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    泡沫輕質土路基填筑在公路改擴建項目中的應用

    發布時間:2020-9-25 16:23:02

    1 項目基本情況1.1 路線
        某省道改建項目路段長 4.638km,為在原寬 11m 二級公路上進行改擴建,原路狀況良好。改建項目設計速度 60km/h,路基寬度 25.5m[4m(綠道)+2.5m(硬路肩)+2×3.5m(車行道)+0.5m(路緣帶)+1.0m(中央分隔帶)+0.5m(路緣帶)+2×3.5m(車行道)+2.5m(硬路肩)+0.5m(土路肩)],瀝青混凝土路面,雙向四車道一級公路技術標準。汽車荷載等級為公路-Ⅰ級,設計洪水頻率1/100。
    1.2 地形、地貌
        工區屬四川盆地西緣山地,為盆地到青藏高原的過渡地帶。項目所處位置地貌以構造侵蝕低山與河谷階地為主。路線沿青衣江左岸岸坡展布,利用段 1.570km 位于青衣江沖積階地,地勢平坦;改建段 4.638km 段位于青衣江左側岸坡地段,路線右側靠山,左側臨青衣江,地面橫坡較大,整體地勢陡峭。
    1.3 地質
        項目區地質構造較為簡單,地層巖性主要由第四系全新統人工填土
    (Q4me) 、殘坡積粉質粘土 (Q4el+dl) 、沖洪積卵石土 (Q4al+pl) 、崩坡積碎石土 (Q4c+dl) ,基巖為白堊系下統灌口組下段(K1g1)泥質粉砂巖與泥巖互層,工程地質條件較好。
    1.4 地震
        項目區地震動峰值加速度均為 0.10g,地震特征值周期均為 0.40s,地震基本烈度為Ⅶ度。
    1.5 氣候
        項目區氣候類型為亞熱帶季風性濕潤氣候,年均氣溫在 14.1℃~17.9℃間,降雨多,多數縣年降雨 1000~1800mm 以上。濕度大,日照少,年均降雨量 1800mm 左右,是四川降雨量最多的區域。
    1.6 水文
    1.6.1 地表水
        根據現場實地調查,項目區附近地表無魚(水)塘、集水坑等散水體,主要地表水為電站蓄水,受上游干流及其支流和大氣降水補給,通過徑流向下游排泄,具有水量豐富,水位、水量年變化幅度大,洪水位陡漲陡落,枯水期水勢平穩的特點。
    1.6.2 地下水
        測區地下水較發育,地下水類型主要有第四系松散孔隙潛水和基巖裂隙潛水,豐枯明顯,出露點分散,主要含水層沿河谷岸坡呈帶狀分布。
    2 沿線路基方案情況
        由于本項目是對既有老路進行改擴建,路線沿江展布,全線設置了
    1.839Km 左幅橋,0.166Km 右幅橋。因此在半路半橋銜接處路基側需要設置擋土結構;臨河側,部分路段臨河側填方高度較小,但臨河側地面線陡傾無法放坡,需要設置結構物收坡;僅有的三段河灘地形處,經現場驗證可做護腳,結合設計水位,本次采用護腳+實體護坡+換填透水材料處理。
    3 結構物方案比選
        根據工程可實施性、保通需要的硬性條件及造價相對更省,本次施設做了以下幾方面的對比:
    1)陡斜坡路段,通過橋與樁基托梁對比,適當優化了橋跨,將部分路
    段調整為樁基托梁;
    2)臨河側高大浸水擋墻方案與輕質土路基方案“補缺口式填筑”進行
    對比,調整部分陡斜坡上填方斷面較小的路段做輕質土路基填筑;
    3)半路半橋的路中墻位置,將衡重式路中墻與輕質土路基對比,在保
    通的硬性條件及確保路中墻邊線不干擾外側橋梁墩柱施工的前提下,將路中墻調整為輕質土填筑及部分護肩。
    4 泡沫輕質土路基與衡重式路肩及路中墻對比分析
        對沿線路基進行分析后,提出了衡重式擋墻+擴大基礎(方案一)、泡沫輕質土路基(方案二)及樁基托梁(方案三)三種處治方案,這里列出了方案一和方案二在兩種典型工點位置的方案對比,F對 K2+440~695 段路中及 K2+723~977 段路肩方案進行優缺點及經濟性比較,見表 1:

     

      

        綜上,經方案可行性、工藝與工期、保通影響及預算經濟等方面對比后,這兩段路基均采用輕質土路基進行處治。
    5 本項目泡沫輕質土工點
        氣泡混合輕質土關鍵性能:容重等級、強度等級。本項目全線路肩及路中位置共設置了 14 段輕質土路基,其指標如下:濕容重:路槽下 80cm 范圍內取 W6,其余區域取 W5;等級強度:路槽下 80cm 范圍內取 CF1.0,其余區域取 CF0.8;所有的輕質土路基工點,需將原地面清表開挖臺階后進行碾壓夯實,壓實度不應小于 96%且保證基底承載力大于 150Kpa,才能進行泡沫輕質土澆筑。
    6 輕質土強度和穩定性驗算(以圖 1.K2+479.03 斷面為例)

     

    6.1 路基填筑的填筑體抗壓強度應按下式計算:
    qu1=Fs(100*CBR)/3.5
    式中:qu1-路基填筑的填筑體抗壓強度(kPa);
    Fs-安全系數,取 3;
    CBR-加州承載比,按現行行業標準《公路路基設計規范》JTG D30 取值。
        經計算,路面結構下面 0.8m 范圍 qu1=0.428MPa;路面結構下面 0.8m 以下范圍 qu1=0.257MPa;
    6.2 填筑體自立穩定的抗壓強度應按下式計算:
    qu2=Fs(0.5rH+W)
    式中:qu2-填筑體自立穩定的抗壓強度(kPa);
    r-濕容重(Kn/m3) ;
    H-填筑體高度(m) ;
    W-填筑體頂部的荷載(kPa)
    經計算,路面結構下面 0.8m 范圍 qu2=0.140MPa;路面結構下面 0.8m 以下范圍 qu2=0.196MPa;因此,填筑體的設計抗壓強度大于了 qu1 和 qu2,滿足規范要求。
    6.3 抗滑穩定系數計算 (按路線縱向 1 延米長度計算, 不考慮墻前背被動土壓力)
    Kc=[(N+(Ex-E, p)*tana0)*μ+E, p]/(Ex-N*tana0)
    G:647.82KN,N:582.16KN,μ:0.32
        因為基底是水平的,a0=0,因此,Kc=N*μ/Ex=1.42>1.3,滿足規范要求。
    6.4 抗傾覆系數計算(按路線縱向 1 延米長度計算)
    K0=(G*Zg+Ey*Zx+E,p*Zp)/(Ex*Zy)
    土壓力作用點,Zx=H/3,Zy=B+Zxtanα,B=2,因此,K0=3.34>1.5,滿足規范要求。
    6.5 整體穩定性計算(按路線縱向 1 延米長度計算)
    第 I 條塊側面滑坡推力:Ei=KWisinαi+ψiEi-1-Wicosαitanφi-cili
    K 為安全系數
    ψi 為傳遞系數,其值等于 cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi
    φi 為第 i 條塊所在滑動面的內摩擦角
    ci 為第 i 條塊所在滑動面的粘聚力
    li 為第 i 條塊所在滑動面的長度。
    經過計算,K=1.3 時,最后一個條塊的剩余下滑力為零,滿足規范要求。
    7 結語
        泡沫輕質土是一種微孔類輕質環保材料,具有輕質性、自立性、自密性、容重和強度可調節性、施工便捷性、保溫隔熱性等特點,已廣泛應用于軟基路堤、加寬路堤、陡坡路堤、結構頂減荷、橋臺臺背回填、預埋管線回填、空洞充填、塌方快速搶險及各類管線保溫隔熱等領域。
        通過總結分析,相比衡重式擋墻及部分橋跨,輕質土路基填筑在施工工期節約、對地基承載力要求相對較低、對臨近建筑的施工干擾程度低、造價更省方面具有較大的優勢,因此在改擴建公路設計過程中,可將輕質土路基與衡重式擋墻及橋梁方案進行充分對比,選擇更優的方案。值得注意的是,輕質土工點圖斷面設計時建議加強驗算,嚴格控制關鍵性能指標:容重等級、強度等級;所有輕質土路基工點,需將原地面清表開挖臺階后進行碾壓夯實,壓實度按路規控制,地基承載力也應達到工點設計要求承載力,才能進行泡沫輕質土澆筑;應嚴格按照規程要求施做各個附屬
    設施;雨季施工應特別做好臨時防排水措施;完成填筑體頂層施工后,立即對填筑體表面覆蓋塑料薄膜或土工布保濕養生,養生時間不宜少于 7d;填筑體達到設計抗壓強度后,方可在填筑體頂面進行機械或車輛作業,建議在填筑體頂上鋪設鋼板或木板以臨時保護填筑體。


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