第39卷 第5期2007年10月西安建筑科技大学学报(自然科学版)
J1Xi’an Univ.of Arch.&Tech.(Natural Science Edition)
Vol.39 No.5
Oct.2007
连续降雨条件下黄土路基水分场数值分析
王铁行1,岳彩坤1,2,鲁 洁1,刘丽萍1
(1.西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;
2.中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司,河南平顶山467002)
摘 要:基于非饱和土水分迁移模型,给出了考虑含水量和密度影响的非饱和黄土路基水分场计算模型,确定了模型参数.指出含水量和密度对非饱和黄土渗透系数k w均有显著影响.编制有限元程序,模拟不利连阴雨天气,对黄土路基水分场变化过程进行计算分析.揭示出降雨入渗条件下土体密实度对路基水分场的变化有显著影响,密实度越小,路基湿软区域越大,雨水入渗水分迁移进程越快;相同条件下硬路肩较之土路肩更利于防止雨水入渗.因此,采用硬质路肩或增加土体密实度,均有利于减轻雨水渗入路基,从而预防和减少路基水毁病害.
关键词:非饱和土;黄土;路基;渗流;数值分析
中图分类号:U416.1+69 文献标识码:A 文章编号:100627930(2007)0520593205
黄土路基大面积暴露于空间,受到诸如降雨、蒸发等自然因素的影响,这将引起路基黄土工程性质的变化,从而导致一系列路基病害的发生.路基病害产生的原因很多,其中水是一个很重要的影响因素.黄土地区每年降水很不均匀,基本上是夏秋多雨、冬春干旱,这就造成了黄土路基含水量分布随季节呈动态变化.黄土含水量变化对土体强度有显著的影响[122],目前有关黄土路基水分场随气候变化的文献尚比较少,因此,有必要对该课题进行研究.参考相关文献,基于非饱和土水分迁移模型[325],对黄土路基水分场变化问题进行研究,旨在建立适用于非饱和黄土路基水分场计算的数值模型,并实现模拟不利降雨条件下黄土路基水分场变化过程的计算,这对进一步研究黄土路基变形和稳定性问题以及预测和治理黄土地区路基病害具有理论指导意义.
1 计算模型及参数
外界气候条件变化导致黄土路基中含水量的分布不断随时间变化,因此,黄土路基中的水分场是非稳态的.路基问题可简化为二维问题,二维非稳态渗流有限元方程为:
[D]{h}+[E]{5h
5t}={F}(1)
式中:[D]为刚度矩阵;{F}为反映边界条件的流量矢量列阵;[E]为容量矩阵;{h}为水头列阵.
采用向后差分格式,式(1)即为:
([D]+[E]
Δt){h}t+Δt=[E]
Δt){h}t+{F}(2)
式中:Δt为时间步长.
刚度矩阵元素是节点坐标和渗透系数k w的函数,容量矩阵元素是单元面积和系数m w2的函数,m w2是基质吸力变化引起的水的体积变化系数.对计算区域进行网格划分后,单元面积和节点坐标即确定.
基质吸力与含水量关系曲线常采用下式描述:
3收稿日期:2007203222 修改稿日期:2007206204
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50308024);陕西省自然科学基金资助项目(E208)
作者简介:王铁行(19682),男,陕西富平人,博士,教授,主要从事黄土、冻土工程理论和实践方法等方面研究.
θ(h)=θ
r+
θ
s-
θr
[1+|αh|n]m
(3)
式中:h为基质吸力水头(cm);θ为体积含水量;θr为残留体积含水量;θs为准饱和体积含水量;α、m、n 为系数,m=1-1/n.
基质吸力和土体密度、温度有关,笔者实测得到了考虑密度和温度影响的基质吸力与含水量关系[7].研究夏秋季节降雨入渗问题时,可不考虑温度变化影响,温度取定值,但模拟土性差异考虑密度变化影响.考虑密度变化影响后,得到公式(3)参数如下:
θ
r=0.36
ρd-0.38(4)
θ
s=1-0.38
ρd(5)
α=e7.12-7.51ρd(6)
n=0.36+0.41ρd+0.22ρ2d(7)式中:ρd为土体干密度(g/cm3).
基于式(3),按下式确定水的体积变化系数:
m w2=-
dθ
d(u a-u w)
=-
1
ρ
w g
dθ
d h u
(8)
将公式(3)代入公式(8),得到:
m w2=m n(θθs-θr)α|αh u|n-1
ρ
w g(1+|
αhθu|n)m+1(9)基于水平土柱入渗法测试结果[7],考虑密度影响得到非饱和黄土水分扩散率与含水量的关系:
D=e(aθ2+bθ+5.7ρd-12)(10)式中:a,b为系数,a=84.5ρd-57.1,b=61.8-56ρd.
非饱和土的渗透系数等于比水容和扩散率的乘积,而比水容是m w2与水重度的乘积.基于公式(9)、(10)得到系数m w2和扩散率后,便可进一步确定非饱和黄土的渗透系数:
k w=ρw gm w2D(11)求解方程(2)时,由于计算参数k w和m w2均是含水量或基质吸力的函数,而基质吸力又与各节点处的水头有关,因此,必须用迭代法求解.先将初始水头(含水量)代入式(10)和(11)计算参数k w和m w2,以此求解各节点的水头值,进而再按下式求解基质吸力值:
{u a-u w}=({h}-{h g})gρw(12)计算参数k w和m w2均是水头的函数,而且与水头之间呈现非线性关系.迭代计算时依据每一时间步长Δt时段初始水头和计算水头的平均值,调整参数k w和m w2进行计算.若时间步长Δt较大,依据Δt 时段水头平均值得到的k w和m w2将难以反映Δt时段的渗流特征,从而导致较大的计算误差.因此,时间步长Δt的选取应适当.就保证计算参数k w和m w2的准确度来说,时间步长Δt越小越好.
求得某一时刻各个节点的水头值后,便可根据公式(12)确定各个节点的基质吸力值,再依据基质吸力与含水量关系曲线,确定各个节点的含水量,即可确定到该时刻的水分迁移结果.
2 计算及分析
先编制有限元程序,以文献[5]中非饱和土土坝渗流为例进行计算,对程序计算结果的可靠性进行了验证.再应用该程序及试验所得参数对黄土路基水分场进行计算分析,计算模型取黄土路堤高度4 m,路面宽度10m,边坡坡度1∶1.5,路基坡角以外取10m,天然地面以下深度取10m.由于对称条件,沿路基中线取一半区域进行计算分析,计算区域网格划分如图1所示.
取路面为不透水边界,路肩、坡面、坡角以外的天然地表为雨水入渗边界.考虑到路基和天然土层的495 西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报(自然科学版) 第39卷
对称性,左右边界均为零流量边界,下边界因埋藏较深亦取为零流量边界.黄土路基土体密度范围较大,其原状黄土孔隙比范围基本在0.7~1.2,相应干密度为1.2~1.6g/cm 3.考虑密度影响,便于分析不同密度时黄土路基水分迁移规律.计算路基黄土初始含水量w =18%,考虑土体密实度的影响,干密度取
1.3g/cm 3和1.5g/cm 3两种情况,模拟不利连阴雨天气,连续降雨20d ,降雨停止后10日内为阴天.降雨期间入渗边界始终处于饱和状态,边界节点基质吸力水头等于零,降雨停止后,入渗边界即变为蒸发边界,但经过多日降雨,空气湿度大,阴天边界蒸发量小,可取其为零流量边界
.
图1 计算区域网格划分
Fig.1 Element s of t he analyzed zone
(a )ρd =1.5g/cm 3 (b )ρd =1.3g/cm
3图2 硬路肩下含水量大于24%的区域(图中1)Fig.2 Area of w >24%in t he subgrade
图2给出了初始含水量w =18%的黄土路基,在连续降雨条件下,经过不同时间土体增湿后硬路肩下含水量大于24%的区域(湿软区).由图可知,随着时间的延长,湿软区域明显增大,湿软区域大小受土体密实度影响较为明显,密实度越小,雨水入渗水分迁移进程越快.其他条件相同时,密度较小路基湿软区域大小明显大于密实度较大的路基.湿软区域较大则易导致路基路面出现不均匀变形和纵向裂缝病害,甚至导致路基塌散.故增加路基、路肩土体密实度,对防止雨水入渗危害是有利的
.
图3 不同材质路肩下含水量变化曲线(ρd =1.3g/cm 3)Fig.3 Water content under t he road shoulder
图3给出了干密度为1.3g/cm 3的黄土路
基不同材质路肩下含水量分布的变化过程.降雨
期间,雨水逐渐下渗,从上向下土体含水量逐渐
增加.降雨停止后,表面已无雨水补给,上部土体
中的水分在重力势作用下逐渐向下迁移,从而上
部土体含水量逐渐减小,下部土体继续经历浸湿
过程,其含水量逐渐增加.另外,土质路肩下含水
量变化幅度明显大于硬质路肩,因此在条件允许
的情况下采用横坡适度的硬质路肩,有利于减轻
雨水渗入路基.
图4给出了土路肩和硬路肩两种情况,不同
密实度的路基2m 深度处的含水量分布曲线,由
图可知,降雨过程中随着雨水从坡面入渗,在同
一深度处,路基土体含水量逐渐增加,而土体密
实度对雨水入渗的进程及程度都有显著的影响,
密实度越小,雨水入渗水分迁移的进程越快,土
体含水量变化的幅度越大.另外,不同材质的路肩,雨水入渗影响导致含水量分布变化的范围有一定的差别,土质路肩下含水量变化的范围明显大于硬质路肩.因此,采用硬质路肩或增加土体密实度,均有利于减轻雨水渗入路基,从而预防和减少路基的水毁病害.
595第5期 王铁行等:连续降雨条件下黄土路基水分场数值分析
图4 路基2m 深度处含水量横向分布
Fig.4 Transversal distribution of water content in 2m dept h
3 结语
结合有关文献及试验资料,得到了考虑含水量和密度影响的非饱和黄土路基水分场计算模型,探讨
和确定了模型参数,指出非饱和黄土水体积变化系数m w 2并非恒值,随含水量及密度的变化而变化,在
含水量相同时,密度变化引起的m w 2值的变化在高含水量时较大,在低含水量时较小.密度对非饱和黄
土渗透系数k w 亦有显著影响.应用编制的有限元程序,模拟不利连阴雨天气,对黄土路基水分场变化过程进行计算分析.计算结果揭示出降雨入渗条件下土体密实度对黄土路基水分场的变化有显著的影响,密实度越小,路基湿软区域越大,雨水入渗水分迁移的进程越快,土体含水量变化的幅度越大;同时揭示出,相同条件下硬路肩较之土路肩对防止雨水入渗危害是有利的.因此,采用硬质路肩,或增加土体密实度,均有利于减轻雨水渗入路基,从而预防和减少路基水毁病害.研究不利降雨条件下黄土路基水分场的变化过程,对进一步研究黄土路基强度、变形和稳定性问题以及预测和治理黄土地区路基病害都具有理论指导意义.
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Numerical analysis on moisture migration in loess
subgrade under rainfall
W A N G Tie 2hang 1,YU E Cai 2k un 2,L U J ie 1,L I U L i 2pi n g 1
(1.School of Civil Eng 1,Xi πan Univ 1of Arch 1and Tech 1,Xi πan 710055,China ;
2.Beijing Huayu Engineering Company Limited of Sinocoal International Engineering Group ,
Pingdingshan 467002,China )
Abstract :Taking the soil density and water content into account ,a numerical model of moisture migration in unsaturated loess subgrade is given ,and parameters of the model are obtained.It is pointed that the coefficient of water volume
change m w 2is not only velated to the moisture content but also to the soil density.So is the Coefficient of permeability k w also related to soil density.Furthermore ,by simulating unfavorable rainfall ,moisture migration in loess subgrade is stud 2ied.The slaking scope in subgrade by seepage is gradually enlarged.The area of the slaking scope is related to loess den 2sity ,and less density of subgrade loess result in big slaking scope.Building subgrade in greater loess density or using hard shoulder is an advantage to avoid seepage risks.
K ey w ords :unsaturated soil ;loess;subg rade;see page;numerical anal ysis
7
95第5期 王铁行等:连续降雨条件下黄土路基水分场数值分析3Biography :WAN G Tie 2hang ,Professor ,Ph.D.,Xi πan 710055,P.R.China ,Tel :0086229282205900,E 2mail :wangtx @xauat.
https://www.wendangku.net/doc/9617866172.html,
湿陷性黄土地基处理方法研究 1、概述 定义:黄土受水浸湿后,在上覆土层自重应力作用下发生湿陷的称自重湿陷性黄土;若在自重应力作用下不发生湿陷,而需在自重和外荷共同作用下才发生湿陷的称为非自重湿陷性黄土。 湿陷性黄土是一种十分特殊的土质,俗称大孔土,主要分布于我国陕甘宁等缺水少雨的干旱地区。属砂壤土的范畴,砂壤土的粘土含量为12.50%~25%,壤土的粘土含量为25%~37.50%,而湿陷性黄土的颗粒组成中粘粒的含量为8%~26%,属于砂壤土,但其性质与砂壤土又有所不同:①在天然状态下具有肉眼能看见的大孔隙,孔隙比一般大于1,并常有由于生物作用所形成的管状 孔隙,天然剖面呈竖直节理、颗粒粗,土质干燥;②颜色在干燥时呈淡黄色,稍湿时呈黄色,湿润时呈褐黄色;③土中含有石英、高岭土成分、含盐量大于0.30%,有时含有石灰质结核;④吸水及透水性较强,塑性粘聚力差,水易冲刷成沟,不易粘结,土样浸入水中后,很快崩解,同时有气泡冒出水面;⑤在干燥状态下,有较高的强度和较小的压缩性,由于土质竖直方向分布的小管道几乎能保持竖立,边坡遇水后,土的结构迅速破坏发生显著的附加下沉,产生严重湿陷。这种土质的基础处理与其它土质相比,施工难度大,进度慢,程度复杂,耗用时间长,特别是大面积的土质夯填及水利坝体处理。 黄土湿陷的原因常由于管道漏水,地面积水,生产和生活用水等渗入地下,或由于降水量较大,灌溉渠和水库的泄露或回水使地下水位上升等原因而引起。但受水浸湿只是湿陷发生所必须的外界条件,而黄土的结构特征及物质成分湿产生湿陷性的内在原因。 影响因素: 1、干旱或半干旱的气候是黄土形成的必要条件。 2、黄土受水浸湿后,结合水膜增厚进入颗粒之间。 3、黄土中胶结物的多寡和成分,以及颗粒的组成和分布,对黄土的结构特点和湿陷性的增强有着重要的影响。 4、黄土的湿陷性还和孔隙比,含水率以及所受压力的大小有关。
湿陷性黄土路基处理与防治措施探讨 摘要:通过介绍黄土的各项物理参数、结构特征和各种力学性质,来分析黄土产生湿陷的主要原因,介绍了黄土湿陷性的评价方法及其湿陷程度的判断。分析并总结了处理黄土湿陷性的常用方法及不同的处理方法所适应的范围及各自的优缺点。根据黄土产生湿陷的主要原因—水,提出了针对黄土路基的防排水措施。为湿陷性黄土路基的设计和处理提供参考。 关键词:黄土;湿陷性;处理方法;防排水措施 1 引言 我国黄土分布面积约为63.5万平方千米,占世界分布总面积的4.9%左右,而湿陷性黄土又占了相当大的比例。湿陷性黄土由于其特殊的物理结构和力学特性,造成其在干燥情况下具有很高的强度;而受水浸湿后土的结构迅速破坏,强度也随之降低,引起路基的破坏。而湿陷性黄土在道路工程中又比较常见,因此本文针对黄土路基湿陷性提出了常用的处理方法,也针对黄土产生湿陷的外因—水,提出了防排水措施,以此来提高路基的稳定性和耐久性。 2 黄土的性质 2.1 黄土的物理力学性质 黄土在干燥时具有较高的强度,而遇水后表现出明显的湿陷性,这是由黄土的特殊成分和结构决定的。黄土主要结构特征是具有明显的大孔性,结构疏松,孔隙度大,一般为33~64%。干容重与土
的孔隙度有关,土的孔隙度越大,则干容重越小。干容重是评价黄土湿陷性的一个综合性指标,通常认为干容重越大,其湿陷性越小。黄土的抗剪强度c、φ值与黄土的湿度、结构关系密切。其内摩擦角(φ)为5°~31°,内聚力(c)为0~0.42×105pa。黄土的压缩性及抗剪强度受黄土的成因、结构、组成及气候环境等因素的影响,所以不同地区的黄土其压缩性及抗剪强度也有所差别。2.2 黄土湿陷性评价 2.2.1 黄土的湿陷性 (1)湿陷系数的确定。 (2)湿陷性黄土地基的湿陷等级,应根据湿陷量的计算值和自重湿陷量的计算值来判定。 3 黄土地基的处理措施 3.1 地基处理 湿陷性黄土路基处理的原理,主要是破坏湿陷性黄土的大孔结构,以便全部或部分消除地基的湿陷性,常用的处理黄土路基湿陷性的方法有以下几种: 3.1.1 浅层换填 该方法主要适用于地下水位以上局部或整片处理,一般换填土多为灰土、素土、沙石等。具有施工简单,效果明显的优点。但只能对地基浅表层进行处理,处理深度一般为1m~3m,湿陷黄土路基常采用该方法处理。该法消除湿陷性的原理:换填土用于置换基础以
7.9黄土地区路基 7.9.1一般规定 1黄土地区路基设计,应查明黄土分布范围、厚度及其变化规律;沿线黄土的成因类型和地层特征;路线所处的地貌单元及地表水、地下水等情况;各种不同地层黄土的物理、力学性质、湿陷性类型和湿陷等级。 2黄土塬梁地区,路基应避开有滑坡、崩塌、陷穴群、冲沟发育、地下水出露的塬梁边缘和斜坡地段。如必须通过,应有充分依据和切实可行的工程措施。 3位于冲沟沟头和陷穴附近的路基,应分析评价其发展趋势及对路基的危害程度,并在设计中考虑冲沟和陷穴对路基稳定性影响。 4位于湿陷性黄土地段的路基,宜设在湿陷等级轻微、湿陷土层较薄、排水条件较好的地段。 5 黄土地区路基设计应特别注意加强排水,采取拦截、分散的处理原则,设置防冲刷、防渗漏和有利于水土保持的综合排水设施及防护工程,并妥善处理农田水利设施与路基的相互干扰。 7.9.2 填方路基 1 在黄土地区修筑填方路基时,填料的强度、基底的压实和处理等应符合第3.2节、第3.3节的规定。高路堤的地基允许承载力低于车辆动力荷载和路堤自重的压力时,还应按承载力要求对地基进行处理。 2当路堤地基情况良好或经过处理、边坡高度不大于30m时,路堤的断面形式及边坡坡率可按表7.9.2选用。阶梯形断面适用于年平均降水量大于500mm的地区,在边坡高20m处设宽为2.0m~2.5m的边坡平台,边坡平台宜设截水沟,并作防渗加固处理。 表7.9.2 路堤断面形式及边坡坡率 3当路堤边坡高度大于30m时,宜与桥梁方案相比较,并按照第3.6节规定进行个别设计。路堤边坡形式及边坡坡度应根据路堤本体及地基土的性质、边坡高度、公路等级,
采用力学分析法经稳定性验算确定,并结合所处地形、地层及水文等不同条件论证采用。 4边坡稳定检算宜采用圆弧法,其稳定系数不得小于表3.6.8规定值。填土的抗剪强度指标值应按设计填筑压实度的要求,采用压实后快剪试验测定。 5对高度大于20m的路堤,应按工后沉降量预留路基顶面加宽值;工后沉降量可按路堤高度的0.7%~1.5%估算。 7.9.3挖方路基 1 黄土路堑边坡形式,应根据黄土类别及其均匀性、边坡高度按表7.9.3-1 确定。高速公路、一级公路黄土路堑边坡宜采用台阶形。边坡小平台宽度为 2.0m~2.5m,边坡大平台宽度应根据稳定计算确定,宜为4m~6m。年平均降水量大于250mm的地区,平台上应设截水沟,并应予以防护。 2 挖方边坡高度不超过30m时,边坡坡率应根据黄土的地貌单元、时代成因、构造节理、地下水分布、降雨量、边坡高度、施工方法,并结合自然或人工稳定边坡坡率按表7.9.3-2确定。 表7.9.3-1路堑边坡形式及适用条件 表7.9.3-2 黄土地区路堑边坡坡率
1. 绪论 1.1 黄土的基本知识 1.1.1 黄土的基本属性 黄土:指的是在干燥气候条件下形成的多孔性具有柱状节理的黄色粉性土,湿陷性黄土受水浸湿后会产生较大的沉陷。第四纪形成的陆相黄色粉砂质土状堆积物。黄土的粒径从>0.005毫米~<0.05毫米,其粒度成分百分比在不同地区和不同时代有所不同。它广泛分布于北半球中纬度干旱和半干旱地区。黄土的矿物成分有碎屑矿物、粘土矿物及自生矿物3类。碎屑矿物主要是石英、长石和云母,占碎屑矿物的80%,其次有辉石、角闪石、绿帘石、绿泥石、磁铁矿等;此外,黄土中碳酸盐矿物含量较多,主要是方解石。粘土矿物主要是伊利石、蒙脱石、高岭石、针铁矿、含水赤铁矿等。黄土的化学成分以SiO2占优势,其次为Al2O3、C a O,再次为F e2O3、M g O、K2O 、Na2O、F e O、T i O2和M n O等。黄土的物理性质表现为疏松、多孔隙,垂直节理发育,极易渗水,且有许多可溶性物质,很容易被流水侵蚀形成沟谷,也易造成沉陷和崩塌。黄土颗粒之间结合不紧,孔隙度一般在40%~50%。黄土是指原生黄土,即主要由风力作用形成的均一土体;黄土状沉积是指经过流水改造的次生黄土。中国北方新生代晚期土状堆积物中常见有古土壤分布,尤以黄土高原地区黄土中最为普遍。在黄土古土壤层下部的白色钙质淀积层常以结核形式表现出来。钙结核的形状有长柱状、不规则树枝状及圆球状等,一般长15~25厘米,宽5~10厘米。黄土在北半球各大陆均有分布,以中国北方的黄土最为典型,在黄河中游构成了著名的黄土高原。中国黄土的分布区介于北纬34°~45°之间,呈东西向带状分布,位于北半球中纬度沙漠-黄土带东南部。黄土分布还与东西向山脉的走向大体一致,昆仑山、秦岭、泰山一线以北黄土分布广泛。中国黄土的总面积为380840平方千米,黄土状沉积的总面积为254440平方千米。其中黄河流域黄土面积为
湿陷性黄土公路路基处理方法 法、冲击碾压法、强夯法以及挤密法等地基处理方法处理路基。 1. 湿陷性黄土的性质 湿陷性黄土泛指饱和的结构不稳定的黄色土,在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,发生显著附加下沉的现象。 2. 湿陷性黄土路基的处理 宁夏固原市地处陇东陕北湿陷性黄土地区。地基土除表层30~50cm的耕土外,其下均系第四纪黄土类地层。由黄土状轻亚粘土、黄土状亚粘土、黄土状粘土组成。黄土类土层中,具有大孔性,含明显白色钙盐结晶,居中等至高压缩性,具有强烈的中等湿陷性。在湿陷性黄土地区进行公路建设,应根据湿陷性黄土的特点和工程要求,因地制宜,采取以地基处理为主的综合措施,防止路基湿陷,保证公路的安全与正常使用,做到技术先进,经济合理。 2.1垫层法。 将基底以下湿陷性土层全部挖除或挖至预计的深度,然后以灰土或素土分层回填夯实。垫层厚度一般为1.0~3.0m。它消除了垫层范围内的湿陷性,减轻或避免了地基因附加压力产生的湿陷,可以使地基的自
重湿陷表现不出来。这种方法施工简易,效果显著,是一种常用的地基浅层处理或部分湿陷性处理方法,同时,还要考虑以下几方面的问题: (1)局部土垫层的处理宽度超出基础底边的宽度较小,地基处理后,地面水及管道漏水仍可能从垫层侧向渗入下部未处理的湿陷性土层而引起湿陷,因此,设置局部垫层不考虑起防水、隔水作用,地基受水浸湿可能性大及有防渗要求的建筑物,不得采用局部土垫层处理地基。 (2)整片垫层的平面处理范围每边超出建筑物外墙基础外缘的宽度,不应小于垫层的厚度,即并不应小于2m。 (3)在地下水位不可能上升的自重湿陷性黄土场地,当未消除地基的全部湿陷量时,对地基受水浸湿可能性大或有严格防水要求的建筑物,采用整片土垫层处理地基较为适宜。但地下水位有可能上升的自重湿陷性黄土场地,应考虑水位上升后,对下部未处理的湿陷性土层引起湿陷的可能性。 2.2冲击碾压法。 (1)冲击碾压是压实技术的新发展,冲击压路机由牵引车带动非园形轮滚动,多边形滚轮产生的势能与行驶的动能相结合,沿地面进行静压、搓揉、冲击的连续冲击碾压作业,形成高振幅、低频率的冲击压实作用。高能量冲击力周期性连续冲击地面,产生强烈的冲击波,向下
黄土地区路基 1.黄土地区路基工程的特点 黄土是指第四世纪以来在干旱和半干旱地区沉积的,以粉粒为主,富含钙质的粘性土,呈棕黄色、灰黄或黄褐色。黄土覆盖世界大陆面积的12%左右,分布于温带沙漠外缘的半干旱地区、中纬度森林、荒漠草原地带,呈现断续分布。中国黄土的分布面积,比世界上任何一个国家都大,而且黄土地形在中国发育得最为完善,规模也最为宏大。中国西北的黄土高原是世界上规模最大的黄土高原;华北的黄土平原也是世界上规模最大的黄土平原。中国黄土总面积达63.1万平方公里,占全国土地面积的6%。 黄土的工程特性: ①、黄土的孔隙比一般为0.7~1.1,具有肉眼可见的大孔隙,并具有垂直节理,可保持天然垂直边坡; ②、黄土的颗粒组成以粉粒为主,质地均匀,不含大于0.25mm颗粒; ③、黄土含有10%~30%的碳酸钙,有的黄土中含有大量钙质结核; ④、黄土天然含水率低,干燥时比较坚固,遇水容易崩解,剥蚀。 ⑤、有些黄土具有湿陷性,受水浸湿后易溶盐的溶解破坏了土粒间的胶结作用,黏聚力减弱,在自重或外荷载作用下产生湿陷性沉陷。 ⑥、黄土土质依据土的塑性指标进行分类。当塑性指数不大于10时,应定为砂质黄土;当塑性指数大于10时,应定为黏性黄土。 黄土的时代及其工程性质 时代地层名称 工程特性 湿陷性抗水性透水性压缩性直立性 全新世(Q4) 黄土近期(Q24) 新 黄 土 黄土状土 一般具 有湿陷性 易冲蚀、 潜蚀、崩解 中 高至 中 直立性较 差,不能维持边 坡 早期(Q14) 晚更新世(Q3)黄土马兰黄土 易冲蚀、 潜蚀、崩解 中中 直立性一 般,不能维持边 坡 中更新世(Q2)黄土 老 黄 土离 石黄土 离石黄 土上部(Q22) 上部部 分土层具有 湿陷性 冲蚀、潜 蚀、崩解较慢 弱 中至 低 直立性强, 能维持高、陡边 坡离石黄 土下部(Q12) 早更新世(Q1)黄土午城黄土 不具有 湿陷性 冲蚀、潜 蚀、崩解慢 弱低 直立性强, 能维持高、陡边 坡,但易剥落
毕业设计(论文)外文翻译 学生姓名: 院(系): 专业班级: 指导教师: 完成日期:
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论公路路基施工技术 1引言 公路路基施工是整个公路施工工程的关键所在,稍有偏差,将给整个工程埋下质量隐患。例如,在公路施工中常会遇到诸如软土路基,黄土路基等不良路基,如不加以特别处理,会引起填方路堤施工后沉降或不均匀沉陷,路面纵横坡变碎,平整度下降,导致行车颠簸等,严重影响公路的正常使用,造成大量的人力、物力、财力浪费。因此,路基施工应根据施工当地地形、地质状况、公路等级、所在地区的气候、结合施工填挖方平衡等来选择施工方法。 2路基填压 公路路基的强度和稳定性很大程度取决于路基填料的性质及其压实的程度。从现有条件出发,改进填土要求和压实条件是保证路基质量经济有效的方法。 2.1路基填料 现行《公路路基设计规范》(以下简称规范)规定了对路基填料的要求。对路基填料的最小强度和最大粒径给了量化的标准,采用承载比实验(CBR)值表征路基土的强度,引入了路床的概念。对上路床的填料提出了限制条件,高速公路和一级公路路面底以下0cm-30cm的路床填料,其CBR值应大于8,对下路床及下面的填土也给出相应的规定值。 2.2路基压实 当前路基施工,普遍采用了大吨位的压路机,碾压效果有了明显的改善。对于提高路基土的压实度起了很好的作用。规范规定高速公路和一级公路路面底面以下 80cm -150cm部分的上路堤其压实度必须≥95%,对其它等级公路当铺筑高级路面时,其压实度亦应按高速公路和一级公路的标准采用。此外,还增加了对路堤基底的压实度不宜小于93%的规定。随着我国高速公路的飞速发展,路基施工技术也取得了相当大的进步,对于特殊路基的处理技术也日渐成熟和完善。 (1)过湿地区路基的填压。过湿土地基的填筑比较简单,一般采用填砂砾垫层和加铺土工格栅的方法,该方法简单易行,处理效果较好。但路基的压实是相当困难的,规范对此作出了若干调整:一是压实度标准可根据试验资料确定或较表列数值降低2—3个百分点;二是对于天然稠度小于1.1,液限大于40,塑性指数大于18的粘质土,用于下路床及下路堤填料时,可采用规定的轻型压实标准;三是改善填料的性质,在土中掺加生石灰,通常可以获得预期的效果,也可采用新型吸水材料加固。 (2)黄土路基的压实。与其他公路路基黏性土相比,黄土尤其易受水的侵害,是一种特殊的黏性土。常将黄土路基划分为两类:非湿陷性黄土和湿陷性黄土。
湿陷性黄土地基处理方法 目录 摘要 (1) 1. 处理范围的确定 (1) 1.1 处理厚度的确定 (1) 1.2 处理宽度的确定 (2) 2. 湿陷性黄土地基的处理方法 (2) 2.1 垫层法 (2) 2.2 夯实法 (3) 2.3 挤密桩法 (3) 2.4 桩基础 (3) 2.5 预浸水法 (4) 3. 工程实例 (4) 3.1 叠合垫层法 (4) 3.2 强夯法 (5) 3.3 挤密桩法 (6) 4. 结论 (6) 参考文献 (6)
湿陷性黄土地基处理方法 摘要 黄土是第四纪堆积物,按其颗粒成分属于细粒土(或粉土、粘性土)。其中,部分黄土具有不同于普通细粒土的特殊成分与性质。浸水会发生显著下沉变形,称为湿陷性黄土,工程界普遍视为特殊土。黄土的湿陷性是指其在一定压力下压缩稳定后,因浸水而发生下沉变形的性质。湿陷性是湿陷性黄土的特殊性质,湿陷性黄土在一定压力作用下受水浸蚀结构迅速破坏而发生显著下沉,因此在建筑上研究湿陷性黄土地基的处理十分重要。湿陷性黄土的变形包括压缩变形和湿陷变形两种。压缩变形是在土的天然含水量下由于建筑物的负荷所引起的,一般地基的压缩变形很小,大部分在其上部结构的允许变形值范围以内。不会影响建筑物的安全和正常使用。湿陷变形是由于地基被水浸湿所引起的一种附加变形,往往是局部和突然发生的。而且很不均匀,对建筑物的影响很大,危害性很严重。因此,在湿陷性黄土地区的建筑物设计中,为了保证建筑物的安全和正常使用,往往需要采取相应的地基处理措施。 1. 处理范围的确定 地基处理中首先要考虑的问题是处理地基到多大范围才能既经济又能获得明显的效果。由土的饱和自重压力所引起的自重湿陷与其湿陷性和黄土层厚度有关.其变形范围往往包括全部自重湿陷性黄土的厚度。根据湿陷变形范围,地基的处理厚度(从基础底面算起)可分为处理全部湿陷变形范围和部分湿陷变形两种。前者的处理目的是消除建筑物地基的全部湿陷量,而后者只是消除部分湿陷量。 1.1 处理厚度的确定[1] (1)消除建筑物地基全部湿陷量的处理厚度。在非自重湿陷性黄土场地,一般情况下,地基的湿陷量只发生于压缩层以内。试验资料表明,该湿陷量大部分
湿陷性黄土路基填筑施工工艺及方法 1 适用范围 适用于湿陷性黄土地区高速公路路基填筑,也可供其他同等地质条件下其他等级公路路基施工参照执行。 2 施工准备 2.1 技术准备 1. 认真审核施工图和设计说明书,进行图纸会审,会审记录经有关方面签认。 2. 编制实施性的施工组织设计和分项工程施工方案,开工报告已办理完毕。 3. 做好施工测量工作,其内容包括导线、中线、水准点复测,横断面检查与补测,增 设水准点等。 4. 确定取土场,并对路堤填料进行复查和取样。 5. 对用作填料的土进行下列试验项目: (1) 液限、塑限、塑性指数、天然稠度或液性指数。 (2) 颗粒大小分析试验。 (3) 含水量试验。 (4) 密度试验。 (5) 相对密度试验。 (6) 土的击实试验。 (7) 土的强度试验(CBR值) 。 (8) 土的有机质含量试验及易溶盐含量试验。 (9) 黄土的湿陷性判定、黄土的自重湿陷性判定及湿陷等级。 6. 试验段施工 (1) 应采用不同的施工方案做试验路段,从中选出路基施工的最佳方案,指导全线施工。 (2) 试验路段位置应选择在地质条件、断面形式均具有代表性的地段,路段长度不宜小于100m。
(3) 试验段所有的材料和机具应与将来全线施工所用的材料和机具相同。通过试验来确定不同填料采用不同机具压实的最佳含水量、适宜的松铺厚度和相应的碾压遍数、最佳的机械组合和施工组织。一般按松铺厚度300mm进行试验,以确保压实层的均匀。 (4) 试验路段施工中应加强对有关指标的检测;完成后,应及时写出试验报告。如发现 路基设计有缺陷时,应提出变更设计意见 2.2 材料要求 1. 路堤填料 (1) 湿陷性黄土,其湿陷系数δ s≥0.015 ,按湿陷性质不同分为非自重湿陷性黄土和自重湿陷性黄土。 (2) 新、老黄土均适用于路基填筑。新黄土为良好的填料,在有条件的地方,可优先选用新黄土。老黄土透水性差,干湿难以调节,大块土料不易粉碎。所有填料应进行野外取土试验,符合表1-4 的规定时,方可使用。 2. 复合土工膜:采用涤纶长丝纺粘非织型复合土工膜,为二布一膜结构,符合《公路 土工合成材料应用技术规范》(JTJ /T019)的有关规定。 3. 土工网格:采用硬质平网,其纵、横向抗拉强度、最大延伸率应满足《公路土工合 成材料应用技术规范》(JTJ /T019)的有关规定。 4. 土工钉:采用φ 18 钢筋,长度为1.2m,用于加固陡坎和填挖结合部。插钉A:采用普通φ 18钢筋;插钉B:采用普通φ 8钢筋。以上两种插钉均用于固定土工网格。 5. 石灰:生石灰CaO、MgO含量不小于80%,未消化残渣含量不大于15%。 6. 膨胀螺钉、高强螺栓及钢板条:用于对桥头台背土工网格进行固定,其技术指标应 满足设计要求。 2.3 机具设备 1. 机械:主要有推土机、铲运机、装载机、挖掘机、平地机、自行式羊足压路机、振 动压路机、自卸汽车、洒水车及旋耕耙、蛙式打夯机、手扶式振动夯等。 2. 工具及检测设备:小推车、铁锹;环刀、灌砂筒、弯沉仪、靠尺、钢尺等。 2.4 作业条件 1. 场地已清理、平整,临时施工便道已修筑完毕,施工用水、电满足施工要求。 2. 路基沿线黄土陷穴及需做地基处理的路段已查明。 3. 地上及地下障碍物等已处理完毕。
目次 1 总则 2 术语、符号 2.1 术语 2.2 符号 3 施工前的准备 3.1 施工准备 3.2 施工测量 3.3 施工前的复查和试验 3.4 场地清理 3.5 试验路段。 4 路基施工的一般规定 4.1 基本要求 4.2 路基施工排水 4.3 路基施工取土和弃土 4.4 土方机械化施工 5 填方路堤的施工 5.1 一般规定 5.2 土方路堤的填筑 5.3 桥涵及其他构造物处的填筑 5.4 填石路堤 5.5 土石路堤 5.6 高填方路堤 6 挖方路堑的施工 6.1 一般规定 6.2 土方路堑的开挖 6.3 石方的开挖 6.4 深挖路堑的施工 7 路基压实 7.1 一般规定 7.2 填方地段基底的压实 7.3 压实机械的要求与选择 7.4 填方路堤的压实 7.5 路堑路基的压实 7.6 桥涵及其他构造物处填土的压实 7.7 填石路堤的压实 7.8 土石路堤的压实 7.9 高填方路堤的压实 8 路基排水 8.1 一般规定 8.2 地面水的排除 8.3 地下水的排除 8.4 高速公路、一级公路的路基排水 9 特殊地区的路基施工 9.1 水稻田地区路基施工 9.2 河、塘、湖、海地区路基施工 9.3 软土、沼泽地区路基施工
9.4 盐渍土地区路基施工 9.5 风沙地区路基施工 9.6 黄土地区路基施工 9.7 多雨潮湿地区路基施工 9.8 季节性冻融翻浆地区路基施工 9.9 多年冻土地区路基施工 9.10 岩溶地区路基施工 9.11 滑坡地段路基施工 9.12 崩坍岩堆地段路基施工 9.13 膨胀土地区路基施工 10 季节性路基施工 10.1 路基的冬季施工 10.2 路基的雨季施工 11 路基防护与加固 11.1 一般规定 11.2 坡面防护 11.3 路基冲刷防护 11.4 其他加固工程 12 公路绿化工程与环境保护 12.1 公路绿化工程 12.2 空气污染的防治 12.3 防止水、土污染和流失 13 路基整修、检查验收及维修 13.1 路基整修 13.2 检查及验收 13.3 路基维修 13.4 质量标准 附录A 本规范用词说明 附加说明
分析湿陷性黄土地基湿陷机理、湿陷性评价及地基处理方法【摘要】湿陷性黄土易在压力环境下出现浸湿,一旦土层结构被浸湿,会迅速失去稳定结构,并且呈现明显的下沉情况。由于湿陷性黄土的特性会对建筑结构带来较大危害,所以本文对湿陷性黄土地基的湿陷机理进行评价,并且提出了有效的地基处理方法,希望为提高建筑安全性做出贡献。 湿陷性黄土是饱和后结构失衡的黄色土,在压力与水浸湿的环境下,土壤结构会遭到破坏,出现明显的下沉现象。建筑物一旦在黄土地基上施工,就会留下较大危险,随着下沉现象的加剧,就会导致建筑物发生裂缝或倾斜问题,甚至影响建筑物的使用安全性。我国西部开发规模不断增加,西北地区已经成为我国重要的建设区域,而西北地区黄土地段较多,采取适当的地基处理方法,对保证建筑安全性有着非常重要的作用。 一、黄土湿陷性机理 黄土地区常年维持半干旱或干旱状态,在降雨量较少的环境中,水分蒸发量较大,土壤中的水分不断下降,盐类物质出现胶体凝结状态,使土壤粘聚力上升。在土壤湿度较低的情况下,土层无法抗拒土壤粘聚力,就会形成一种欠压型状态,在土壤被水浸湿后,土壤粘聚力下降,就会出现湿陷问题。因此,在选择黄土地基处理方法时,必须正确了解湿陷性黄土的湿陷机理,才能找出针对性的解决方法。 二、黄土地基湿陷性评价 (一)湿陷系数 标准湿陷系数以S s进行计算,它代表了土层在单位厚度情况 下的浸水湿陷量,其定量直接表示了黄土地基的实际湿陷程度。
(二)黄土湿陷性 在黄土湿陷系数S s < 0.015 时,黄土形式属于非湿陷性黄土;在黄土湿陷性系数S s > 0.015时,则可以将黄土性质划分为湿陷性黄土。在湿陷程度维持在0.015 < S s < 0.04时,属于轻微性湿陷;在湿陷程度维持在0.04< S s < 0.08时,属于中度湿陷;在湿陷程度S s > 0.08 时,则可以划分为高度湿陷。 (三)湿陷性黄土地基类型 在湿陷量实际测量值与计算结果w 70mm时,可以将其定义为非自重湿陷黄土地基;在湿陷量实际测量值与计算结果>70mm时,可以 将其定义为自重湿陷黄土地基;在实际测量值与计算结果发生冲突时,需要根据实际测量值进行测定。 三、湿陷性黄土地基处理方法处理湿陷性黄土地基是为了优化土壤形式,降低黄土地基渗水性与压缩性,避免湿陷性问题再次发生,或者完全消除黄土地基的湿陷性。由于不同黄土地基的实际性质差别较大,尤其是黄土成因、区域、年代、厚度、等级、类别上的差异,决定了选择地基处理方法时,必须根据实际土壤情况决定解决方法。在明确地基厚度与湿陷等级后,需要采取针对性解决措施,以此满足黄土地基的使用要求,提高建筑的安全性。 虽然目前可以使用的黄土地基处理措施很多,但是所有方法都无法解决全部的问题,不同的地区地基土质存在很大差别,而不同的建筑结构,对地基造成的压力也是不同的,如果固定使用一种处理方法,根本无法解决所有的湿陷性黄土地基问题。在勘察阶段,需要及时进行现场取样,通过详细的分析后,确定黄土地基的性质、厚度,明确湿陷性黄土属于自重型或是非自重型,在详细的类比后,综合分析施工时间、施工周期、经济效益等多种因素,选择其中最为合理的处理方法,通过优化设计,使黄土地基可以满足建筑施工所需的承载力与变形要求。
湿陷性黄土路基施工 【摘要】以临午改建工程为例,对湿陷性黄土路基的施工措施工程应用进行介绍。 【关键词】湿陷性黄土;路基;处理;施工 湿陷性黄土是一种在干燥情况下,具有较高强度和较低压缩性,遇水后在一定外力作用或在自重作用下强度骤降的一种特殊岩土。它广泛分布于我国甘肃、宁夏、陕西和山西等黄土高原地区。其中以03马兰组黄土最具有代表性。湿陷性黄土对公路工程的工程危害主要表现为遇水后的不均匀沉降,引起公路路面大面积开裂、下陷,从而引起其他次生公路病害,进一步加剧黄土地基的湿陷性,引起恶性循环。所以公路工程中的湿陷性黄土路基的施工质量直接影响整个公路的施工质量以及后期运营期养护工程。 省道临午线位于山西省临汾市西北地区,公路等级为23m宽的四车道一级公路,设计行车速度为60km/h。设计荷载100kN.m。沿线经过汾河阶地、昕水河阶地和山前台地。在河流阶地以及山前台地地表覆盖有厚度达5m~9m厚湿陷性黄土,湿陷等级为Ⅱ级自重湿陷。因此,湿陷性黄土地区路基的施工措施恰当与否对整个项目的工程质量至关重要。 省道临午线K15+900~K17+100段为山前台地,地表覆盖9m厚Ⅱ级自重湿陷性黄土,地表冲沟、陷穴发育。设计中对填方路段原地面清表后采用1000 kN.m夯击能强夯处理消除湿陷性,对于挖方路段挖至距离路床后采用1000kN.m夯击能强夯处理消除湿陷性并设置30cm后灰土封层。对于高挡土墙及桥台地段则采用灰土挤密桩消除整个湿陷性土层的湿陷性。施工过程中根据规范要求、设计图纸及当地实际情况,对不同段落分别采取了措施。具体如下: 1填方路段 黄土路段施工过程中应严格做好防排水,避免施工场地排水不畅或浸水。对各个处置措施的施工工艺均应设置试验段,以确定各施工参数。 1.1填方路基基底处理 在路基填筑前,应对原地面进行处置,处置宽度应大于路基坡脚外1/2湿陷性黄土层厚,并不小于2m。 根据设计要求,路基基底采用1000kN.m强夯处理,对于重要建筑物附近,且建筑物具有一定抗震能力的,路基基底清表后采用冲击碾碾压40遍。桥台及高挡墙段落则需消除整个湿陷性土层的湿陷性。对距离抗震能力差的民房较近的段落,采用50cm的5%灰土垫层(外掺、重量比)。 选用强夯处理时,应先进行现场实验,强夯地基的黄土饱和度不应大于80%;强夯位置距离居民区不小于150m;横路基向强夯范围至征地边界;对于黄土饱和度大于80%或距离居民区小于150m的路段,按设计文件中要求考虑使用灰土桩处理或换填50cm后5%灰土处理。一般路基强夯范围为用地界,夯点间距4m,正三角形布置,间隔挑夯,单击夯能视地基湿陷性类型,湿陷等级以及湿陷性黄土厚度综合确定,单击最后两击夯沉量不大于5mm。点夯以后将地面平整,以1000 kN.m夯击能满夯,夯印彼此搭接,满夯两遍,每次满夯后都应将地面重新平整。点夯次数、沉降量由试验段施工确定。施工时满夯结束平整后,以每100m 2 不少于1点的频率检验沉降值。 当采用灰土桩时,桩径应采用40cm,三角形布置,路基基底处理桩心距为1.5m,桥台及台后灰土桩桩心距根据承载力要求采用1.0m~1.3m,桩体灰与土体积配合比2:8,压实度不小于97%,桩间土平均压实度不小于93%。桩孔深度视填土高度,地基湿陷类型、湿陷等级以及湿陷性黄土厚度综合确定,地基处理宽度为护坡道外缘。施工过程中,工艺控制、数据指标均应通过试验段施工来确定。施工结束后,由施工单位和监理进行数点不小于3%的点挖验检测。
路基工程施工工艺及流程图(史上最全) 1前期准备工作 <1>路基开工前,首先要进行测量定线工作,其内容包括导线、中线、水准点复测、断面检查与补测。测量精度以交通部颁布的《公路路线勘测规程》的要求为标准。测量的工具,使用精度符合要求的全站仪,红外线测距仪,经纬仪和水准仪。当导线点与水准点不能满足施工要求时,报监理工程师批准,对其进行加密,成果资料提交监理工程师审查后签字认可后使用。 在开工前进行施工放样,放出路基边缘、坡口、坡脚、边沟护坡道、借土场等具体位置,标明其轮廓,报监理工程师检查批准。 对工程沿线及借土场应取有代表性的土样,按JTJ051-93标准试验方法,进行天然液限、塑性指数、密度、含水量等的试验。用于填方的土样,测量最大干容性、最佳含水量或毛体积比重和土的加州承载比GBR值,测试结果报监理工程师审批。 <2>清理掘除。在路线用地范围内的树木、杂草、灌木等应予清除,按照监理工程师指定的深度和范围清除并运至工程师指定地点,路基用地范围内的结构物按要求清除,对于路基附近的危险建筑予以适当加固,对文物古迹妥善保护。路基表面清理完工后,并根据规范的要求进行填前碾压并达到监理工程师的规定要求。挖方或填方区域内,所有的腐植土、淤泥、表层植土均应挖出干净,按环保规定弃置路基范围用地以外,并按《公路路基施工技术规范》弃土条例要求处理,对因挖出孔穴、障碍物而留下的孔洞、树根按要求进行处理。 2路基的填筑方法 路基宜采用水平分层填筑,即按照横断面全宽分成水平层次,逐层向上填筑。如果原地面不够平坦,填筑应从最低处分层填起,每填一层经过压实达到符合规定要求后,再添一层。对于原路面纵坡大于12%的地段。可采用纵向分层填筑法施工,沿纵坡逐层、分层填压达到密实。但填之路堤的上部,仍采用水平分层填筑法。水平分层填筑是填筑路堤的基本方法,它最能保证质量,一般均采用。 在同一路段如果要用到不同性质填充材料时,要注意以下情况: <1>不同性质的填充材料要分层填筑,不得混填,以免内部形成薄弱面或水囊,影响路表的稳定性。 <2>路堤上部受车辆荷载的作用影响很大,一般宜将冻稳性、水稳性好的土质填在路堤的上层部位;如果路堤的下部可能受水浸淹时,也应采用水稳性好的土质来填筑。
甘肃省湿陷性黄土地区路基施工技术规范Technical Specification for Subgrade Construction in Collapsible Loess area of Gansu Province (征求意见稿) 主编单位:甘肃路桥建设集团有限公司 编制日期: 2016年4月10日
前言 甘肃省是黄土分布较为广泛的地区之一,黄土分布面积约为12万km2,东起甘、陕省交界,西至乌鞘岭,覆盖庆阳、平凉、天水、定西、白银、兰州、临夏、武威等八个地市,普遍具有湿陷性。湿陷性黄土是一种非饱和的欠压密土,具有大孔和垂直节理,在天然湿度下,其压缩性较低,强度较高。但遇水浸湿时,土的强度显著降低,在附加压力或在附加压力和土的自重压力下引起的湿陷变形,是一种下沉量大、下沉速度快的失稳性变形。在黄土地区修建公路面临的一大问题就是由于黄土湿陷造成的不均匀沉降导致路基沉降、路面开裂,从而严重影响行车的安全性和公路的正常使用。因此,在项目建设中需要从设计到施工全方位控制,结合合理的设计指标,采取有效的施工工艺达到理想的效果,预防黄土湿陷性带来的危害,保证黄土路基、路面的正常使用。 湿陷性黄土地区路基施工技术标准是在现行公路路基设计、施工、验收规范的基础上,总结行之有效的成熟工艺、设备配置和技术措施,针对黄土地区公路工程质量通病和管理薄弱环节,充分吸纳了甘肃省内黄土地区建设项目的施工经验和成果。 本规范旨在消除湿陷性黄土地区公路路基质量通病,提升工程质量管理水平,树立行业文明施工形象。希望各单位在实践中注意积累资料,总结经验,将发现的问题和建议及时反馈主编单位,以便下次修订时研用。 主编单位:甘肃路桥建设集团有限公司 主要起草人:曹贵刘永红刘杰任文宏 1
湿陷性黄土路基处理施工方案 一、编制依据 1、依据两阶段设计图纸及施工组织设计 2、《公路路基施工技术规范》(JTG F10-2006) 3、《公路工程质量检评定标准》(JTG F80//1 -2004) 4、《湿陷性黄土路基处理- 灰土换填》变更设计图纸 二、工程概况 本合同段位于武都(两水)至罐子沟(甘川界)段两水?洛塘段,线路起讫里程桩号K48+12旷K56+603,起点位于陇南市武都区三河乡,终点位于玉皇乡境内,线路全长8.483km,除隧道1720km 处于三河乡境内,其余工程处于玉皇乡境内并沿玉皇沟分布。本合同段路基工程特点为:大部分为山岭重丘区,高路堤段落较多,路基填挖高度大,线路主要分在玉皇沟两侧山坡坡角展布;沟内为砂砾石层,两侧为残留阶地及坡积土层,局部切割岩山咀,下伏地层为片岩及灰岩。地貌属玉皇沟河谷堆积区二级阶地,地形西南高东北低,地形起伏较大,其上已被开垦为花椒地。地层主要为第四系上更新统冲积、风积 (Q3al+eo)黄土,(Q al+pl)亚粘土、卵石,下伏泥盆系片岩(D2S),自上而下分布。本标段路基土石方工程地基底大部分为黄土或松散冲洪积堆积物,主要集中在二单元路基土石方工程。 三、施工准备 (一)技术准备 1 、原材料试验。在石灰土换填施工前,应取所定料场中有代表性的土样进行以下试验:颗粒分析、液限和塑性指数、击实试验、有机质含量(必要时做)、磷酸盐含量(必要时做)。此外,还需检验石灰的有效钙和氧化镁含量。 2、按照土壤种类及石灰质量确定配合比和石灰最佳含水量、最大干容重。 3、施工前进行100m?200m 试验段施工,确定机械组合效果、压实虚铺系数和施工方法。(二)材料要求 1、土:土以塑性指数10?20的黏性土为宜;试验塑性指数偏大的黏性土时,应进行粉碎,粉碎后土块的最大尺寸不应大于15mm. 土的有机质含量不超过10%,硫酸盐含量超过0.8%时不宜用
湿陷性黄土地基处理技术 摘要:湿陷性黄土广泛分布于我国东北、西北、华中和华东部分地区,在湿陷性黄土地基上进行工程建设时,必须考虑因地基湿陷引起的附加沉降对工程可能造成的危害。本文分析了湿陷性黄土的特点,并针对湿陷性黄土地基的实际情况提出了一些处理的方法,从而有利于减轻湿陷性黄土地基对工程建设的影响,提高工程质量,获得良好的经济效益和社会效益。 关键词:湿陷性黄土地基处理方法 一、引言 湿陷性黄土地基处理主要取决于湿陷性黄土的特殊性质,湿陷性黄土地基的变形包括压缩和湿陷性两种,当基底压力不超过地基土的容许承载力时,地基的压缩变形很小,大都在其上部结构的容许变形值范围以内,不会影响建筑物的安全和正常使用。湿陷变形是由于地基被水浸湿引起的一种附加变形,往往是局部和突然发生,且不均匀,对建筑物破坏性大,危害严重,因此对湿陷性黄土地区的建筑物不论地基承载力是否达到容许承载力,都应对地基进行处理,前者以消除湿陷为目的,后者以提高承载力为主,同时应消除黄土的湿陷性。 二、正文 2.1 湿陷性黄土的特点 在土的自重压力或土的附加压力与自重压力共同作用下,受水浸湿时将产生大量而急剧的附加下沉,这种现象称为湿陷,它与自重湿陷性黄土一般土受水浸湿时所表现的压缩性稍有增加的现象不同。由于各地区黄土形成时的自然条件差异较大,因此其湿陷性也有较大差别,有些湿陷性黄土受水浸湿后的土的自重压力下就产生湿陷,而另一些黄土受水浸湿后只有在土的自重压力和附加压力共同作用下产生湿陷。前者称为自重湿陷性黄土,后者称为非自重湿陷性黄土,一般将黄土开始湿陷时的相应压力称为湿陷起始压力,可看作黄土受水浸湿后的结构强度。当湿陷性黄土实际所受压力等于或大于土的湿陷起始压力时,土就开始产生湿陷。反之,如小于这一压力,则黄土只产生压缩变形,而不发生湿陷变形。 湿陷变形不同于压缩变形,通常压缩变形在荷载施加后立即产生,随着时间的增长而逐渐趋向稳定。对于大多数湿陷性黄土地基来说,(不包括饱和黄土和
湿陷性黄土路基填筑施工工艺及方法1适用范围 适用于湿陷性黄土地区高速公路路基填筑,也可供其他同等地质条件下其他等级公路 路基施工参照执行。 2施工准备 2.1技术准备 1.认真审核施工图和设计说明书,进行图纸会审,会审记录经有关方面签认。 2.编制实施性的施工组织设计和分项工程施工方案,开工报告已办理完毕。 3.做好施工测量工作,其内容包括导线、中线、水准点复测,横断面检查与补测,增 设水准点等。 4.确定取土场,并对路堤填料进行复查和取样。 5.对用作填料的土进行下列试验项目: (1)液限、塑限、塑性指数、天然稠度或液性指数。 (2)颗粒大小分析试验。 (3)含水量试验。 (4)密度试验。 (5)相对密度试验。 (6)土的击实试验。 (7)土的强度试验(CBR值)。 (8)土的有机质含量试验及易溶盐含量试验。 (9)黄土的湿陷性判定、黄土的自重湿陷性判定及湿陷等级。 6.试验段施工 (1)应采用不同的施工方案做试验路段,从中选出路基施工的最佳方案,指导全线施工。 (2)试验路段位置应选择在地质条件、断面形式均具有代表性的地段,路段长度不宜小 于100m。 (3)试验段所有的材料和机具应与将来全线施工所用的材料和机具相同。通过试验来确 定不同填料采用不同机具压实的最佳含水量、适宜的松铺厚度和相应的碾压遍数、最佳的 机械组合和施工组织。一般按松铺厚度300mm进行试验,以确保压实层的均匀。 (4)试验路段施工中应加强对有关指标的检测;完成后,应及时写出试验报告。如发现 路基设计有缺陷时,应提出变更设计意见。
2.2材料要求 1.路堤填料 (1)湿陷性黄土,其湿陷系数δs≥0.015,按湿陷性质不同分为非自重湿陷性黄土和自重湿陷性黄土。 (2)新、老黄土均适用于路基填筑。新黄土为良好的填料,在有条件的地方,可优先选用新黄土。老黄土透水性差,干湿难以调节,大块土料不易粉碎。所有填料应进行野外取土试验,符合表1-4的规定时,方可使用。 2.复合土工膜:采用涤纶长丝纺粘非织型复合土工膜,为二布一膜结构,符合《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ/T019)的有关规定。 3.土工网格:采用硬质平网,其纵、横向抗拉强度、最大延伸率应满足《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ/T019)的有关规定。 4.土工钉:采用φ18钢筋,长度为1.2m,用于加固陡坎和填挖结合部。插钉A:采用普通φ18钢筋;插钉B:采用普通φ8钢筋。以上两种插钉均用于固定土工网格。 5.石灰:生石灰CaO、MgO含量不小于80%,未消化残渣含量不大于15%。 6.膨胀螺钉、高强螺栓及钢板条:用于对桥头台背土工网格进行固定,其技术指标应满足设计要求。 2.3机具设备 1.机械:主要有推土机、铲运机、装载机、挖掘机、平地机、自行式羊足压路机、振动压路机、自卸汽车、洒水车及旋耕耙、蛙式打夯机、手扶式振动夯等。 2.工具及检测设备:小推车、铁锹;环刀、灌砂筒、弯沉仪、靠尺、钢尺等。 2.4作业条件 1.场地已清理、平整,临时施工便道已修筑完毕,施工用水、电满足施工要求。 2.路基沿线黄土陷穴及需做地基处理的路段已查明。 3.地上及地下障碍物等已处理完毕。 4.临时排水、防水设施已施工完毕。 3施工工艺 3.1工艺流程 测量放线→清表→处理地下陷穴→地基加固→路基施工 3.2操作工艺 1.测量放线
湿陷性黄土地基处理及黄土路基填筑相关问题的要求 湿陷性黄土地基处理及黄土路基填筑是朝黑高速公路路基施工中的难点和重点,为确保路基工程质量,经前指办和总监办共同研究,特作如下具体要求: 一、排水要求: 湿陷性黄土是在一定压力下受水浸湿,土结构迅速破坏,并产生显著附加下沉的黄土,因此湿陷性黄土路基的防、排水就至关重要。在黄土路基处理前就要先行考虑排水,根据施工现场的地形作好排水沟,避免施工现场因排水不畅造成路基浸水。 二、路基基底处理的一般要求: 路基基底的处理是根据黄土的湿陷等级、基底的黄土层厚度和路基填筑高度及所处结构物的位置所决定的。按设计文件,本项目的处理措施有冲击碾压、强夯和灰土挤密桩三种,处理的位置包括黄土路基的基底和冲沟处理,处理方案如下。 1、路基基底为Ⅰ级非自重湿陷性黄土地段,路基基底采用冲击碾压,当冲击碾压的长度小于100m时,采用1000KNm夯击能强夯处理;路基基底为Ⅱ级非自重湿陷性黄土地段,湿陷土层厚度小于2.0m时采用冲击碾压,大于或等于2.0m时采用1000KNm夯击能强夯处理;路基基底为自重湿陷性黄土地段均采用1600KNm夯击能强夯处理。 2、路基填土高度小于1.5米及土质挖方路段, 先将路基顶面以下80cm横向用地界范围内的黄土清除,视剩余黄土层的湿陷程度进行基底处理。回填底部50cm采用3%灰土隔水层处理,顶部30cm采用5%灰土隔水层处理。灰土隔水层采用分层路拌法施工,外掺石灰,石灰采用钙、镁质Ⅲ级生石灰。 3、与桥台、涵台相邻路基的基底为Ⅰ级非自重湿陷性黄土地段,桥台处采用1000KNm夯击能强夯处理;相邻路基的基底为Ⅱ级非自重湿陷性黄土、自重湿陷性黄土地段,湿陷土层厚度在小于2.0m时采用1000KNm夯击能强夯处理,在2.0~6.0m时采用1600KNm夯击能强夯处理,在大于6.0m时采用灰土桩处理,长度应穿过湿陷黄土层。 桥台、涵台及台后处理范围为横向为占地界范围,台后纵向为10米;台前至锥坡范围,且不小于3.0m。 4、路基底设置的灰土桩桩径40cm,桩间距采用1.30m;桥涵及通道台后设置的灰土桩桩径40cm,桩间距采用 1.30m。 三、冲击碾压法处理路基基底的要求: 1、设备要求:25KJ三边形(或32KJ胶轮式)冲击式压路机。 2、碾压遍数:20遍。 3、施工工艺 1)测量放样,清理并平整施工场地,测量点位高程; 2)用白线划出碾压路线; 3)冲击碾压。 4)在直线段测点处测定不同遍数的下沉量、压实度。 4、检测指标 冲击碾压后,土体干密度要求大于1.50g/cm3。 四、强夯法处理路基基底的要求: