理。
(2) 地下水。 (1) 若地基所在地, 具有埋藏比较深的地下水或者具有埋藏深度较大的软土层, 且具有比较长的固结排水路径, 则复合地基处理这种方法应优先进行选择使用。 (2) 若地基所在地, 具有埋藏比较浅的地下水, 并且有砂层存在于基底, 此外, 这种地层常会由于突然变化的地下水位, 带来砂层厚度也跟着变化, 致使地基出现沉降的幅度比较大;因而对于这种特点的地段, 必须采取有针对性措施对地下水进行阻断或者选择深层地基处理方法, 通过这些方法来把因地下水变化而产生的不利影响尽可能地降低下来。
(3) 施工条件。 (1) 对于路基所在地段, 如果属于非软土, 又具有比较长的施工工期, 进行路基填筑完成后到进行铺设轨道之前, 这二者之间有充分足够的时间, 则有关深层复合地基处理这种方法不宜选择, 而应选择浅层处理来把地基加固, 诸如强夯法等, 等把路基填筑完成以后, 让其放置时间足够长, 以让堆载预压时间增加起来、工后沉降量降低下来, 从而能够达到所规定的要求。就是工期由于不够长, 对于只采用浅层处理与预压结合所能达到的沉降要求无法满足, 那么通过通过比较长时间的放置再与堆载预压相结合, 也可把复合地基的桩间距进行适当增加并把桩长减小下来。无砟轨道这种客运专线在工后沉降方面, 其要求是极其严格的, 因而为能更经济地对地基进行处理, 应充分根据施工条件来把工期进行最大限度的合理安排。 (2) 若路基所在地属于软土地, 在地基施工期间, 无论应用哪种施工方法, 有关施工机械的作业条件, 一定要让其确保足够良好, 在进行处理深度设计时, 一定要充分考虑到施工机械的实际能力, 并使二者能够相匹配。对于有关质量条件及所处理的效果, 在有能力保证其良好的条件下, 当GFG桩在选用长螺旋施工法过程中, 其有效处理深度最大不宜超过25 m, 若一旦出现超过处理深度, 则必须及时采用其他施工处理方法, 例如进行桥路比较、桩板结构处理以及装网结构处理等等, 以保证施工效果能满足无砟轨道路基的要求。
3 进行无砟轨道路基沉降施工控制应注意的事项分析
3.1 关于核查地质的方法及相关内容的注意事项
进行无砟轨道路基沉降施工控制时, 首先应注意的事项就是这个地质核查方法及其对应的核查内容, 有关这方面的要求, 具体如表1所示。
3.2 关于地基条件的注意事项
对于处于基床范围内地基土换填之前, 其地基必须达到Pa≥18 MPa;对于过渡段的地基, 其路基高度H必须不超过3.0 m;原地面经过加固处理以后, 若H大于3.0 m时, 在平整好过渡段基底原地面以后, 以振动碾压机进行碾压到密实, 其地基系数K30应不小于60 MPa, 二次变形模量EV2也不小于45 MPa。
4 结语
总而言之, 无砟轨道客运专线这个系统工程不仅工程量大、而且施工过程极其复杂, 在实际生产过程中, 深入研究和探讨无砟轨道铁路路基工后沉降的相关控制技术, 这对于提高无砟轨道路基工程施工质量、促进我国高速客运专线的持续快递发展均具有重要的意义。
参考文献
[1]栾永平.现浇双块式无砟轨道板裂缝控制机理和预防措施[J].铁道建设, 2010, 1.
工后沉降 篇4
关键词：客运专线,黄土地基,工后沉降,分层总和法,数值模拟
湿陷性黄土属于非饱和的欠压密土,具有较大的孔隙率和偏低的干密度,是其产生湿陷性的根本原因,湿陷性黄土的最大特点是在土的自重压力和土的附加压力共同作用下受水浸湿时将发生急剧而大量的附加下沉现象[1,2]。新建铁路郑州至西安客运专线三门峡市辖区段处于低山丘陵区,沿线大部分地段通过黄土堆积地貌单元。黄土地区占线路总长约85%。该线为时速200 km/h以上的一次双线客运专线铁路[3,4]。对路基填料(含基床底层)的压实度和工后沉降要求将会十分严格[5,6]。根据日本和法国及德国的经验,满足高速铁路的轨道平顺性除要严格控制路基的均匀沉降外,不均匀沉降控制更为关键。因此,本研究采用分层总和法和平面有限元方法对天然黄土地基工后沉降进行了分析研究,得出了一些有益的结论,为工程设计和施工提供参考。
1 计算模型
采用平面有限元方法对其进行分析,并采用弹塑性本构模型(Drucker-Prager)。选取的计算区域为:黄土地基竖向尺寸取为黄土层的厚度,根据不同情况分别选取8 m、12 m、15 m,横向分析长度取为路堤宽度以外20 m。其边界条件如下:顶面为自由表面,两边为横向约束,底面为固定约束。采用ANSYS有限元分析软件,计算路基总沉降量与工程沉降。图1为双线路堤标准横断面;图2为有限元分析模型。
2 计算参数与标准
2.1计算参数
计算分析中有关土层及路基材料参数,参照工程地质手册、铁路路基规范以及现场试坑和钻孔资料。具体数值见表1。
2.2计算荷载
按土体在自重作用下的应力计算(自重应力场)。同时考虑列车活载的作用。列车荷载为ZK活载和中活载。根据《京沪高速铁路设计暂行规定》,取换算土柱宽为3.4 m,高分别为2.7 m和3.0 m(当容重为20 kN/m3)。沉降计算按单线有车进行考虑。当采用分层总和法计算沉降时,黄土层较厚时,取压缩层深度满足条件:σz=0.1σcz,当黄土层较薄时(本研究取黄土层厚度为8 m、12 m、15 m)就取此黄土层厚度。有限元法计算沉降时,不论土层有多厚,均计入。
2.3工后沉降计算标准
郑西客运专线要求工后沉降量不大于5 cm。《京沪高速铁路设计暂行规定》定义工后沉降量为基础设施铺轨时的沉降量与最终形成的沉降量之差,我们把此定义简称为标准一。根据经验,黄土地基因填土自重所产生的压缩下沉量,大部分已在施工期间完成,约占地基总沉降量的80%～90%。另外,地基的工后沉降也仅占路基沉降的小部分,约为10%～20%。所以,计算时把地基的工后沉降占地基总沉降的10%考虑,简称标准二;把地基的工后沉降占地基总沉降的20%考虑,简称标准三。后两种标准可以作为标准一的参考。
3 计算结果分析
3.1分层总和法计算结果
采用分层总和法计算地基变形时,地基内的应力分布,可采用各向同性均质线性变形体理论[7]。其最终变形量可按下式(1)计算,计算中选取了CK257+280处的试坑资料进行计算,计算深度为13.2 m,计算参数见表2所示,计算结果如表3所示。
从表3可以看出,按标准一计算的铺轨前后总沉降量随路堤高度的增加而增大,而工后沉降量随路堤高度的增加而减小,并且在两种活载作用下都满足工后沉降小于5 cm的要求。标准二也全满足要求。标准三全部不满足要求。按标准一计算,中活载比ZK活载的工后沉降量大11%左右,按标准二和三计算,中活载比ZK活载的工后沉降量大1.4%左右。
3.2数值计算结果
3.2.1 黄土层厚为8 m时不同路基高度下的沉降分析
表4～表6分别为路基高度为4 m、6 m、8 m,黄土层厚度为8 m时的总沉降量及工后沉降量计算结果。
由表4可知路基高度为4 m,黄土层厚度为8 m时只要天然黄土地基模量大于2 MPa,标准一和标准二都能满足工后沉降量小于5 cm的要求。由表5可知路基高度为6 m,黄土层厚度为8 m时只要天然黄土地基模量大于2 MPa,标准一能满足工后沉降量小于5 cm的要求;天然黄土地基模量大于3 MPa,标准二也能满足要求。由表6可知路基高度为8 m,黄土层厚度为8 m时只要天然黄土地基模量大于2 MPa,标准一能满足工后沉降量小于5 cm的要求。天然黄土地基模量大于3 MPa,标准二也能满足要求。
数值计算结果表明,当黄土层厚度为8 m时,不同高度的路堤荷载作用下的总沉降量和工后沉降量,两者都随地基土模量的增大而减小,总沉降量随路堤高度的增大而增大,但工后沉降量却随路堤高度的增大而减小,且在同种情况下中活载作用下的工后沉降量比ZK活载大,并且只要天然黄土地基模量大于2 MPa,标准一能满足工后沉降量小于5 cm的要求。天然黄土地基模量大于3 MPa,标准二也能满足要求。
3.2.2 黄土层厚为12 m时不同路基高度下的沉降分析
表7～表9分别为路基高度为4 m、6 m、8 m,黄土层厚度为12 m时的总沉降量及工后沉降量计算结果。
由表7可知在路基高度为4 m,黄土层厚度为12 m时只要天然黄土地基模量大于3 MPa,标准一能满足工后沉降量小于5 cm的要求;天然黄土地基模量大于5 MPa,标准二也能满足要求。由表8可知在路基高度为6 m,黄土层厚度为12 m时只要天然黄土地基模量大于2 MPa,标准一能满足工后沉降量小于5 cm的要求。天然黄土地基模量大于5 MPa,标准二也能满足要求。由表9可知在路基高度为8 m,黄土层厚度为12 m时只要天然黄土地基模量大于2 MPa,标准一能满足工后沉降量小于5 cm的要求;天然黄土地基模量大于8 MPa,标准二也能满足要求。
数值计算结果表明,当黄土层厚度为12 m时,不同高度的路堤荷载作用下的总沉降量和工后沉降量,两者都随地基土模量的增大而减小,总沉降量随路堤高度的增大而增大,但工后沉降量却随路堤高度的增大而减小,且在同种情况下中活载作用下的工后沉降量比ZK活载大,根据标准一的要求,但当路堤高度小于4 m且地基土模量大于3 MPa时,工后沉降量小于5 cm,当路堤高度大于4 m时,只要地基土模量大于2 MPa时,工后沉降量都小于5 cm,满足要求。根据标准二的要求,当路堤高度分别为4 m、6 m、8 m,只要地基土模量分别大于5 MPa、5 MPa、8 MPa时,工后沉降量都小于5 cm,满足要求。
3.2.3 黄土层厚为15 m时不同路基高度下的沉降分析
由表10可知路基高度为4 m,黄土层厚度为15 m时只有当地基土的模量大于3 MPa,工后沉降量小于5 cm,按标准二的要求,只有当地基土的模量大于8 MPa,工后沉降量小于5 cm。由表11可知路基高度为6 m,黄土层厚度为15 m时只有当地基土的模量大于3 MPa,工后沉降量小于5 cm,按标准二的要求,只有当地基土的模量大于8 MPa,工后沉降量小于5 cm。 由表12可知路基高度为8 m,黄土层厚度为15 m时只有当地基土的模量大于3 MPa,工后沉降量小于5 cm,按标准二的要求,只有当地基土的模量大于8 MPa,工后沉降量小于5 cm。
数值计算结果表明,当黄土层厚度为15 m时,不同高度的路堤荷载作用下的总沉降量和工后沉降量,两者都随地基土模量的增大而减小,总沉降量随路堤高度的增大而增大,但工后沉降量却随路堤高度的增大而减小,且在同种情况下中活载作用下的工后沉降量比ZK活载大,但当路堤高度为4 m、6 m、8 m时,按标准一的要求,只有当地基土的模量大于3 MPa,工后沉降量小于5 cm,按标准二的要求,只有当地基土的模量大于8 MPa,工后沉降量小于5 cm,满足要求。
3 结论
(1)计算结果表明,总沉降量和工后沉降量随地基土压缩模量的增加而减小,随土层厚度的增加而增大;
(2)当黄土层厚度为8 m,路堤高度为4、6、8 m时,只要天然黄土地基模量大于2 MPa,标准一能满足工后沉降量小于5 cm的要求。天然黄土地基模量大于3 MPa,标准二也能满足要求;
(3)当黄土层厚度为12 m时,根据标准一的要求,当路堤高度小于4 m且地基土模量大于3 MPa时,工后沉降量小于5 cm,当路堤高度大于4 m时,只要地基土模量大于2 MPa时,工后沉降量都小于5 cm,满足要求。根据标准二的要求,当路堤高度分别为4 m、6 m、8 m,只要地基土模量分别大于5 MPa、5 MPa、8 MPa时,工后沉降量都小于5 cm,满足要求;
(4)当黄土层厚度为15 m,路堤高度为4 m、6 m、8 m时,按标准一的要求,只有当地基土的模量大于3 MPa,工后沉降量小于5 cm,按标准二的要求,只有当地基土的模量大于8 MPa,工后沉降量小于5 cm,满足要求;
(5)通过以上对不同厚度的天然黄土层总沉降量以及工后沉降量的计算,不难看出,若考虑一定的安全系数,只有当地基土的模量小于5 MPa,路堤的工后沉降量就有可能大于5 cm,即地基需要加固。
参考文献
[1]房立凤,蒋关鲁,张俊兵,等.郑西客运专线路基黄土填料水泥改良试验研究.铁道标准设计,2008;(9):4—6
[2]于清高,邵生俊,陶虎,等.湿陷性黄土地基综合处理新技术的现场试验与效果分析.岩土力学,2008;29(supp):593—597
[3]王应铭,李肖伦.郑西客专陕西段路基湿陷性黄土地基处理简介.岩土力学,2009;30(supp.2):283—286
[4]郑西铁路客运专线有限责任公司.新建铁路郑州至西安客运专线湿陷性黄土关键技术研究,2006
[5]中华人民共和国行业标准.客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准(铁建设[2006]160号).北京:中国铁道出版社.2005
[6]杨林浩.郑西客运专线路基工程沉降观测方案.铁道工程学报,2006;(4):10—13
工后沉降 篇5
关键词：湿陷性黄土,路基,工后沉降,强夯处理
湿陷性黄土主要分布在我国华北地区及西北地区黄土高原, 大体集中在东经102° ~ 114°, 北纬34° ~ 45°之间, 相当广泛。根据湿陷性黄土的湿陷程度、物理力学性质、黄土厚度, 湿陷性黄土可以划分为7 个大区, 进一步细分为多个亚区。不同的区及亚区的差异主要表现在湿陷性黄土厚度、物理力学性质等方面。根据沉陷的量及遇水稳定性的程度, 可以划分为Ⅰ级自重湿陷性黄土, Ⅱ级非自重湿陷性黄土。
在湿陷性黄土地区修筑公路, 必须针对湿陷性黄土的基本特点, 采取相应的预防措施, 尽量减少路基的沉降。根据目前的科研结果和工程实践, 要彻底杜绝湿陷性沉降尚无可能。但我们可以采取一定的措施, 尽量减少和延缓沉降的数量和时间。
根据本人多年在湿陷性黄土地区修筑高速公路及一二级公路的实践, 归纳了几条减少湿陷性黄土路基工后沉降的措施, 以供参考。
1 湿陷性黄土的概念和特点
湿陷性黄土是在自重或一定压力作用下, 受水浸湿后, 土体结构迅速被破坏, 并产生显著沉降现象。大体可分为两类: 被水浸湿后, 在自重作用下, 被破坏主体结构的土称为自重湿陷性黄土; 被水浸湿后, 在一定外力作用下, 导致结构破坏的土为非自重性湿陷性黄土。
2 湿陷性黄土路基的主要病害
对于湿陷性黄土路基, 最主要的病害有5 种。分别是: 1) 路基沉陷; 2) 边坡冲刷; 3) 通车后路面翻浆; 4) 路基陷穴; 5) 路基失稳。
本文仅就通车后 ( 工后) 路基沉降进行浅析。
3 湿陷性黄土路基沉降的作用机理
湿陷性黄土导致沉陷的作用机理相当复杂。它是一个极其复杂的物理和化学变化过程。专家、学者们进行了大量的科学研究, 形成很多不同的学术体系。没有哪一种理论能够准确地、全面地、完整地解释论证黄土湿陷的所有现象。
湿陷性黄土的沉陷离不开内在原因和外部条件的作用。内在的原因主要包括颗粒组成、化学成分、矿物成分等在内的黄土物质成分以及结构特征。其结构特征主要体现在粉粒为骨架的多孔结构, 颗粒之间存在骨架空隙。外部条件是在一定压力下受水浸湿。
4 湿陷性黄土的主要物理特性
要解决湿陷性黄土的沉陷问题, 必须了解和掌握湿陷性黄土的物理特性。
1) 干硬性。湿陷性黄土在含水量很小的时候, 十分坚硬, 结块很难破碎。
2) 湿软性。湿陷性黄土的含水量一旦大于某一临界值, 就体现为严重的湿软性。
3) 大孔性。当我们采集一块原状的湿陷性黄土时, 观察其断裂面, 可以看到大量的孔隙。并且, 凡是肉眼可以看到的孔隙必然是大孔隙。
4) 崩解性。湿陷性黄土一旦遇水, 立即改变干硬性质, 表现为迅速崩解, 且失去强度。
5 黄土湿陷的影响因素
黄土湿陷的影响因素较多, 也很复杂, 普遍认为有以下几种因素:
1) 黄土中的粘粒含量的多少; 2) 黄土粘粒的成分; 3) 胶结物的含量; 4) 颗粒的组成及分布影响; 5) 架空空隙的大小及分布; 6) 黄土中所含的盐类类型及数量 ( 比例) ; 7) 含水量的大小; 8) 土体的天然孔隙比的数值; 9) 所受的外力的作用 ( 重力、压力) 等等。
6 降低湿陷性黄土路基工后沉降的主要措施
由于湿陷性黄土本身的特点, 产生沉降是必然的。我们只能采取一定的措施延缓沉降的速度, 减少沉降的数量。
我们应在路基填筑前, 路基填筑过程中, 工程完工后等几个阶段分别采取相应的措施来加强控制。
7 路基填筑前采用的措施
针对湿陷性黄土的特点, 在路基填筑前, 一般采取如下措施:
1) 强夯。强夯的作用机理是: 将一定重量的重锤, 以一定的落距对地基施以冲击和振动, 来改善土基的振动液化条件, 从而消除湿陷性黄土的湿陷性。强夯加固的过程是瞬间对地基土体施加一个巨大的冲击能量, 从而使土体发生一系列的物理变化, 它不是一般的压实, 而是使土体的结构性质发生变化, 主要体现在土体结构的破坏, 土体的液化产生排水固结, 土体压密, 空隙减少。
通过反复巨大的冲击能及与之伴随的压缩波, 剪切波以及瑞利波等作用, 对地基发挥综合作用。土体在瞬间加荷的作用下, 土体受拉应力和压应力的交替作用, 使土体的颗粒间原有的接触形式发生改变, 颗粒之间产生位移。土体的内聚力大幅提高。着力点处形成夯实核, 大大地减少了地基的沉降。提高了土体的承载能力, 提前完成了土体的固结和压缩, 从而减少了工后的沉降。因此, 被广泛应用于湿陷性黄土路基的处理。
2) 重夯。重夯一般适用于处理饱和度不大于60% 的湿陷性黄土地基。工艺要求采用2. 5 t ~ 3. 0 t的重锤, 落距一般控制在4. 0 m ~ 6. 0 m之间, 单点夯击数为6 击。通过重锤处理的地基可解决1. 2 m ~ 1. 8 m垂直范围内土层的湿陷性。通过重锤夯实, 土的物理力学性能得到显著改善, 其平均干密度明显增加, 压缩性得以降低。湿陷性显著消除, 透水性减弱, 承载力获得提高。重夯一般适用于非自重湿陷性黄土, 且效果比较明显。
3) 垫层处理法。垫层处理法是在路基填筑前, 清表后, 在原地面上挖除一定厚度或直接覆盖一定厚度的非湿陷性黄土的素土或掺有一定比例的灰土, 从而达到提高地基承载力, 减少有害压缩变形, 增强水稳定性, 提高土的CBR值, 减少湿陷沉降。
换填的厚度一般为30 cm ~ 120 cm之间。为减少工程完工后受水的侵蚀破坏, 换填的宽度每边应比坡脚线宽2 m左右。换填料的填筑应分层夯实, 压实度应达到96% 以上。
8 路基填筑过程中采取的措施
通过前面的论述, 我们清楚地看到, 湿陷性黄土不是一种理想的路基填料, 但是工程建设必须考虑经济合理的问题, 不可能超长运距购置非湿陷性黄土、砂砾、石渣。只能在施工过程中, 采取有效措施, 来减少路基的沉降。主要有以下几种方法:
1) 做好临时排水, 减少土基湿陷沉降。
做好临时排水, 是公路工程路基施工规范中明确要求的, 对于湿陷性黄土的路基更应引起高度重视。只有做好临时排水, 让雨水顺利排出路基, 才能减少湿陷性黄土的崩解和沉降。
2) 小面积摊料, 及时碾压。
在机械设备一定的情况下, 应尽量在上料时少一点。面积不能摊得太大, 含水量合适的时候, 及时进行碾压。天气晴朗时, 气温高 ( 或风速大) , 含水量很容易降低, 不容易碾压。雨天填土料被水浸泡, 无法施工, 夏季雨水充沛, 随时都可能有大雨发生, 更要引起高度重视。
3) 严禁摊铺后, 洒水车洒水, 应在取土场提前焖料。
土摊铺后洒水, 很容易使表层的土含水量过大, 导致碾压困难, 或者形成“弹簧土”, 一旦出现“弹簧土”, 碾压时必然出现“翻浆”现象, 只能挖除。
要解决湿陷性黄土的干缩性导致碾压困难的问题, 应在取土场提前洒水焖料。运到现场后, 含水量正好接近最佳含水量, 从而保证了路基的填筑质量。
4) 强夯处理。
前面提到的强夯, 是对原地面的强夯。这里提到的强夯是对路基的强夯, 一般来说, 每4 m强夯一次。可以提前完成大部分沉降。强夯的方法与路基原地面的强夯相似。
5) 灰土挤密桩加固。
路基填筑完成后, 为提高湿陷性黄土路基的承载力, 减少工后沉降, 可以采用灰土挤密桩的方法加以提高。本人在某国道主干线高速公路监理时, 曾采用灰土挤密桩处理, 效果很好, 几年后本人回访该路的质量, 未出现路基沉降的现象。
灰土挤密桩按成孔形成分为两类, 一种不取土成孔, 另一种是取土成孔。不取土成孔是将土体向周边挤压, 形成桩孔。取土成孔是利用长螺旋钻机、电动洛阳铲等工具挖孔, 再回填灰土。一般来说, 不取土成孔适用于路基底原地面处理, 如果是路基已经完成填筑, 因压实度很好, 很难将土挤压到周边, 只适用挖土成孔法。
灰土挤密桩按填料组成分为石灰土挤密桩和石灰水泥土挤密桩。本人在某高速公路监理时, 采用的是3% 的水泥, 8% 的石灰, 89% 的土。
无论什么类型的灰土挤密桩, 都是复合地基, 即由灰土桩形成的柱状高承载力的土体及被灰土桩充盈挤密的桩间土形成的复合路基。经现场检测, 400 mm桩径、1. 5 m间距的梅花点布置的灰土挤密桩, 夯实后, 充盈达到45 cm ~ 48 cm之间, 效果很好。
灰土挤密桩的处理深度为6 m~9 m之间, 其效果都很明显。
6) 预压。
预压是路基完成后, 路面开始前, 在路基顶层堆土加载预压, 通过未来路面结构层恒载及路面活载的换算, 提前完成沉降以减少工后沉降的方法, 预压的时间一般要持续6 个月左右。
7) 搁置。
所谓搁置是路基成型后, 不急于进行路面施工。放置一段时间, 可以让车辆在路基上行驶, 让路基土在行车荷载的作用下, 随着时间的推移完成次固结, 提前完成土基沉降。本人查阅相关外文资料, 日本和美国一般在路基完成时放置一年以上才进行路面施工。
9 工后预防措施
工程完成后, 后期管理对减少湿陷性黄土的沉降也可起到辅助作用。
1) 边坡绿化加固。
边坡绿化可以起到固土、护坡、容水等作用, 防止雨水冲刷边坡、进入路基, 导致路基的沉降。
2) 及时修复路面病害。
尽管我们提出的口号是“十年路面百年桥”, 但是真正达到十年不毁损的路面少之又少。如果我们发现路面出现病害, 及时修复, 防止雨雪下渗到路基, 可以间接预防路基 ( 湿陷性黄土) 的崩解、下沉。
10 结语