湿陷性黄土地基的处理措施 [湿陷性黄土地区桥涵地基的危害及防止措施]

  湿陷性黄土在我国分布较广,尤其在黄河流域较为常见。黄土具有很强的透水性、崩解性、冲刷性和湿陷性等独特的性质。由于黄土的特性会引发黄土边坡的失稳、黄土陷穴、暗沟等一系列的工程地质问题,特别是黄土湿陷问题会给公路造成很大的威胁和破坏。因此,应在设计、施工中引起足够的重视。
  
  一、黄土湿陷性的危害
  
  湿陷性指黄土类土在上部压力或自重作用下,浸水后产生显著附加沉陷变形的形状。黄土的湿陷性与黄土的结构特征及胶体物质的水理特征等密切相关。黄土的湿陷性对工程建筑的危害极大,黄土的湿陷变形是由于地基被水浸湿所产生的附加下沉,这种变形往往是随机的,任何时间任何地段都可能发生,而且变形速率很大,并且不均匀,易造成地面塌陷,路基下沉等工程事故。因此岩土工程勘察过程中,应对黄土的湿陷性及地基湿陷等级做出正确评价,并建议合理的地基处理方案和施工中应注意的问题,以减少工程隐患。
  
  二、湿陷性黄土地区桥涵出现病害的原因
  
  结合湿陷性黄土的特点和现场调查发现,造成上述病害的主要原因是:
  1、没能很好地解决“水”的问题。设计和施工中,忽视对桥涵进出口的防渗处理和进水口与原地面线的衔接。调查中发现,一旦有水下渗到桥涵台身及附属构造物以下,就会很快在原地基中形成黄土陷穴,如果这些陷穴不能得到及时
  处理,将会进一步扩大或形成溶洞、暗沟等,将会导致桥涵台身或附属构造物的沉陷或垮塌。
  2、设计和施工中对湿陷性黄土地基处理方法不当。通过地质勘查发现,湿陷性黄土地基承载力均小于170MPa,不能满足桥涵所需承载力要求。在对地基进行适当处理,对涵洞地基的处理容易出现两种错误:一种情况是由于没有考虑涵洞顶部的附加应力影响,计算得到的设计地基承载力偏小,对软弱地基没有进行适当的处理或处理深度和范围较小。另一种情况是过多地考虑地基沉降变形的影响力,设计过于保守,对地基进行一些加固措施,虽然提高了地基承载力,但也会导致整个涵洞结构体系刚度增大,使涵顶土体沉降变形量更加小于涵洞两侧土体的沉降变形量涵顶上的附加应力,加剧了涵洞结构的不利受力状况,涵洞结构将这些荷载传递到基础与地基中,又会加重基础与地基的受力情况。
  3、施工方法和工序安排不当也会导致一些病害。例如有些涵洞由于在涵洞两侧填土过程中没有做到对称填土导致涵洞的偏压现象;有的涵洞因其上面填土厚度较小而叉没有保护措施下有各种施工车辆通行,致使涵洞在没有交付运营前就出现破坏等。
  
  三、湿陷性黄土地基不均匀沉降的防止措施
  
  1、从地质勘察报告人手,确保其真实性和可靠性。
  地质勘察报告是设计人员的主要设计依据,为此在勘察设计时应全面、认真地进行地质调查工作。应分段查明湿陷等级、厚度、地下水位情况、地基承载力等物理性质及其规律以供设计参考。对发现的暗沟、洞穴,应查明其走向、位置等情况,应采取注浆回填、明挖法开挖回填并将水源堵截引向排水系统排水系统。这样才能使勘察报告具有真实性和可靠性。
  2、从设计人手,采取多种措施,
  (1)湿陷性黄土地区涵洞的设计主要注意以下几点:
  地基必须与路基的软基处理一并考虑,并在涵洞区段内,排水固结处理措施要适当加密,预压排水固结时需设临时管道过水,涵洞正式施工时拆除。砂垫层必须与路基砂垫层连通,以形成通畅的排不通道。涵洞孔径可适当加大,给使用功能留有余地。
  构造物要采用整体性强,自重轻,刚度大,基底承载力要求低(如不大干8Mpa)的钢筋混凝土箱形结构。
  涵洞的施工必须地软基处理的先期沉降完成之后进行,施工时要预留沉降量(如10cm)横向按H/50预留上拱(H 为填土厚度),以免产生沉降后砂垫层发生不连续而造成排水通路不流畅现象。
  (2)软土地区桥台的设计,应考虑以下一些问题:
  桥台设计中加强自身的稳定性,这主要是加强台身及基础的刚度,以增强抗水平推力的能力。
  (3)采取减轻台后荷载和均衡压重的措施。
  减轻台后荷载的办法有:布置桥孔时有意识地将桥台后移,使台后路堤成为低填土式的,采用溜坡埋置式桥台(锥坡坡脚处设置反压护道)、箱形桥台和台后设置跳板,减轻桥治的偏压荷载。
  台后填土采用轻质材料或在填土内埋设波纹铁管、钢筋混凝土圆管等,既减轻台背填土重量,又增强台背填土的稳定,能收到良好的效果。
  加大锥体护坡范围并以重力式挡墙作锥体护坡的坡脚基础,以大锥体填土来平衡台背引道填土压力并达到以台前台后软基均匀下沉之目的,起到保护桥台整体结构的作用。
  在桥涵型式选择时,应考虑多种条件,进行多方案比较。在湿陷性黄土地区重力式桥台慎用。大中桥宜采用桩基础,在桩长计算时应考虑桩周湿陷性黄土遇水产生的湿陷变形引起的负摩阻力,并采用合适的柱长计算公式以期达到安全、经济的目的。在涵洞选型上,尽量采用整体性好、承载力大、防渗效果好的箱涵,当采用钢筋混凝土盖板涵时,基础可采用整体式基础,台身断面尺寸可适当加大。拱涵可在设计中加设仰拱。
  桥涵位置设置在适应水流通过的情况下,原则上应力求正交,尽量减少斜交。因为斜交箱涵、盖板涵、拱涵当承受偏土压时,在涵体产生的应力比正交时大的多,这种影响在软弱地基上变现更为突出。而且偏土压对角隅应力影响较大,极易产生裂缝。
  在对湿陷性黄土地基处治时,应根据结构的安垒等级和黄土的湿陷等级、厚度、地基承载力等物理性质进行分类处治。处治方法可根据地基土壤特性、含水量等进行综合比选。不得采用换填砂砾等透水性材料处治湿陷性黄土,可采用强
  夯法、灰土挤密桩、旋喷柱等进行地基加固。强夯法可在距离居民建筑物较远地方采用,从经济和处理效果上看比较好,但当地基饱和时效果较差或产生相反的效果,灰土挤密桩是目前较多采用的方法,可根据黄土的湿陷等级、厚度、地基承载力等合理确定桩径、桩间距和桩长。当湿陷性黄土厚度较浅时也可采用挖填垫层加固地基,换填的面积及厚度可参考相关规范进行计算确定。处治宽度应随着深度的加深,应按扩散角的扩大而予以加宽。
  加强桥涵进出口外侧的地基处理。若进出口外侧地基未处理,在铺砌或急流槽与原地面衔接处水流易下渗,致使铺砌或急流槽悬空或坍塌。建议在进出口外侧10-20m范围内地面进行灰土换填夯实,换填深度可考虑0.5m。
  注意台背填土施工,谨防桥头“跳车”现象发生。建议大中桥桥头设置桥头搭板,二级以上公路小桥涵也应设置桥头搭板。在不设置桥头搭板的台后,应按要求采取换填、粉喷桩等技术措施进行处理,使路基固结,减少沉降。
  由于湿陷性黄土在我国分布较广,采取更加有效、更加经济的方案处理这一特殊的工程地质,而具体的方法还应在实际工程中本着因地制宜,就地取材的原则,同时考虑施工简便,节约资源等因素,以取得更大的经济效益。