島狀多年凍土地區(qū)高速公路服務(wù)區(qū)地基處理方式

王銀波

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院)

島狀多年凍土地區(qū)高速公路服務(wù)區(qū)地基處理方式

王銀波

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院)

摘 要:以鶴哈高速中的二股和伊春服務(wù)區(qū)為研究對(duì)象，通過實(shí)際勘測(cè)得到工程地質(zhì)概況，在考慮處理合理性和造價(jià)低廉的條件下，根據(jù)地質(zhì)斷面情況提出合理的處理措施。

關(guān)鍵詞:服務(wù)區(qū);凍土地基處理;方式

1 工程地質(zhì)情況

選取二股和伊春兩處服務(wù)區(qū)為研究對(duì)象。二股服務(wù)區(qū)處鉆孔12處，伊春服務(wù)區(qū)處鉆孔5處，由于數(shù)據(jù)較多，只通過對(duì)典型孔位的地質(zhì)情況進(jìn)行分析，提出相應(yīng)地基處理措施。二股處典型孔位ZK2和ZK5，伊春處典型孔位ZK2和ZK5。工程地質(zhì)表見表1～4。

表1 二股ZK1孔位工程地質(zhì)表

該斷面自上而下地質(zhì)構(gòu)造:(1)0～0.7 m為種植土，呈黑色濕土，可塑;(2)0.7～3.3 m為粉質(zhì)粘土，呈黃色濕土，可塑，局部含中砂和粗砂夾層;(3)3.3～4.6 m為礫砂，呈灰黃色，中密，飽和土，3.4～3.6 m為灰色粉質(zhì)粘土4.3～4.6 m為灰黑色粉質(zhì)粘土;(4)4.6～6.0 m為粗砂，呈灰色，中密，飽和狀態(tài)，5.6～5.7 m為粉質(zhì)粘土，含少量礫石;(5)6.0～8.0 m為圓礫，呈灰褐色，中密，飽和狀態(tài)，含卵石10%，孔內(nèi)可見最大粒徑70 mm。

此處的軟弱層厚度為3.3 m。壓縮系數(shù)為0.25，為中壓縮性土。施工過程中和工后會(huì)在構(gòu)筑物作用下，產(chǎn)生較大沉降。地基容許承載較小，必須進(jìn)行一定的地基處理，提高地基穩(wěn)定性。

表2 二股ZK5孔位工程地質(zhì)表

該斷面自上而下地質(zhì)構(gòu)造:(1)0～0.6 m為種植土，呈黑色濕土，可塑;(2)0.6～3.0 m為粉質(zhì)粘土，呈黃色濕土，可塑，局部含粗砂夾層;(3)3.0～4.8 m為粗砂，呈灰褐色，中密，飽和土，3.2～3.4 m為灰色粉質(zhì)粘土;(4)4.8～7.0 m為圓礫，呈灰褐色，中密，飽和狀態(tài)，含卵石10%左右，孔內(nèi)可見最大粒徑100 mm。

此處的軟弱層厚度為3.6 m。壓縮系數(shù)為0.3，為中壓縮性土。施工過程中和工后會(huì)在構(gòu)筑物作用下，產(chǎn)生較大沉降。地基容許承載較小，必須進(jìn)行一定的地基處理，提高地基穩(wěn)定性。

該斷面自上而下地質(zhì)構(gòu)造:(1)0～0.7 m為種植土，呈黑色濕土，可塑;(2)0.7～1.0 m為粉質(zhì)粘土，黃色，稍濕，呈凍結(jié)狀態(tài)，局部夾粗砂;(3)1.0～2.5 m為礫砂，呈灰黃色，中密，稍濕，礦物成分以長(zhǎng)石、石英為主;(4)2.5～4.0 m為黏土，呈黑灰色濕土，可塑，含有機(jī)質(zhì);(5)4.0～4.4 m為圓礫，呈黃褐色，中密，飽和狀態(tài)，孔內(nèi)可見最大粒徑50 mm;(6)4.4～5.1 m礫砂，黃褐色，飽和，中密狀態(tài)，礦物成分以長(zhǎng)石、石英為主;(7)5.1～6.0 m為黏土，呈黑灰色濕土，軟塑狀態(tài)，含有機(jī)質(zhì)較多。

表3 伊春ZK2孔位工程地質(zhì)表

由上而下軟弱層厚度為1.0 m，0.7 m，0.7 m。壓縮系數(shù)分別為0.25，0.49，0.56;為中壓縮性土和高壓縮性土。施工過程中和工后會(huì)在構(gòu)筑物作用下，產(chǎn)生較大沉降。地基容許承載較小，必須進(jìn)行一定的地基處理，提高地基穩(wěn)定性。

表4 伊春ZK5孔位工程地質(zhì)表

該斷面自上而下地質(zhì)構(gòu)造:(1)0～0.7 m為種植土，呈黑色濕土，可塑;(2)0.7～2.6 m為多冰凍土，黃色，稍濕，弱融沉，礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主;(3)2.6～3.8 m為飽冰凍土，灰黑色濕土，強(qiáng)融沉，融化后呈軟塑狀態(tài)，含有機(jī)質(zhì);(4)3.8～4.3 m多冰凍土，黃色，稍濕，弱融沉，礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主;(5)4.3～5.5 m飽冰凍土，灰黑色濕土，強(qiáng)融沉，融化后呈軟塑狀態(tài)，含有機(jī)質(zhì);(6)5.5～6.3 m為少冰凍土，灰黑色濕土，強(qiáng)融沉，融化后呈軟塑狀態(tài)，含有機(jī)質(zhì)。

此處的軟弱呈厚度為6.3m。飽冰凍土壓縮系數(shù)分別為0.63，0.57，都為高壓縮性土。施工過程中和工后會(huì)在構(gòu)筑物作用下，產(chǎn)生較大沉降。地基容許承載較小，必須進(jìn)行一定的地基處理，提高地基穩(wěn)定性。

2 地基處理方式

二股和伊春服務(wù)區(qū)地基土質(zhì)呈飽和可塑狀態(tài)，為軟弱地基，承載力低，不能直接作為構(gòu)筑物的持力層，需要進(jìn)行地基處理，從而提高地基承載力，減少凍土病害的破壞。

在現(xiàn)今公路路基溫控處理中包括主動(dòng)溫控措施和被動(dòng)溫控措施。效果較好的是主動(dòng)溫控措施，包括低溫?zé)岚艏夹g(shù)，CFG樁技術(shù)、碎石樁技術(shù)和換填砂礫技術(shù)。其中熱棒技術(shù)和CFG樁技術(shù)能大幅度提高地基承載力，但造價(jià)較高。由于服務(wù)區(qū)所受外荷載遠(yuǎn)小于高速公路所受外荷載，故易使用處理效果較好且造價(jià)相對(duì)低廉的碎石樁或換填砂礫技術(shù)。

二股服務(wù)區(qū)ZK2斷面，軟土層厚度為3.3 m，地基容許承載力只有190 kPa。下部為砂礫，其承載力符合要求，詳見圖1。

該斷面粉質(zhì)粘土厚度不大，含水量有較高，采用清基可以將軟土地基清除，從而消除了粉質(zhì)粘土的凍脹或融沉之后對(duì)基礎(chǔ)的影響。該處長(zhǎng)久以來土層含水量較高，故一定有地下補(bǔ)給，采用砂礫作為回填料，利用土層排水，從而減少凍脹融沉效應(yīng)。

故此處處理時(shí)采用鋪設(shè)無紡?fù)凉じ駯?，清?.3 m，換填3.5 m。

二股服務(wù)區(qū)ZK5斷面，軟土層厚度為3.0 m，地基容許承載力只有190 kPa。原理同上，鋪設(shè)無紡?fù)凉じ駯?，清?.0 m，換填3.2 m。下部為砂礫，其承載力復(fù)合要求，詳見圖2。

圖1 二股ZK2斷面地基處理方式

圖2 二股ZK5斷面地基處理方式

伊春服務(wù)區(qū)地質(zhì)情況較為復(fù)雜。ZK2斷面，上部軟土層厚度為1.0 m，地基容許承載力190 kPa;地下2.5 m處開始黏土厚度0.7 m，地基容許承載力190 kPa;地下4.4 m處開始黏土厚度0.7 m地基容許承載力只有130 kPa。

碎石樁通過去除軟土或降低地下水位、使上體排水固結(jié)來加固地基，提高地基承載力。垂直承載力設(shè)計(jì)首先是將上的承載能力充分利用，不足的部分由石灰碎石樁樁來承擔(dān)，總的荷載扣除樁間上承擔(dān)的荷載，才是石灰碎石樁應(yīng)承擔(dān)的荷載，顯然，與傳統(tǒng)的樁基設(shè)計(jì)思想相比，樁的數(shù)量可以大大減少，再加上石灰碎石樁不配筋，樁體利用工業(yè)廢料粉煤灰和石屑作為摻加劑，大大降低了工程造價(jià)。

該斷面軟土層與砂礫層分層交替出現(xiàn)，若采用換填砂礫，則工程量巨大，考慮到需要整體提到地基承載力，且此處含水量較大，采用碎石樁可以有更好排水固結(jié)，從而提高地基承載力，注意樁應(yīng)該打透黏土層，樁長(zhǎng)5.3 m，詳見圖3。

圖3 伊春ZK2斷面地基處理方式

伊春服務(wù)區(qū)ZK5斷面處地質(zhì)情況較為惡劣，凍土層較厚為6.3 m，需要重點(diǎn)處理。上層換填50 cm砂礫，利于排水，地基采用碎石樁進(jìn)行整治，原理同上，碎石樁要將整個(gè)凍土層打透，樁長(zhǎng)6.5 m，這樣才可以極大的提高承載力，減少沉降量，詳見圖4。

圖4 伊春ZK5斷面地基處理方式

3 結(jié)論

(1)軟土層為粉質(zhì)粘土，厚度小于4.0 m，含水率在20%～30%之間，且粉質(zhì)粘土下持力層為砂礫層，應(yīng)采用清基之后，換填砂礫。

(2)地質(zhì)層相對(duì)較為復(fù)雜，黏土和砂土分層交替出現(xiàn)，且最后一層黏土較深，厚度大于4.0 m，含水率在30% ～45%。采用換填工程量大，造價(jià)較高，故不應(yīng)換填砂礫法，應(yīng)采用碎石樁技術(shù)進(jìn)行處理。

(3)地基為軟土地基，進(jìn)行換填砂礫，需同時(shí)鋪設(shè)土工格柵，提高整體穩(wěn)定性;進(jìn)行碎石樁處理，需在樁上部鋪設(shè)50 cm砂礫層，增加排水效應(yīng)。

在考慮能更好的改善凍土病害影響的條件下，考慮經(jīng)濟(jì)效益，建議在軟弱層采用加土工格柵和換填砂礫;在工程地質(zhì)情況惡劣時(shí)，采用碎石樁進(jìn)行加固。

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［1］巖土工程勘察規(guī)范.中華人民共和國(guó)建設(shè)部(GB 50021-2001)［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

［2］易菊香.某車站軟土地基處理［M］.北京:鐵道勘察，2011.

［3］許海東.高速公路軟土地基處理方法及施工措施探討［M］.北京:現(xiàn)代企業(yè)文化，2009.

中圖分類號(hào):U416.1

C

1008-3383(2011)06-0076-02

收稿日期:2011-04-03