高速公路路堤工程中软土液化潜势的分析与评估

高速公路路堤工程中软土液化潜势的分析与评估

1工程地质及地质条件宁靖盐高速公路盐城段是江苏省规划的“四纵四横四联”高速公路网中“一”的重要组成部分。宁靖盐高速公路盐城段桩长k0k16.309.854米，长16.310公里。1.公里高，双向4车道，宽26米，东南方向。线路北段起于宁靖盐高速公路盐城西绕城段起点新兴互通以西约1.45km、串场河大桥东桥头处,向东北偏离既有高速公路主线,经新兴镇向北跨越204国道、新长铁路和通榆运河,基本上沿龙灶河南岸,向东微偏北方向延伸,经盐城市青墩镇、射阳县盘湾镇东南,在新华村附近与在建连盐高速公路相接。宁靖盐高速公路盐城北段地势平坦低洼,地貌形态简单,第四系地层层位稳定,土性较均匀,沿线工程地质条件相似。根据勘察资料,第四系地层主要为全新统、更新统地层组成。主要的不良地质为:1)软土地层。沿线连续分布有薄层—中厚层状软土,软土为淤泥质粉质粘土,局部夹淤泥和软粉质粘土,普遍混粉砂或夹薄层粉砂,偶夹贝壳,为海陆交替相沉积。软土地层主要为1-2层淤泥质粉质粘土和1-4层灰色淤泥质(粉质)粘土或软粉质粘土。1-2层为淤泥质粉质粘土或软粉质粘土,局部为淤泥,灰色,流塑状态,高孔隙比,高压缩性。1-4层为灰色淤泥质(粉质)粘土或软粉质粘土,局部为淤泥,灰色,混粉砂,软塑—流塑,高孔隙比,中偏高—高压缩性。2)砂土液化地层。砂性土层1-2c层呈透镜状夹于1-2层软土中,为灰色松散—稍密状态的亚砂土和粉砂,局部为粉质粘土混粉砂。中厚层状1-3层砂性土沿全线连续分布,上覆1-2软土层,层顶埋深1.9～10.9m,层厚约1.5～16m。土性为灰色松散—稍密状态的粉砂和亚砂土,局部为粉质粘土混粉砂,具轻微—中等液化。本文对宁靖盐高速公路盐城北段的工程地质和水文地质条件进行了分析评价,对沿线软土和砂土液化特性进行了详细分析,统计分析了软土代表性物理力学指标之间的相互关系,对软土施工期间和工程竣工后路堤的稳定性进行了评估,计算分析了砂土液化的可能性和液化等级,得到了施工期间软土路基基本稳定和砂土具有轻微液化潜势的结论。2软土结构2.1天然含水量、天然孔隙比和不排水剪切强度的特性公路部门规范主要选择反映土体强度和压缩性的指标,即天然含水量、天然孔隙比和不排水剪切强度来表示软土的特性。其对软土的划分标准采用天然含水量大于等于35%(或液限)、天然孔隙比大于等于1.0、十字板剪切强度小于35kPa等3项指标。土体的天然含水量、天然含水量与液限之比、天然孔隙比和不排水剪切强度随深度变化的关系如图1～4所示。从图中看出,天然含水量与天然孔隙比的变化规律相同,天然含水量大、对应孔隙比大,且最大和最小值的变化趋势也很相似。根据软土的特性,在天然含水量与液限之比、天然孔隙比和不排水剪切强度随深度变化(图2～4)上,软土层位置和厚度基本一致。由图2、4可知软土1-2层的顶板埋深为3m,底部埋深7.6m左右;软土1-4层的顶板埋深为12.3m,底部埋深18.4m左右。2.2软土壤肥力分析1饱和土的sr根据土体组分构成可以得到天然孔隙比与天然含水量的关系为:e=wGsSr(1)e=wGsSr(1)式中,Gs为土粒的比重,一般为2.70,对饱和土,Sr=100%。根据饱和土的饱和度和土粒的比重,式(1)为:e=0.027w(2)e=0.027w(2)图5中表示了天然孔隙比与天然含水量的相互关系,最佳拟合公式为:e=0.026w+0.06(3)e=0.026w+0.06(3)天然孔隙比与天然含水量的最佳拟合关系(式(3))与理论关系(式(2))有差别,主要原因是土粒比重有差别,而理论公式中一律将Gs取2.70过于简化。2量与w/wl的最佳拟合公式天然含水量与w/wL的相互关系如图6所示,图中天然含水量与w/wL的最佳拟合公式为:w/wL=0.037w-0.13(4)w/wL=0.037w−0.13(4)图中天然含水量与w/wL的数据比较离散,但具有近似的相关关系。3天然孔隙比与a5-2的关系天然孔隙比与压缩系数的相互关系如图7所示,最佳拟合公式为:a1-2=1.15e-0.65(5)图中天然孔隙比与a1-2有较好的相关关系。图中还表明宁靖盐高速公路盐城北段沿线的软土多为中等压缩性土,土体的压缩性和强度都比较好。2.3填土极限高度分析施工期软土路基稳定性的方法很多,在室内可以采用典型的边坡稳定性分析方法进行理论分析,现场可以根据侧向位移变化速率和孔隙水压力变化规律的监测结果进行分析,也可以根据极限高度与实际填土高度比较来分析。填土极限高度是利用极限平衡理论求得地基土体滑动破坏时的最大填土高度。填土的极限高度Hc的计算公式为:Ηc=5.52cu/γ(6)极限填土高度与设计填土高度对比见图8,从图8可以看出,原状地基不处理,基本也能满足设计填土高度要求,少数高填土路段原状地基不能满足填土高度要求。经过地基处理后,所有地段均能满足路基填土要求。地基填土稳定性定义为Fs=Ηc/Η(7)式中,Hc为极限填土高度,H为设计填土高度。地基填土稳定性系数与设计填土高度的关系如图9所示,图中可以看出,地基处理后,路堤的稳定性系数介于1.6～9.2之间,地基有足够的稳定性。3砂性土全孔液化可能出现部分液化宁靖盐高速公路盐城北段沿线1-2c层砂性土层呈透镜状夹于1-2层软土之中,为灰色松散—稍密状态的亚砂土和粉砂,局部为粉质粘土混粉砂。中厚层状1-3层砂性土层全线连续分布,上覆1-2层软土,层顶埋深1.9～10.9m,层厚约1.5～16m。1-3层亚砂土(粉砂),灰色,湿—很湿(饱和),松散—稍密状态粉砂和粉质砂土,局部为粉质粘土混粉砂。宁靖盐高速公路盐城北段沿线砂土液化可能性初步判别结果如图10所示,结果表明,砂土存在液化的可能性。但是否液化需进一步的判别。在地面以下15m深度范围内,有可能液化的土层按下面公式判别:Ν63.5<Νcr(8)式中N63.5是饱和砂土标准贯入锤击数实测值(未经杆长修正);Ncr是液化判别标准贯入锤击数的临界值,由下面公式得到:Νcr=Ν0[0.9+0.1(ds-dw)]√3/pc(9)式中N0是液化判别是标准贯入锤击数的基准值,ds是标准贯入锤点的深度;Pc是粘粒含量百分率,小于3或为砂土时采用3。场址区地震基本烈度为Ⅶ度,设计地震分组为第1组(近震),设计基本地震加速度为0.1g。对全线20m以内的砂性土先作液化初判,对可能液化的土层用标贯击数,公式(8)和(9)分别判其液化性,结果如图11所示,宁靖盐高速公路盐城北段沿线砂土将可能出现部分液化现象。对可液化土层通过计算其全孔液化指数来判别其液化等级。可液化土层的全孔液化指数ILE的判别结果为:局部地段ILE=0.12～5.11,具轻微液化潜势。4水平竖向,调湿调湿宁靖盐高速公路盐城北段沿线所处区域属滨海平原工程地质地区,地势平坦低洼,土层层位尚稳定,土性较均匀,但普遍发育软土和砂性土,工程地质条件一般。根据上述分析,可得到下列认识:1)宁靖盐高速公路盐城北段沿线连续分布的软土,以淤泥质粉质粘土为主,局部夹淤泥和软粉质粘土,普遍混粉砂或夹薄层粉砂,偶夹贝壳,为海陆混合相沉积。软土层位稳定,浅层软土埋藏浅,层顶面埋深一般1～3m,中等深度软土层顶面埋深9.7～15.4m,总体趋势为从西向东