斜坡软弱地基填方工程特性及工程技术分析.doc

斜坡软弱地基填方工程特性及工程技术分析斜坡软弱地基填方工程特性及工程技术分析 一、斜坡软弱地基的分类及其形成原因分析 （一）斜坡软弱地基的定义斜坡软弱地基主要是相对于水平软弱地基而言的一种地基类型，其具有地基表层软弱和横向斜坡的特征。通常情况下，这种地基在填方荷载的作用下，土体会在产生压缩变形的同时形成横向变形，这样一来便很容易引起地基失稳的情况发生。 （二）斜坡软弱地基分类及其成因通过对大量工程实践的研究分析表明，目前，较为常见的斜坡软弱地基主要有以下几种类型，下面分别对其成因进行介绍：1.斜坡上松散堆积体。此类软弱地基主要是指岩堆，它是岩石在长期物理风化作用下形成的碎块，这些碎块在重力牵引的作用下以及受雨水搬运的作用会逐步被移至山坡坡脚的位置处，进而形成松散的堆积体。造成此类地基形成的原因主要有以下两个方面：其一，坡残积。即岩石被风化剥蚀后，由碎石块日积月累而形成的堆积体；其二，崩坡积。岩石土体在受到重力作用以及其它外力的作用下导致与母体脱离，从而产生出崩塌、倾倒等现象，由此在斜坡坡脚位置处逐步形成的堆积体。2.非沉积型软弱岩土。这是一种较为常见的斜坡软弱地基，具有典型代表性的是内昆铁路段老郭厂至李子沟这一地段内的斜坡软土。该路段位于贵州省威宁县境内，总长度约为13km。线路所经过的地段属于典型的中山溶丘洼地，而李子沟是这一区段内的侵蚀基准面。该区段的地形相对较为平缓、起伏较小、自然坡度为10-30度，其局部位置为陡崖和陡坡，高差约为100-200m左右，溶槽、溶沟以及冲沟较为发育，该区段内的植被情况比较良好，在部分斜坡上、凸起的山梁和台地上以及沟谷和洼地下，有不连续分布的软土，其成因与分布情况与湖相和海相沉积的软土不同，属于典型的非沉积型软弱岩土，常被称之为斜坡软土。它的成因主要与特殊的地层条件和富水条件有关。3.丘间槽谷坡洪积软土。这是斜坡软弱地基中最为常见的一种类型，多分布在西南山区一带，丘间槽谷本身都具有一定的坡度，其上覆盖的土层多为坡积或是洪积黏土。此类地基形成的主要原因是受洪水冲刷，若是在其上修建公路或是铁路，必须充分考虑填方工程的安全性。 二、斜坡软弱地基填方工程的具体特性 （一）斜坡软弱地基的工程及物理特性1.工程特性。斜坡软弱土体的工程特性主要体现在以下几个方面上：其一，土体分布具有非常明显的不均匀性，并且其平面分布范围及厚度也不连续，软土呈时断时续的分布状况，同时厚度变化相对较大，一般情况下约为1-7m左右，最厚的部位能够达到25m左右。由于构成斜坡软弱土的物质不同，从而使得其颜色及成分也不相同，具有很大的差异性；其二，自有膨胀率这一指标的差异较大，部分土体大于40%，具备膨胀土干缩湿胀的特征，这一特性与一般的软土有着非常明显的区别，其在雨水的作用下比较容易发生流动变形；其三，滑动性。斜坡软弱土在一定临空条件下，非常容易出现蠕动变形，而且还会随着外界荷载的增加引起地基基础浅层破坏，最终便会形成滑坡；其四，隐蔽性。因地表的硬壳层相对较厚，从而导致了地表特征并不明显，这样一来便很难发现斜坡中是否存在软弱土，想要进一步确定斜坡是否含有软弱土，必须通过勘探的手段来实现。物理性质: 斜坡软弱土的物质组成。主要以坡残积和坡洪积为主，不仅含有大量经搬运而来的砂粘土和粘土，而且还夹杂着大量的碎石和块石，其成分相对比较复杂，且土质非常不纯。此外，大多数斜坡软弱土都含有以下矿物成分，如水云母、高岭石以及伊利石等等，这就使得软土具有较强的亲水性。 物理力学性质。斜坡软弱土的天然含水量小于或接近于液限，空隙率较大，快剪强度和压缩性较高。 （二）斜坡软弱地基填方工程的特性1.经过大量的实践表明，采用数值分析法和离心模型试验法对水平和斜坡软弱地基在填土荷载作用下的变形机理研究效果较好。相关研究结果表明，水平软弱地基在填土荷载作用下的变形性状主要表现为轴对称，而斜坡软弱地基则表现为以斜坡下方部位偏大的非对称。由此可知，斜坡软弱地基较之水平软弱地基在坡脚位置处的剪应变要大很多，这就使得该地基更容易发生变形和失稳。通过数值分析法和离心模型试验的结果显示，斜坡软弱地基的坡脚产生水平和竖向位移的几率都远远高于水平软弱地基。一般情况下，1：10的斜坡软弱地基其最大剪应变要比水平软弱地基高出2倍左右，而且前者的塑性区范围也比后者大很多，同时还呈现出逐步向下坡脚发展的态势。2.通常情况下，斜坡软弱地基的变形性状主要与以下几个方面的因素有关：斜坡坡度、填土高度以及软弱土层的弹性模量等。相关研究结果显示，斜坡软弱地基在斜坡坡度增大的影响下，坡脚位置处地层表面的水平和竖向位移都会明显增加。在地层坡度大于1：10的情况下，坡脚处的水平和竖向位移会陡然增大；当填土高度增大时，斜坡软弱地基的变形情况会显著增加，其程度要远远高于水平软弱地基；软土层本身厚度的增加，会导致斜坡坡脚地层表面的水平和竖向位移增大，当土层厚度超出4m时，增大的情况会更加明显，同时土层弹性模量减小，也会使坡脚地层表面的位移增加。3.正常情况下，水平软弱地基在填土不断增加的过程中，其本身土体会随之被压密，此时只需要采取相应地措施将地基塑性变形控制在一定的范围之内，地基基础一般便不会发生失稳的现象，同时地基土体也会逐渐被固结，其自身强度也会慢慢增加达到适应填土荷载的程度；而斜坡软弱地基在填土不断增加的过程中，其本身的土体会产生出水平变形，这样便有可能引起竖向变形情况加剧，从而导致失稳。通过上述分析可以得出以下结论：水平软弱地基的工程特性是在填土荷载的作用下，会不断产生出较大的塑性变形，进而引起地基基础失稳；而斜坡软弱地基的工程特性是在填土荷载的作用下会产生出较大的竖向变形，进而引起失稳。 三、斜坡软弱地基填方工程技术 （一）加固技术措施通常情况下，斜坡软弱地基会在路堤荷载的作用下，导致下部某一侧坡脚附近的地基水平变形及剪应变增大，这样一来便很容易引起地基失稳的情况发生。为此，在对斜坡软弱地基进行填方施工时，必须采取科学合理、行之有效地措施消除水平变形和剪应变，以此来确保填方工程的安全性。常用的措施有以下几种：其一，将软弱土层全部清除；其二，增强地基基础自身的抗变形能力；其三，对地基的侧向变形进行控制。下面对上述三种措施进行具体分析：1.软弱土层清除。在软弱土层较为薄弱且斜坡较陡的情况下，可以采取清除软弱土层的措施。当软弱土层厚度小于4m时，采用该方法效果最佳。若是在地面或是软弱土层地面横坡缓于1：10的前提下，可将该方案与增加反压护道的方案从经济和技术两大方面进行比较，择优选取。如果横坡陡于1：10，并且软弱土层厚度小于4m，那么便可以采取该方法对斜坡软弱土进行清除。2.增强地基基础的抗变形能力。常用的方法有以下两种：一种是通过强夯法来增强地基土体的密实程度，另一种是通过置换法使地基土体形成复合地基。在地基底面横坡较陡的情况下，若是采用强夯法进行施工，则有可能导致夯锤出现歪斜的现象，这样便会引起下坡方向的某一侧发生变形。为此，当斜坡软弱地基坡度较大时，不建议使用强夯法进行加固处理。限制地基侧向变形。具体有主动限制和被动限制两种途径，前者主要是通过施工钢混桩基础，以此来承受来自于路堤及上部的荷载，达到限制斜坡地基水平变形的目的；而后者则主要是在路堤坡脚的位置处施工钢混侧向约束桩，借此来抵抗地基基础的侧向变形。被动限制。在水平软弱地基上可以采用放缓填方坡或是增设反压护道的方式来限制地基基础的侧向变形；而在斜坡地基上，因地面本身具有一定的横坡，若是采用放缓填方坡或是增设反压护道的方法，效果相对较差，为此，应当采用钢混侧向约束桩来限制斜坡地基的水平变形。钢混桩基础。该基础实质上是一种桩网结构，其主要是由钢混桩群和桩顶加筋垫层组成，在填土缓慢增加的荷载作用下，因网兜效应的存在，钢混桩群会受到互相牵制，进而形成复合桩群，这样便可使桩体仅仅承受竖向力的作用，可以进一步限制地基基础侧向变形的发生。经过实践证明，钢混桩基础在控制斜坡地基沉降方面的效果要远远高于钢混侧向约束桩。故此，在沉降变形要求较为严格工程中，建议采用钢混基础桩对地基进行加固处理。综上，在实际填方工程中，应遵循以下几点原则进行加固设计：在斜坡地基土层较为薄弱且坡度较陡时，应优先考虑采用清除软弱土层的措施；当斜坡地基的坡度相对较缓且土层较厚时，可采用强夯法来提高土体的密实程度，同时，在该种情况下，也可以采用反压护道的措施进行加固，具体选择时可根据实际工程来进行确定；当地基坡度较陡且土层较厚时，应当优先考虑采用限制地基侧向变形的措施。 （二）工程实例实例1：工程概况。在对某变电站主控楼进行触探时发现该基坑西面的位置处非常软，经检测该位置的极限承载力低于40KPa，属于典型的软弱土地基。同时据相关调查资料显示，该区域是经过回填处理的污水排放坑。在处理的过程中发现该区域的淤泥主要分布在地下1.5-4.0m这一范围内。然而，由于受到场地狭小的限制，无法进行大面积开挖，故此经多方面综合研究后，决定采用换填法对该区域的软弱土地基进行处理。换填法又被称为垫层法，具体是指将地基基础上部位置处不符合设计和规定要求的软弱土层挖除，并以强度较大、压缩性较小的材料对其进行置换处理。常用的置换材料有碎石、矿渣和砂等等，材料换填完成后，再对其进行相应的夯实处理，使之成为新的垫层。在本工程中，经相应的计算后，决定挖深至地下3.0m左右的位置，然后以砂为材料进行垫层直至2.0m的位置，再采用素土垫层直至基底。经本次处理后，该变电站至今为止仍然完好，未出现沉陷和位移。实例2：某110Kv变电站地处于市政公路交叉道口的东南角，在其南面有一水库，变电站距离水库1.5公里，位于该水库下游的河谷当中。在该变电站建设前，经物探发现场地耕土下存在6-12m左右的有机质粘土和淤泥土，经检测发现，土质的孔隙率较大、压缩性较高，是非常典型的软弱土体，这为变电站的建设带来了极大的困难。经综合考虑后，决定采用以下方案对该软弱地基进行处理：首先，利用地基上部较厚的填土作为加压荷载，并