高填方路基沉降防治

高填方路基沉降的防治措施探讨摘要：本文研究了强夯控制高填方沉降变形机理,对影响沉降的各种因素进行分析,结合工程实例,研究了强夯控制高填方沉降量,提出了沉降量的计算公式,分析了夯击能的传递特征,得出孔隙水压力的表达式及其推广的一般形式。关键词：强夯；高填方；沉降近年来,国内外强夯技术发展迅速,应用范围更为广泛,关键技术主要集中在大能级的强夯技术研究和饱和软土复合地基的强夯技术研究。而对于强夯法控制高填方地基不均匀沉降的机理研究却很少。为保证强夯工程的效果,提高控制高填方地基不均匀沉降的理论水平,强夯控制沉降量的机理研究就显得非常重要。本文在结合某机场飞行场地地基处理工程的基础上,对卵石土高填方区地基的强度和稳定,特别是飞机场地高填方区地基上部,采用强夯法以提高填方及地基的密实度,控制总沉降量。并对强夯控制沉降机理进行深入研究,为强夯法地基处理技术提供理论补充。一、强夯过程土体变形强夯法又称为动力固结法或动力压密法。这种方法是将100~400kN的重锤(最重达2000kN),以10~40m的落距自由落下,给地基以冲击和振动,使地基内出现强大的应力波,引起土体内应力、孔隙水压力等的变化,从而达到提高地基强度,降低其压缩性,改善土的振动液化条件等目的。（一）土体变形来源土体的变形主要来源于以下几个方面在接触面压应力的作用下,土颗粒点发生弹性和塑性变形,这种变形导致土颗粒之间接触面积的增大,土颗粒之间中心到中心的距离缩小,从而使土颗粒靠得更近。如果接触应力很大,超过土颗粒的极限强度,也有可能局部压碎;如果有片状颗粒,片状矿物颗粒可能受弯而挠曲,使相邻土颗粒发生相对位移;作用于土颗粒接触位置的剪应力如果超过接触面上的抗剪强度,颗粒之间将发生滑动,此外,除剪切变形外,还有可能体积缩小;结合水膜在接触应力下发生变形,使土颗粒之间的距离发生变化;最后是由于粘土矿物的不稳定结构受剪切后发生改变,使土的孔隙减少。（二）地基沉降瞬时沉降是指加载后地基瞬时发生的沉降，由于基础加载面积为有限尺寸,加载后地基中会有剪应变产生,特别是在靠近基础边缘应力集中部位。对于饱和或接近饱和的粘性土,加载瞬间土中水来不及排除,在不排水和恒体积情况下,剪应变引起侧向变形而造成瞬时沉降。固结沉降是指饱和与接近饱和的粘性土在基础荷载作用下,随着超孔隙水压力的消散,土体骨架产生变形造成的沉降。固结沉降的速率取决于孔隙水的排出速率。次固结沉降是指在主固结过程结束后,在有效应力不变的情况下,土体骨架仍随时间继续发生变形。这种变形的速率已经与孔隙水排出的速率无关,而是取决于土体骨架的蠕变性质。次固结沉降既包括剪应变,也包括体积变化。因此强夯过程是使土体达到超固结状态,通过冲击荷载的作用,待强夯施工完成后,土体不但完成了固结沉降,而且次固结沉降也基本完成,可以认为次固结沉降量为零。二、强夯结合碾压对沉降量的控制假设填方高达22·77m,采用强夯结合碾压填方层,可以大大缩短填方层到达最终控制沉降量的时间。已有的强夯理论都假设强夯加固过程是一个等温过程,没有将其作为一个热力学问题加以考虑。实际上,在夯击过程中由于夯锤对地基土表面接触时间极短,这种短暂而又巨大的接触应力所产生的热量,在短时间内无法热传导而散失,从而会在一定范围内产生绝热升温的现象。根据该机场高填方地基强夯设计,夯击的能级最高达到4000kN·m,在这种高压环境中骤然升温会对地基土这一典型的三相介质产生不同程度的相变,包括孔隙水的蒸发、结合水的析出、粘土矿物的晶格重新排列等,宏观上体现出力学性质的改变;另一方面,由于这种极大的接触应力在某种程度上存在一定的间断特性,地基土会在极短的时间内产生很高的应变率。此时,在考虑应变强化的同时,土体的应变率效应更加突出,且随冲击荷载的进一步增加,土体强度效应将居次要位置,而锤底地基土近似处于可压缩流体状态。显而易见，为了加速填方层的固结压密,缩短预压加固的时间,采用强夯结合碾压方法,碾压施工是一个填土层预压过程,可以消除土层的部分沉降;而强夯过程是使土体达到超固结状态,在冲击荷载作用下,土体的固结沉降完成,可以认为填方体的固结沉降量为零,强夯施工完成后,通过冲击荷载的作用,次固结过程也大致完成,可以认为次固结沉降量为零,从而大大缩短了填方层达到最终控制沉降的时间。三、夯击能的传递特征前已述及,半空间表面上竖向夯击能传递给土体的能量是由压缩波(P波)、剪切波(S波)和瑞利波(R波)联合传递的。体波(压缩波与剪切波)沿着一个半球波阵面径向向地基深处传播,而瑞利波则沿着一个圆柱波阵面径向向地基深处传播。压缩波的质点运动属于平行波阵面的一种推拉运动,这种波使孔隙水压力增大,同时使土颗粒错位;剪切波的质点运动引起和波阵面方向正交的横向位移;而瑞利波的质点运动则是由于水平和竖向分量组成。剪切波和瑞利波的水平分量使土颗粒间受剪切,导致土体得到密实。对于均质各向同性弹性半空间表面上竖向振动的均布圆形振源,根据理论计算,三种弹性波占输入总能量的百分比分别为:瑞利波67%,剪切波26%,压缩波7%。由于瑞利波占了来自竖向振动的总输入能量的2/3,因瑞利波随距离的增加而衰减要比体波慢得多,所以对于或接近地面的地基土,瑞利波的竖向分量起松动的作用。四、孔隙水压力饱和土中的孔隙水在强夯加固过程中起着很重要的作用。理论研究表明,强夯作用下土体颗粒之间的孔隙水压缩使得应力传递给孔隙水,当孔隙水压力达到上覆土体的重量时,颗粒之间的支撑力降为零,土体强度降低,土体中的总应力全部由孔隙水承担。一般情况下,夯击时的孔隙水压力有以下特征:①孔隙水压力的最大值出现在夯击时刻,每次夯击后迅速减小;②孔隙水压力的最大值并不随夯击次数的增多而增加,说明两次夯击之间的孔隙水压力参加很少;③超静孔隙水压力的分布在夯锤下一个椭球形范围内,距离夯击点越近,孔隙水压力越大。如果在强夯过程中和强夯后,土体中的超孔隙水压力不能消散,地下水不能排出,强夯施加的能量就根本不能改变土体的结构,全部被超孔隙水压力所吸收,甚至引起原有土体结构的破坏,形成“橡皮土”。为了提高这类土体的强夯效果,必须解决土体中地下水排出和超孔隙水压力消散的问题,因此可以在饱和粘性土中打入碎石桩、砂桩,在土体中形成竖向排水通道,有利于超孔隙水压力的消散;同时在粘性土表层铺设一定厚度的粗颗粒,使土体中排出的地下水有横向通道而不致逸出地表造成施工困难。结论：总而言之，采用强夯法对某机场飞行场地地基处理基础上,对强夯控制沉降机理进行深入研究,采用强夯结合碾压方法,可以加速填方层的固结压密,缩短预压加固的时间。参考文献：[1]黄涛,刘辉.强夯结合碾压控制高填方沉降的机理研究[J].西南交通大学学报,2007,(02).[2]王世彪,隋耀华.填方高度及填土土质对高填方路基沉降影响分析[J].西部探矿工程,2006,(08).[3]贺广零,李倩妹,洪芳,彭双艳.山区变电站高填方地基工后沉降分析[J].建筑科学与工程学报,2007,(04).[4]赵靖,许金余.山区高填方机场填筑体强夯法加固试验[J].低温建筑技术,2009,(03).[5]孙昱斌.桩基设计与沉降控制[J].住宅科技,2003,(07).[6]刘萌成,黄晓明,陶向华.桥台后高填方路堤工后沉降影响因素分析[J].交通运输工程学报,2005,(03).试论山区路基水毁的预防措施摘要：山区公路大部分路段沿河谷或沟谷布线，每年雨季都发生不同程度的水毁灾害，极大地影响了公路通行能力、增加了养护费用的投入，成为制约城市间经济交流及区域经济发展的因素。因此，充分了解山区沿河公路路基水毁的环境特点及成因，对于加强山区公路水毁的预防和治理，具有重要的意义。关键词：山区路基；水毁；雨季；有效措施近年来，我国西部地区公路建设迅速发展，在当地乃至全国公路网中发挥着日益重要的作用，山区公路抗水灾能力也有所提高。但是，雨季多发的水毁是造成公路损坏、影响公路畅通的自然灾害之一。据有关资料统计，西部地区公路水毁损失呈逐年上升趋势，所面临的水毁防治形势仍很严峻。一、山区沿河公路路基水毁的自然环境特点山区公路受地形限制，不少路段与河道并行，一侧傍山，一侧临河。顺河谷一侧修筑路基，或在山区开阔的河谷地段沿河修筑路堤，使之成为山区河流的河岸。很多路基是半填半挖或全部为填方型式，填方部分压缩了河床行洪断面。在较大洪水条件下，水位较高，流速较大，大多造成路基坍塌，出现很多缺口或半个以上路基被毁。还有不少沿溪线，由于河道变迁、河岸被冲刷，使原来远离岸边的路基逼近河边而遭水毁。陕南秦巴山区处于秦岭—印支褶皱带，为中高山分布区域，褶皱、断裂发育，新构造运动特征表现为间歇性差异升降运动。境内的地质构造极为复杂，岩石变质强烈，多强风化千枚岩。该区由数条平行山岭和位于其间的河谷、山间盆地组成，河网密布，河谷发育。区域内地形地貌的总体特征是以秦岭主脉为骨架，群山起伏，沟岭相间的掌状或枝状形态。秦巴山区处于中国大陆内部偏东的中纬度地带，地处南北冷暖气流交汇带，属北亚热带湿润型气候，四季分明，年均降水量大，蒸发量小，河川径流的季节变化基本与季节降水特性相吻合，且降水的时空分布不均匀。洪水暴发期大致为6～10月，以7月为最多，8、9月次之。由于岩石裸露，入渗少，坡度陡，汇流时间短，河槽深切且狭窄，汛期流量过程线多变，每逢降雨，特别是强降雨和长历时连续降雨，洪水水量集中，陡涨陡落，破坏力极强，导致洪涝及其次生的滑坡、崩塌、泥石流等自然灾害尤为严重。区内部分公路修建时间较长，路线等级与防护标准较低，排水系统不完善，所以，修筑于区内的山区公路水毁防治问题十分突出。二、秦巴山区沿河公路路基水毁的类型及原因（一）沿河公路路基水毁类型通过对陕南多条路段的沿河路基水毁情况进行野外现场调查和历年水毁资料分析，秦巴山区沿河路基水毁，按其成因主要可分为：河弯凹岸冲刷或股流顶冲、支流汇入形成的斜冲和对岸巨石挑流的顶冲，河湾螺旋流直接冲刷路基挡土墙或边坡坡脚，或洪水夹杂大石块冲击凹岸路基，造成路基坍塌；路基设计高程偏低，或发生超频率洪水，造成水漫路面并沿路线流动，冲毁路基路面；河道压缩冲刷引起路基毁坏。其中，第一种类型在山区沿河公路水毁中占了70%以上。从形态看，沿河路基水毁主要有路基坍塌、小桥涵破坏和防护构造物水毁等形式。此外，还有公路沿线泥石流等地质灾害间接引发的路基水毁等。（二）沿河公路路基水毁原因设计施工方面,沿河公路路基防护构造物。虽然有些路段设置了防护工程，但在水流冲刷作用下存在基础埋深不足而外露等问题。少数路段采用石砌挡土墙与单丁坝配合防护的形式，防护作用不够明显。或者，在冲刷较严重的位置未采用相应的防护措施，导致汛期洪水时坡脚淘刷严重。还有部分山区沿河公路的防护工程出现局部损坏或缺失而未能及时修补，其结构的稳定性和抗水毁能力均有所下降，难以抵御大洪水的冲击。秦巴山区多见石砌挡土墙（或护坡）、挡土墙与护坦配合等防护型式，若设置合理，均能达到较好的防护效果；公路过多压缩了河道的过水断面，使上游壅水严重以致水上路面，而压缩断面附近的水流速度大、冲刷严重，容易造成公路水毁；局部路段的路面设计高程偏低，导致汛期洪水漫上路面，水流沿路线纵向流动，冲刷路基路面，回归河道时冲毁路肩、边坡或挡土墙；路段建设或改建时填筑材料选用不当，施工中夯实密实度不够；或者，由于基础处理、坡面排水系统、边坡防护及加固措施不够完善，引起路基自身稳定性不足；小桥涵位置选择不当，水流不畅，或孔径偏小，满足不了排洪输沙要求；基础深度、强度不够；涵洞进出口处理不当；施工质量不合格，在洪水的作用下，轻者淘空基础、堵塞涵洞，降低通行能力，重者冲毁小桥涵，阻断交通。（三）其它方面陕南秦巴山区，山高坡陡，沟谷发育，水流密布，地形复杂，路线不得不多次跨越河道、冲沟。山区河流的局部地形（如山嘴、巨石等），使洪水水流斜冲沿河公路，导致水毁。山洪往往挟带有大量泥沙、卵石和漂石，特别是河床比降较大的山区河段，挟带沙、石的水流具有巨大的冲击力，对沿河公路和小桥涵造成严重威胁。另外，强降水触发的崩滑流堵塞小桥涵或河道，也易造成公路水毁。近年来，河