高速公路路堤工程中軟土液化潛勢(shì)的分析與評(píng)估

高速公路路堤工程中軟土液化潛勢(shì)的分析與評(píng)估

1工程地質(zhì)及地質(zhì)條件寧靖鹽高速公路鹽城段是江蘇省規(guī)劃的“四縱四橫四聯(lián)”高速公路網(wǎng)中“一”的重要組成部分。寧靖鹽高速公路鹽城段樁長(zhǎng)k0k16.309.854米，長(zhǎng)16.310公里。1.公里高，雙向4車道，寬26米，東南方向。線路北段起于寧靖鹽高速公路鹽城西繞城段起點(diǎn)新興互通以西約1.45km、串場(chǎng)河大橋東橋頭處,向東北偏離既有高速公路主線,經(jīng)新興鎮(zhèn)向北跨越204國(guó)道、新長(zhǎng)鐵路和通榆運(yùn)河,基本上沿龍?jiān)詈幽习?向東微偏北方向延伸,經(jīng)鹽城市青墩鎮(zhèn)、射陽(yáng)縣盤灣鎮(zhèn)東南,在新華村附近與在建連鹽高速公路相接。寧靖鹽高速公路鹽城北段地勢(shì)平坦低洼,地貌形態(tài)簡(jiǎn)單,第四系地層層位穩(wěn)定,土性較均勻,沿線工程地質(zhì)條件相似。根據(jù)勘察資料,第四系地層主要為全新統(tǒng)、更新統(tǒng)地層組成。主要的不良地質(zhì)為:1)軟土地層。沿線連續(xù)分布有薄層—中厚層狀軟土,軟土為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,局部夾淤泥和軟粉質(zhì)粘土,普遍混粉砂或夾薄層粉砂,偶夾貝殼,為海陸交替相沉積。軟土地層主要為1-2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和1-4層灰色淤泥質(zhì)(粉質(zhì))粘土或軟粉質(zhì)粘土。1-2層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土或軟粉質(zhì)粘土,局部為淤泥,灰色,流塑狀態(tài),高孔隙比,高壓縮性。1-4層為灰色淤泥質(zhì)(粉質(zhì))粘土或軟粉質(zhì)粘土,局部為淤泥,灰色,混粉砂,軟塑—流塑,高孔隙比,中偏高—高壓縮性。2)砂土液化地層。砂性土層1-2c層呈透鏡狀?yuàn)A于1-2層軟土中,為灰色松散—稍密狀態(tài)的亞砂土和粉砂,局部為粉質(zhì)粘土混粉砂。中厚層狀1-3層砂性土沿全線連續(xù)分布,上覆1-2軟土層,層頂埋深1.9～10.9m,層厚約1.5～16m。土性為灰色松散—稍密狀態(tài)的粉砂和亞砂土,局部為粉質(zhì)粘土混粉砂,具輕微—中等液化。本文對(duì)寧靖鹽高速公路鹽城北段的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件進(jìn)行了分析評(píng)價(jià),對(duì)沿線軟土和砂土液化特性進(jìn)行了詳細(xì)分析,統(tǒng)計(jì)分析了軟土代表性物理力學(xué)指標(biāo)之間的相互關(guān)系,對(duì)軟土施工期間和工程竣工后路堤的穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)估,計(jì)算分析了砂土液化的可能性和液化等級(jí),得到了施工期間軟土路基基本穩(wěn)定和砂土具有輕微液化潛勢(shì)的結(jié)論。2軟土結(jié)構(gòu)2.1天然含水量、天然孔隙比和不排水剪切強(qiáng)度的特性公路部門規(guī)范主要選擇反映土體強(qiáng)度和壓縮性的指標(biāo),即天然含水量、天然孔隙比和不排水剪切強(qiáng)度來(lái)表示軟土的特性。其對(duì)軟土的劃分標(biāo)準(zhǔn)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、十字板剪切強(qiáng)度小于35kPa等3項(xiàng)指標(biāo)。土體的天然含水量、天然含水量與液限之比、天然孔隙比和不排水剪切強(qiáng)度隨深度變化的關(guān)系如圖1～4所示。從圖中看出,天然含水量與天然孔隙比的變化規(guī)律相同,天然含水量大、對(duì)應(yīng)孔隙比大,且最大和最小值的變化趨勢(shì)也很相似。根據(jù)軟土的特性,在天然含水量與液限之比、天然孔隙比和不排水剪切強(qiáng)度隨深度變化(圖2～4)上,軟土層位置和厚度基本一致。由圖2、4可知軟土1-2層的頂板埋深為3m,底部埋深7.6m左右;軟土1-4層的頂板埋深為12.3m,底部埋深18.4m左右。2.2軟土壤肥力分析1飽和土的sr根據(jù)土體組分構(gòu)成可以得到天然孔隙比與天然含水量的關(guān)系為:e=wGsSr(1)e=wGsSr(1)式中,Gs為土粒的比重,一般為2.70,對(duì)飽和土,Sr=100%。根據(jù)飽和土的飽和度和土粒的比重,式(1)為:e=0.027w(2)e=0.027w(2)圖5中表示了天然孔隙比與天然含水量的相互關(guān)系,最佳擬合公式為:e=0.026w+0.06(3)e=0.026w+0.06(3)天然孔隙比與天然含水量的最佳擬合關(guān)系(式(3))與理論關(guān)系(式(2))有差別,主要原因是土粒比重有差別,而理論公式中一律將Gs取2.70過(guò)于簡(jiǎn)化。2量與w/wl的最佳擬合公式天然含水量與w/wL的相互關(guān)系如圖6所示,圖中天然含水量與w/wL的最佳擬合公式為:w/wL=0.037w-0.13(4)w/wL=0.037w?0.13(4)圖中天然含水量與w/wL的數(shù)據(jù)比較離散,但具有近似的相關(guān)關(guān)系。3天然孔隙比與a5-2的關(guān)系天然孔隙比與壓縮系數(shù)的相互關(guān)系如圖7所示,最佳擬合公式為:a1-2=1.15e-0.65(5)圖中天然孔隙比與a1-2有較好的相關(guān)關(guān)系。圖中還表明寧靖鹽高速公路鹽城北段沿線的軟土多為中等壓縮性土,土體的壓縮性和強(qiáng)度都比較好。2.3填土極限高度分析施工期軟土路基穩(wěn)定性的方法很多,在室內(nèi)可以采用典型的邊坡穩(wěn)定性分析方法進(jìn)行理論分析,現(xiàn)場(chǎng)可以根據(jù)側(cè)向位移變化速率和孔隙水壓力變化規(guī)律的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析,也可以根據(jù)極限高度與實(shí)際填土高度比較來(lái)分析。填土極限高度是利用極限平衡理論求得地基土體滑動(dòng)破壞時(shí)的最大填土高度。填土的極限高度Hc的計(jì)算公式為:Ηc=5.52cu/γ(6)極限填土高度與設(shè)計(jì)填土高度對(duì)比見圖8,從圖8可以看出,原狀地基不處理,基本也能滿足設(shè)計(jì)填土高度要求,少數(shù)高填土路段原狀地基不能滿足填土高度要求。經(jīng)過(guò)地基處理后,所有地段均能滿足路基填土要求。地基填土穩(wěn)定性定義為Fs=Ηc/Η(7)式中,Hc為極限填土高度,H為設(shè)計(jì)填土高度。地基填土穩(wěn)定性系數(shù)與設(shè)計(jì)填土高度的關(guān)系如圖9所示,圖中可以看出,地基處理后,路堤的穩(wěn)定性系數(shù)介于1.6～9.2之間,地基有足夠的穩(wěn)定性。3砂性土全孔液化可能出現(xiàn)部分液化寧靖鹽高速公路鹽城北段沿線1-2c層砂性土層呈透鏡狀?yuàn)A于1-2層軟土之中,為灰色松散—稍密狀態(tài)的亞砂土和粉砂,局部為粉質(zhì)粘土混粉砂。中厚層狀1-3層砂性土層全線連續(xù)分布,上覆1-2層軟土,層頂埋深1.9～10.9m,層厚約1.5～16m。1-3層亞砂土(粉砂),灰色,濕—很濕(飽和),松散—稍密狀態(tài)粉砂和粉質(zhì)砂土,局部為粉質(zhì)粘土混粉砂。寧靖鹽高速公路鹽城北段沿線砂土液化可能性初步判別結(jié)果如圖10所示,結(jié)果表明,砂土存在液化的可能性。但是否液化需進(jìn)一步的判別。在地面以下15m深度范圍內(nèi),有可能液化的土層按下面公式判別:Ν63.5<Νcr(8)式中N63.5是飽和砂土標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)實(shí)測(cè)值(未經(jīng)桿長(zhǎng)修正);Ncr是液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的臨界值,由下面公式得到:Νcr=Ν0[0.9+0.1(ds-dw)]√3/pc(9)式中N0是液化判別是標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的基準(zhǔn)值,ds是標(biāo)準(zhǔn)貫入錘點(diǎn)的深度;Pc是粘粒含量百分率,小于3或?yàn)樯巴習(xí)r采用3。場(chǎng)址區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度,設(shè)計(jì)地震分組為第1組(近震),設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.1g。對(duì)全線20m以內(nèi)的砂性土先作液化初判,對(duì)可能液化的土層用標(biāo)貫擊數(shù),公式(8)和(9)分別判其液化性,結(jié)果如圖11所示,寧靖鹽高速公路鹽城北段沿線砂土將可能出現(xiàn)部分液化現(xiàn)象。對(duì)可液化土層通過(guò)計(jì)算其全孔液化指數(shù)來(lái)判別其液化等級(jí)?？梢夯翆拥娜滓夯笖?shù)ILE的判別結(jié)果為:局部地段ILE=0.12～5.11,具輕微液化潛勢(shì)。4水平豎向,調(diào)濕調(diào)濕寧靖鹽高速公路鹽城北段沿線所處區(qū)域?qū)贋I海平原工程地質(zhì)地區(qū),地勢(shì)平坦低洼,土層層位尚穩(wěn)定,土性較均勻,但普遍發(fā)育軟土和砂性土,工程地質(zhì)條件一般。根據(jù)上述分析,可得到下列認(rèn)識(shí):1)寧靖鹽高速公路鹽城北段沿線連續(xù)分布的軟土,以淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為主,局部夾淤泥和軟粉質(zhì)粘土,普遍混粉砂或夾薄層粉砂,偶夾貝殼,為海陸混合相沉積。軟土層位穩(wěn)定,淺層軟土埋藏淺,層頂面埋深一般1～3m,中等深度軟土層頂面埋深9.7～15.4m,總體趨勢(shì)為從西向東