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膨胀土公路工程病害及处治设计对策.docx

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    • 本文格式为Word版,下载可任意编辑膨胀土公路工程病害及处治设计对策 膨胀土地区马路工程病害及其处治设计对策 1、膨胀土定义 膨胀土系指黏粒成分主要有亲水性矿物伊利石、蒙脱石等组成,同时具有显着的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的高塑性黏性土 2、膨胀土的分布 我国是膨胀土分布面积最广的国家之一,主要分布在北京—西安—成都一线东南的宏大区域内,包括北京、河北、山东、山西、陕西、河南、安徽、江苏、四川、湖北、湖南、云南、贵州、福建、广西、广东等省、市、自治区的大部或一片面此外,在东北和西北地区也有零星分布 河南省膨胀土主要分布在南阳、平顶山、信阳大部,三门峡、洛阳、安阳、许昌、漯河、驻马店等地区也有零星分布 3、膨胀土的工程地质特征 3.1地层及岩性特征 一般产出为老第四系及第三系地层,呈黄、褐、棕及灰绿、灰白色的硬塑至坚硬的高塑性黏性土或黏土岩 3.2地貌特征 多分布在二级及二级以上的阶地和山前丘陵地区,呈垄岗和浅而宽的沟谷地形,其坡度平缓,无明显的自然陡坎 3.3布局特征 布局致密坚硬,有裂隙分布,断口光滑,土内多含钙质结核,有时富集成层。

      3.4地表特征 分布在沟谷头部、库岸和路堑边坡的膨胀土常展现土块剥落、滑塌或浅层滑坡旱季时在地表常展现裂缝,长可达数十米至近百米,深数米,雨季闭合 3.5地下水特征 膨胀土地区多为上层滞水或裂隙水,无统一水位 4、膨胀土的工程特性 4.1胀缩性 胀缩性即膨胀土吸水膨胀失水收缩土中蒙脱石含量越多,其胀缩潜势越大,膨胀力越大土的初始含水量越低,膨胀量和膨胀力越大击实土的膨胀性远比原状土为大,密实度越高,膨胀量和膨胀力越大 4.2多裂隙性 膨胀土中的裂隙主要有垂直、水平和斜交三组,致使土体被分割成具有确定几何形态的块体,破坏了土体的完整性裂隙面光滑,且多充填灰白色或灰绿色薄膜、条带或斑块,其矿物成分主要是蒙脱石,有很强的亲水性,具有软化土体强度的显著特性,胀缩性大 4.3超固结性 膨胀土地层多为老黏性土,超固结性明显、自然孔隙比小、干密度较大、初始布局强度较高超固结膨胀土路基开挖后,将产生土体超固结应力释放,边坡与路基面展现卸荷膨胀,并常在坡脚形成应力集中区和较大的塑性区,导致边坡轻易失稳破坏 4.4风化特性 4.4.1风化程度划分 膨胀土受气候因素影响,极易产生风化破坏作用。

      路基开挖后,土体在风化营力作用下,很快会产生碎裂、剥落和泥化现象,使土体布局破坏,强度降低按膨胀土的风化程度,一般将膨胀土划分以下三层: ①强风化层: 位于地表或边坡表层,受大气营力与生物作用猛烈,干湿作用显著,土体碎裂多呈砂砾和细小鳞片状,布局联结完全流失,厚度0.4-1.0米 ②弱风化层: 位于地表浅层,大气营力与生物作用有所减弱,但仍较猛烈,干湿效应也较明显土体割裂多呈碎石状或碎块状,布局联结大片面流失,厚度1.0-1.5米 ③微风化层: 位于弱风化层之下,大气营力与生物作用明显减弱,干湿效应也不显著,土层根本保持有规矩的原始布局形体,多呈棱块状和短柱状等,块体布局联结仅片面流失,厚度1.0米左右 4.4.2大气风化作用影响深度和大气影响急剧层深度确定 ①大气风化作用影响深度 确定大气作用影响深度,可先求出膨胀土的湿度系数,同时根据当地10年以上的土的含水量变化及有关气象资料统计求出无此资料时,可按《膨胀土地区建筑模范》﹝GBJ112-87﹞3.2.4式计算: ψw=1.152-0.726α-0.00107 式中:ψw—膨胀土湿度系数,在自然气候影响下,地表下1米处土层含水量可能达成的最小值与其塑限值之比; α—当年9月至次年2月的蒸发力之和与全年蒸发力之比值; c—全年中枯燥度﹝蒸发力与降水量之比值﹞大于1.00的月份的的蒸发力与 降水量差值之总和。

      我国片面地区蒸发力及降水量值,可按《膨胀土地区建筑技术模范》﹝GBJ112—87﹞附录二采用 大气风化作用影响深度,应由各气候区土的深层变形观测或含水量观测及地温观测资料确定无资料时,可按下表采用 大气风化作用影响深度表﹝m﹞ 土的湿度系数ψw 0.6 0.7 0.8 0.9 ②大气影响急剧层深度 大气影响急剧层深度系指大气影响更加显着的深度,其确定可按上表中 大气风化作用影响深度乘以0.45采用 4.5强度衰减性 膨胀土的抗剪强度为典型的变动强度,具有峰值强度极高和剩余强度极低的特性由于膨胀土的超固结性,其初期强度极高,一般现场开挖都很困难然而,由于土中伊利石和蒙脱石矿物的强亲水性以及多裂隙布局,随着土受胀缩效应和风化作用的时间增加,抗剪强度将大幅度衰减 大气风化作用影响深度da 5.0 4.0 3.5 3.0 5、膨胀土详判指标及膨胀潜势分级 5.1膨胀土详判指标 膨胀土详判按照《马路路基设计模范》﹝JTGD30-2022﹞,采用自由膨胀率、标准吸湿含水量﹝在25℃和相对湿度65%条件下,膨胀土试样恒重后的含水量﹞及 塑性指数三项指标:即自由膨胀率Fs﹝%﹞≥40、标准吸湿含水量ωf﹝%﹞≥25、塑性指数Ip≥15。

      当符合上述两项指标时,即应判定为膨胀土 5.2膨胀潜势分级 膨胀潜势的分级按照《马路路基设计模范》﹝JTGD30-2022﹞条文说明的表7-9 表7-9 膨胀潜势的分级 级别 非膨胀土 分类指标 自由膨胀率Fs(%) 标准吸湿含水率(%) 塑性指数 Fs<40 ωf<2.5 Ip<15 弱膨胀土 40≤Fs<60 15≤Ip<28 中等膨胀土 60≤Fs﹤90 28≤Ip﹤40 强膨胀土 Fs≥90 ωf≥6.8 Ip≥40 2.5≤ωf<4.8 4.8≤ωf﹤6.8 6、马路工程病害及处治设计对策 6.1路基工程 6.1.1路面波浪变形鼓包、溅浆冒泥及沉陷坑槽病害 ①病害理由 在填方路基路床采用CBR强度不符合模范要求膨胀土或改性土填筑,其胀缩性和含水量不均,或挖方路基及零填路基未按模范要求作超挖换填,且路面布局﹝基层和面层﹞设计不当、施工质量差、路面积水严重及重型荷载车流量大等诸多因素综合作用处境下,路面水会大量渗入,致使灰土基层和路床土基含水量不均而胀缩软化,产生幅度很大的波浪变形或鼓包。

      该病害形成的同时也可使灰土基层和路床土基形成泥浆,挤入基层和面层,并带出路面呈诸多灰土质的小白点该小白点扩大逐步成片进展为沉陷坑槽病害,最终使路面全破坏 ②处治设计对策 ● 新建马路:更加对高等级马路,应在切实作好路面布局设计和防排水设计,强化施工质量监测的前提下,对填方路基,当填土高度小于路面与路床的总厚度时,应挖除地表0.3-0.6m基底膨胀土,并将路床换填灰土处理若为强膨胀土,挖除深度应达成大气影响深度;膨胀土作为路堤填料,应符合《马路路基设计模范》﹝JTGD30-2022﹞7.8.2条规定;作为路床填料,应符合3.2.1条表3.2.1规定,且应强调对强膨胀土、地下水发育、运营中处理困难的挖方及零填路基,路床的换填深度应加深至1.0-1.5米,并采取防渗和地下排水措施 表3.2.1 路床土最小强度和压实度要求 填料最小强度(CBR)(%) 工程分类 路面底面以下 深度(m) 高速马路、 一级马路 8 5 8 5 压实度(%) 三、二级四级 马路 马路 ≥95 ≥94 ≥95 ≥94 ≥95 ≥94 ≥95 / 二级马路 6 4 6 4 0~0.3 0.3~0.8 0~0.3 零填方及挖方路基 0.3~0.8 填方路基 高速公三、四级 路、 马路 一级马路 5 ≥96 3 ≥96 5 ≥96 3 ≥96 ● 既有马路病害:处治原那么应宜早察觉并实时处理,防止病害趋于严重。

      对初期病害宜酌情采取洗刨、填补或压浆补强处治对沉陷坑槽面积大于50%,路面已严重破坏,应徹底翻修,按上述新建马路要求设计与施工 6.1.2路堤沉陷病害 ①病害理由 在于膨胀土初期布局强度较高,在施工时不易被粉碎,亦不易被压实,在路堤填筑后,由于风化作用和湿胀干缩效应,土块崩解,在上部路面,路基自重与车辆荷载作用下,路堤易产生不均下沉,如伴随有软化挤出,那么可产生很大的沉降量,尤以桥头高填路堤不平匀下沉更为严重不平匀下沉导致路面变形破坏 ②处治设计对策 ● 新建马路:路堤填料要求与施工应符合《马路路基设计模范》﹝JTGD30-2022﹞7.8.2条和《马路路基施工技术模范》﹝JTGF10-2022﹞有关规定 ● 既有马路病害:可酌情采用换填、压浆、水泥土搅拌桩及CFG桩复合地基处治 6.1.3路堤纵向裂缝病害 ①病害理由 路肩部位常因机械碾压不到位,使填土达不到要求的压实度,因而后期的沉降量相对较大同时,因路肩临空,大气风化作用更加敏感,干湿交替频繁,肩部土体失水收缩远大于堤身,其风化作用程度在路堤纵向上一致,故在路肩顺路线方向常产生纵向开裂,形成长数米至上百米的张开裂缝。

      裂缝宽2-5cm,其分布在路肩及其外1米左右,且多横切过排水槽该纵裂缝甚至可影响到路面,但其裂缝宽度 — 8 —。

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