强风化泥岩可以做持力层吗(陕北山区高速公路淤积土特征与地基处理)

Posted 2023-05-25

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强风化泥岩可以做持力层吗(陕北山区高速公路淤积土特征与地基处理)

彭文顺

中铁第五勘察设计院集团有限公司

摘要：由淤积坝淤积而成的软弱土层在干旱的陕北黄土高原本身是非常好的耕地资源，但作为高速公路的地基，属于严重的不良地质问题，需对其进行必要的处治。本文通过对陕北黄土高原地区淤积土的成因及工程特性进行分析，与一般的软土指标相比，其抗剪强度大于一般软土，但低于一般的黏性土，天然含水率大于液限，孔隙比等指标虽未完全达到软土指标，但接近于软土，属于典型的软弱地基。结合其在陕北榆林至绥德、绥德至延川等山区高速公路上的应用实践，根据软土厚度及含水率等分别采用了碎石换填、水泥搅拌桩、灰土搅拌桩等措施进行处治，实践表明对淤积土的处治是成功的，可供同类工程借鉴参考。

关键词：高速公路;淤积土;工程特性;地基处理;沉降观测;

陕北黄土高原地区长期以来水土流失严重，当地群众为了防止水土流失，在沟壑纵横的黄土高原上修建起大量独具地方特色的淤地坝，它既能拦截泥沙、保持水土、改善生态环境，又能淤地造田、增加粮食产量、发展地方经济，淤地坝的规模一般小型每座数亩，中大型每座数十亩至数百亩甚至上千亩。淤地坝形成时间大部分在上世纪六七十年代，淤积坝淤积的软弱土层在干旱的陕北黄土高原本身是非常好的耕地资源，但是作为高速公路的地基，属于严重的不良地质问题，需对其进行必要的处治。本文结合陕北山区某高速公路淤积土地基处理的工程实践，旨在通过对该地区淤积土的成因及工程特性进行分析，提出了适用于该类型淤积土软弱地基的处理措施，供同类工程借鉴参考。

1 淤积土工程地质特性

1.1 淤积土的分布与成因

陕北淤积土主要分布于在黄土沟谷中，成份由黄土和少部分砂砾组成，多为人工筑坝后淤积形成，组成坝地，局部含水量较大，厚度一般2～20m。因淤积坝的拦截在沟谷底形成松散的黄土状土，该土体在原生黄土的基础上经短距离搬运后，原有的结构部分被破坏，其孔隙发育，结构松散，沟谷底部有地表水体汇聚，谷底地下水埋藏较浅，疏松的黄土状土的孔隙中充满了地下水体，经长时间的饱水软化、浸泡而形成淤积土，与沿海三角洲地区典型软土相比，由于形成环境和成因的差异，淤积型软土具有自身的工程特性。

1.2 淤积土的特征

(1)淤积土分布的不均匀性

黄土地区沟壑纵横，地形比较复杂，沟谷两侧地表高差较大，且下伏基岩面起伏不定，导致淤积土随地势的变化横向分布厚度不均匀。

(2)淤积土承载力较低，工程性能差

淤积土在未进行充分固结，形成年代短的条件下，属欠密实状态，现场测试表明，淤积土的承载力仅60～100k Pa，影响路基的稳定性。土体含水量较高，饱和度多大于70%，一般呈可塑～软塑状态，个别地段为流塑，孔隙比大，具高压缩性，工程地质性能较差，在路堤荷载作用下，地基会存在一定的固结沉降，对高速公路运营安全产生一定的影响。

1.3 淤积土的主要物理力学性质指标

绥延高速的淤积土主要物理力学特性试验结果见表1，从试验结果看，淤积土具有含水量高、孔隙比大、压缩性高等特点，与一般的软土指标相比，其抗剪强度大于一般软土，但低于一般的黏性土，天然含水率大于液限，孔隙比等指标虽未完全达到软土指标，但接近于软土。

2 淤积土地基处理措施

淤积土路基的填筑除严格按照路基填料的设计要求进行填筑外，还应对淤积土路基段落的地基进行处理，具体处理方案根据淤积土厚度及冲沟出露地层、地基含水量分别采用压填片石+碎石垫层、水泥搅拌桩、灰土挤密桩、预应力管桩等措施进行处理。

2.1 压填片石+碎石换填

压填片石+碎石换填适用于出露地层为0～3m淤积土地基处理。采用先挖除一定厚度的淤积土，利用片石回填60cm，对回填片石进行碾压，确保片石完全与地基紧密镶嵌结合，然后回填一定厚度碎石至地表以上40cm，对于片石材料强度不小于30MPa。

表1 绥延高速淤积土物理力学性质指标表下载原图

2.2 水泥搅拌桩

水泥搅拌桩适用于淤积土厚度为3～20m，且地基土含水量大于18%时淤积土地基处理，地基承载力较低。水泥搅拌桩桩径采用0.5m，桩心距1.2m，成等边三角形布置，搅拌桩应深入淤积土层底部以下不小于1m，布置范围至路基坡脚外或锥坡坡脚外。桩顶设置0.4m的碎石垫层，高出原地面30cm，分层碾压，压实度不小于96%，垫层采用级配碎石料，碎石粒径采用2～4cm，含泥量不大于5%，水泥搅拌桩设计见图1。

图1 水泥搅拌桩设计图下载原图

水泥搅拌桩固化剂应采用普通硅酸盐水泥(P.O42.5级)，水泥浆水灰比为0.45～0.55。在施工完搅拌桩一周后，提取桩身水泥土试样观察搅拌的均匀程度，同时利用轻便触探击数判断各桩段水泥土强度;并与室内试验结果进行对比，对于不合格的桩需根据实际情况进行补桩或加桩;检验桩的数量控制在3%～5%，复合地基承载力不小于160k Pa。

水泥搅拌桩的施工采用二喷四搅一停的施工工艺，水泥搅拌桩施工前，应根据现场实际情况进行工艺性试桩，以取得各种机械参数，确保大面积施工的施工质量。

对K79+280～K79+510段进行水泥搅拌桩处理并进行沉降观测，观测时间为4个月，图2是经处治后路基地表沉降随时间的变化曲线，从图中可以看出，路基地表沉降呈现出中间大，两侧路肩小的特点，经处理后的淤积土路基累计最大沉降为44mm，沉降速率最大值分别为1.13mm/d、0.75mm/d,0.88mm/d，经计算剩余工后沉降量均小于规范和设计要求，地基处理效果较好。

图2 K79+280～K79+510段处治后路基沉降曲线下载原图

2.3 灰土挤密桩

灰土挤密桩适用于淤积土厚度大于3m，且地基土含水量小于18%时淤积土地基处理，灰土挤密桩桩径为40cm，桩心距为110cm，成等边三角形布设，压实度不小于97%;灰土挤密桩应穿透淤积土层，达到持力层以下不小于1m，桩施工完成后在桩顶设置60cm厚8%灰土垫层，要求压实度不小于96%。桩体施工完成后铺设60cm厚灰土垫层，灰土垫层高出原地面30cm，分层碾压，压实度不小于96%。

2.4 预应力管桩

预应力管桩适用于淤积土厚度大于20m淤积土地基处理，布置范围至路基坡脚外不小于2m范围内，桩长根据地勘资料揭示地层情况确定，管桩宜以较厚均匀碎石土层、全风化或强风化岩层做桩端持力层，桩端进入持力层的深度不应小于50cm，预应力管桩设计见图3。

图3 管桩设计图下载原图

桩采用预应力混凝土管桩(PTC-400(60))，直径为40cm，壁厚度9.5cm，混凝土强度等级C80，桩中心间距250cm，桩顶部现浇混凝土桩帽，桩帽与桩身通过填芯混凝土相连，桩帽为正方形，边长140cm。预应力管桩应采用专门工厂预制生产，其配筋及力学性能应满足《先张法预应力混凝土管桩(GB13476-2009)》及《预应力混凝土管桩(10G409)》图集的规定。

对K86+340～K86+520段淤积土厚度近20m，采用预应力管桩处理并进行沉降观测，布置观测断面4个，观测时间为6个月，累计最大沉降为29mm，沉降速率最大值分别为0.75mm/d、0.63mm/d,0.6mm/d，经计算剩余工后沉降量均小于规范和设计要求，地基处理效果较好。

图4 K86+340～K86+520段处治后路基沉降曲线下载原图

3 结语

(1)陕北黄土高原地区淤积土主要分布在地表排水不畅，地表以下存在相对隔水层的沟谷中，属浸泡型地基土，软土特性指标虽不典型，但工程性质差，作为高速公路地基需对其进行处理。

(2)换填、水泥搅拌桩、灰土挤密桩及管桩适合淤积土软弱地基处理，并在陕北榆绥、绥延等几条山区高速上取得了良好的实践效果，为该地区同类型工程处治积累了经验。

参考文献

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[2] 张留俊，等．高速公路软土地基处理技术．北京:人民交通出版社，2002.

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[5] 陈艺南，刘松玉．江苏沿海高速公路软土路基问题的工程地质分析．三峡大学学报(自然科学版)，2001,23(6):507-511.

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