【正文】 為驗證試驗方案的有效性，對試驗路段進行了現(xiàn)場觀測，內容包括路基的豎向沉降、應力應變及側向位移觀測。 Z003年按方案二對 K295+000一 K295+870路段重新填筑后，已經歷了數(shù)場大雨的沖刷和浸泡，即便在 2023年春融最不利季節(jié)，也保持了良好的整體強度和穩(wěn)定性。鋪設時不允許出現(xiàn)卷曲、扭結和褶皺現(xiàn)象，最后用固定器固定另一端。當換填高度為 100cm時，按壓實厚度為 25cm，分四層進行碾壓，壓實度不低于 95％。地質特征：05m為較強烈濕陷性黃土， 510m屬輕微濕陷性黃土， 10m以下為不濕陷黃土。 土工膜鋪設現(xiàn)場 (3)工后效果檢驗 該段路基于 2023年 9月初鋪筑完畢，已經過半年多時間，并經歷了秋雨的浸蝕和凍融變化，在春融最不利季節(jié)，對路況進行了強度測定，結果如表 從路面彎沉測定結果看，路面整體強度未見異常，強度和穩(wěn)定性能良好。試驗段地質特征：表層為濕陷等級為 Ⅱ 級的風積黃土 (低液限黏土 )，分布深度 ，為非自重濕陷性黃土場地。這樣汽車既不會直接碾壓到土工格柵上，造成破壞，同時，土工格柵也不會發(fā)生移動，確保位置準確。 ②將碾壓密實的填土表面整平，清除表面堅硬凸出物。第三系泥巖為膨脹巖土，全風化呈土狀，為一般的膨脹性軟巖。 (1)擴散應力；由于加筋路基增加了路基的整體剛度，將有利于上部荷 載的擴散并均勻地傳遞到地基土層。加筋土強度的提高或者說加筋土體自主穩(wěn)定性的增加，其基本原理存在于筋一土之間的相互摩阻聯(lián)結之中。橫向應力云圖中，在路堤和地基接觸面出現(xiàn)了一個明顯的橫向應力受拉條帶，也就是路堤極易產生橫向滑動的部位。 我國各地黃土的物理化學性質 三、黃土路堤應力變形分析 為了制訂合理有效的防治方案，在路基病害調查和試驗路段土樣室內試驗的基礎上，采用了有限元法對黃土路堤在加筋和無筋條件下的應力和變形進行了數(shù)值分析。在公路病害調查時，不同程度地見到了這些現(xiàn)象，含有可溶鹽是西北黃土的一個重要標志，其變化規(guī)律：由北向南，自西向東，可溶鹽含量漸減。當滲透時間繼續(xù)時，垂直向滲透深度由 10m達到 14m，相應的水平向擴展到 4m左右。因此，黃土路基的病害防治應以防水為主，并輔以其他的工程措施。 利用土工合成材料防治路基病害，不僅要改變其受力狀態(tài)，還要解決地表水及地下水的排導、隔離、防滲等，并進行必要的加固，使路基免受水的侵害。在所調查的省道 20國道 30黑一海路、預一惠路等都見到了不同程度的路塹邊坡破壞現(xiàn)象。土壤硬度的大小又決定了植物的生長情況，而植物對邊坡具有很強的保護作用。目前，對臨界坡度的研究還沒有統(tǒng)一的結論，有人認為臨界坡度為 26176。而邊壁也對水流施加反力，迫使水流沿邊壁轉向，產生動量變化，造成水面的局部壅高。除了水流剪切應力外，重力的影響程度大大增強。 路塹邊坡滑坡 路基邊坡沖刷、崩坍 2．邊坡侵蝕破壞機理 黃土高原降雨量不大，但該地區(qū)的侵蝕強度卻為全國之最。 土橋病害造成路面塌陷 3．路堤坍塌與邊坡滑動 產生路堤坍塌與邊坡滑動的主要原因有：路堤填筑質量，表現(xiàn)為壓實度達不到設計標準；邊坡設計不當，即確定的設計邊坡形式和坡度與實際情況不符；路堤地基土軟弱，當路堤高度大于臨界值時，造成路堤整體滑動；邊溝或邊坡沖刷，邊溝水沖刷掏空坡腳可造成路堤坍塌與邊坡滑動 。 2．土橋病害 黃土橋系指跨越溝谷的高填路堤 ， 坐落于崾峴或沖溝之上 。 ? 黃土陷穴的處治，主要是根據(jù)陷穴的大小分別采用灌漿、開挖回填等措施。從地層上看，在疏松的新黃土層中，尤其是現(xiàn)代上層濕陷性黃土地層，陷穴越多越明顯。該地區(qū)雨量很少，但較集中，全年暴雨多發(fā)生在 9三個月，尤其在暴雨后，大量地表水迅速積聚，且有一定的水壓力，水透過黃土像通過一個小吸管被吸下去，陷穴一般中間大，進口和出口小。 ? 我國西北地區(qū)黃土區(qū)地層最厚，最完整，分布連續(xù)，其特點較典型。雨量明顯地從西北到東南逐漸增加。 二、黃土分布特點 ? 黃土和黃土狀土覆蓋著全球大陸面積的 ％以上。 ? 對于黃土滲透性來說，因其不是顆粒的膠結起作用，而是顆粒的排列結構起各向異性作用，影響是不能忽略的。黃土地區(qū)路基病害與防治 路基病害整治 課 程 內 容 ? 第一節(jié)、黃土的工程特性 ? 第二節(jié)、黃土地區(qū)路基病害類型與成因 ? 第三節(jié)、土工合成材料防治黃土路基病害 的應用技術 ? 第四節(jié)、土工合成材料防治路基邊坡及排水構造物病害的應用技術 第一節(jié) 黃土的工程特性 一、黃土的工程特性 ? 黃土具有多孔性，以粉土顆粒為主，富含碳酸鹽，顏色以黃色為主；同時，黃土具有滲透性、濕陷性、易崩解等特點，在外荷載和自重作用下受水浸濕后容易產生濕陷變形。黃土中的節(jié)理，對路基邊坡的穩(wěn)定性常起控制作用。 研究表明，對 Q Q2黃土，密度較大，且變化較小，主要關注黏結力 c、內摩擦角 φ 指標與含水量 W的關系；對飽和黃土，濕度已達到飽和，主要關注黃土的 c、 φ 指標和密度 γd 的關系；對非飽和黃土， c、 φ 指標與濕度和密度的關系須同時關注，它們均隨起始含水量的增大而降低，隨初始密度的增大而增大，且 φ 值的變化較小，而 c值的變化卻不容忽視。 ? 黃土分布地區(qū)的氣候主要表現(xiàn)為干旱及半干旱的大陸性氣候特征。 ? 我國黃土高原所處的三面環(huán)山一面沙漠的有利地形，典型的大陸性干旱氣候條件和季節(jié)性塵暴，為我國黃土風成論提供了足夠的論據(jù)。 ? 黃土地區(qū)特殊的水文氣候條件，為陷穴的產生提供了有利的外部條件。階地高差越大，溝谷越深，由于地表水通過階地邊緣斜坡地帶和溝谷斜坡地帶時下滲越厲害，因而陷穴也越深，有的可深達 20余米。 ? 陷穴的預防主要是加強地表和路基排水，改善地表性質，整平坡面，消除坑洼，減少水的積聚和滲透；加強植被保護和水土保持，加強路基外雨水的截排和路基的防滲防漏 (如采用土工合成材料等 )；開展巡查，對容易發(fā)生陷穴的地帶定期檢查。為減少路堤的沉陷變形，應根據(jù)黃土的工程性質以及路堤的高度采取相應措施，其中利用土工合成材料加筋路堤或進行防滲處理，能夠有效防止路堤的沉陷或濕陷變形。土橋中涵洞病害率高，是土橋最主要的病害，因此排水系統(tǒng)對于土橋來說是十分重要的。具有構造節(jié)理的黃土邊坡，常呈現(xiàn)沿節(jié)理面滑落；具有垂直節(jié)理的黃土邊坡，其破壞方式常呈現(xiàn)為坍塌；無構造節(jié)理的黃土邊坡則主要為滑坡破壞。跌水出現(xiàn)后，流路縱斷面上形成了許多不連續(xù)的斷點，每個斷點都是侵蝕的最活躍點。由于急流具有很大的慣性，遇到邊壁擾動時，便會以很大的速度沖擊邊壁。然而，存在有一個臨界坡度，超過臨界坡度，侵蝕量隨坡度的增加反而減小。已有研究表明，土壤抗沖性隨土壤硬度的減小而減弱。 4．邊坡病害的防治 黃土地區(qū)極易發(fā)生邊坡破壞變形，對公路建設危害極大。利用土工合成材料所產生的剪力及拉力以改變路基的受力狀態(tài)，使路基能夠均勻承受荷載，減少路基的局部沉降及側向位移，提高路基的承載力。 ? 試驗結果換表明：黃土的液限較低，一般為 ％－ ％，說明該處黃土由于粉粒含量較高，在較低的含水量時即可產生液化，易導致黃土的濕陷和破壞。 ? 圖 2可以看出，滲透在垂直方向上大于水平方向，向深處垂直滲透的速度常常數(shù)倍或十數(shù)倍于水平方向。 可溶鹽在黃土中常以鈣質結核的形式出現(xiàn)，另外還有鈣質膠結層、燕尾式石膏、白色鹽霜、堿皮等，主要存在于老黃土中，其中的易溶鹽如 NaCl、 KCl等含量愈高，其濕陷性一般愈大。無定形物質莉相離子交換容量 (CEC)有著明顯的自東而西、自南而北減少的趨勢，如表 711所示。 路堤的應力云圖顯示：豎向壓應力與豎向壓縮變形部位一致，集中在路堤中心靠近地面部分，豎向拉應力也與坡腳及坡腳以外的路基豎向拉伸或拱起部分一致。在路基內鋪設適當?shù)募咏畈牧?，可以不同程度地改善路基的強度和變形狀態(tài)，土工合成材料在土體內以筋材作為抗拉構件，與土體產生相互摩擦，限制土體的側向變形，增強土體的整體性，從而提高土體的抗剪強度。 基于上述分析，在下面的加筋路基試驗方案中將重點利用以下功能。其下為卵石，局部缺失，厚 ，下伏第三系泥巖。鋪設方案如下圖 2)施工 (1)土工格柵的鋪設 ①先用剪刀將土工格柵按設計尺寸裁剪好，整齊堆放。 ③自卸汽車卸土時，盡量不要碾壓土工格柵，汽車后輪距土工格柵邊緣 ，車內土方卸落時，正落于土工格柵的中心部位而后向周圍散開，恰好埋住整個土工格柵。 (1)試驗方案 試驗路段為銀古高速公路輔道 K12+190K12+290段，填土高度 ，為低填方路段。 施工時，嚴格按照《公路土工合成材料應用技術規(guī)范》 (JTJ/T 01998)進行。基底處理及土工膜鋪設方案見下圖 （尺寸單位 cm） (2)方案二 中郝高速公路興仁段 K295+000一 K295+870為填方路段，填方高度 。 ②在對基底夯實后，即可進行三七灰土換填。鋪設前，先將一端用固定器固定，然后用機械或人力拉緊，拉力應適當。 中郝高速公路興仁段，在 2023年夏季，突降暴雨，路基迎水面聚水，由于路基強烈的濕陷沉降，導致路堤破壞。 (2)鋪設步驟 ①整平新舊路基并清理雜物； ②鋪設并調整土工格柵的位置； ③搭接并固定土工格柵，并保證與路基的密貼； ④鋪筑水穩(wěn)砂礫，并保證土工格柵完整無損； ⑤進行碾壓。對于路基的沉降觀測，通常根據(jù)加載階段和變形是否穩(wěn)定確定觀測周期。根據(jù)公路帶狀的特點以及控制網與沉降點觀測的方便，在施工路段一側選埋一組水準基點，將 34個基準點選埋在變形區(qū)以外的基巖上或深埋在原狀土上，也可以設置在穩(wěn)固的建構筑物上。 ③壓力傳感器的標定 壓力傳感器出廠標定：在出廠時已標定有壓力系數(shù) K值。 (3)側向位移觀測 ①觀測方法的選擇 側向位移觀測包括邊樁位移和沿深度的側向位移兩部分內容。 2．觀測結果分析 (1)沉降觀測結果分析，如圖所示。因此在路基中鋪設土工格柵可以使路基中土壓力進行重新分配，減小應力集中和不均勻沉降，提高路基的整體抗剪強度和穩(wěn)定性。 多年來，為了防治黃土在不利條件下造成的危害，在設計施工方法和改善處理途徑方面已經積累了豐富的經驗，由早期的大開挖到后來的墊層 (灰土或沙石 )、強夯 (表面強夯、深孔強夯、置換強夯 )、擠密 (灰土樁、飽和土時的振沖碎石柱 )、沉樁 (預制打入樁、鉆孔灌注樁、大徑擴底底注樁、水泥攪拌樁 )、化學加固 (堿液法、加氣硅化法 )和防水 (基本防水、檢測防水、嚴格防水及施工防水 )等均做了一系列的研究工作，在工程實踐中發(fā)揮了重要作用。沖擊壓實機由牽引車拖動，靠凸輪瓣對土進行沖擊壓實，壓實次數(shù)宜選擇 2040次為宜，其擊實能可達 2 0003 000kJ，有效壓實深度為 2m。 以往對濕陷性黃土的研究，多側重于飽水情況下的濕陷，而實際建筑物地基浸水后有一個滲透過程，并非突然全部飽和。因此，黃土結構體系的穩(wěn)定性和強度將取決于聯(lián)結點的數(shù)目和聯(lián)結點的強度。中溶鹽含量愈多，則濕陷性愈大。濕潤地區(qū)成壤作用較強，黏化普遍，發(fā)育的是濕陷性弱的黃土或不具濕陷性的紅褐色古土壤。有的土水穩(wěn)性很差，微量增濕則抗剪強度驟減，因此，非飽和增濕區(qū)不但不能限制飽和區(qū)黃土的濕陷，反而參與并加劇了整個場地的濕陷，濕陷范圍比浸水飽和區(qū)大得多，濕陷的側向發(fā)展較快，使浸水中心區(qū)濕陷約束力很快降到最低，濕陷得更充分。 在大壓力時，隨含水量的增大，濕陷的敏感性逐漸減弱，但是在較小壓力時，濕陷敏感性在某一范圍內逐漸增強。點增濕濕陷會受到邊界條件的強烈限制，而面增濕卻沒有限制，因此，在同等增濕情況下，面增濕將獲得更大濕陷量。自重濕陷量的大小與試坑面積有很大關系，在一定范圍內兩者呈正比。 1)邊坡坡面破壞 (1)剝落 坡面剝落是黃土邊坡變形的一種普通現(xiàn)象，處理也十分困難。 2)邊坡坡體破壞 ①崩坍：黃土邊坡崩坍是土體沿節(jié)理面倒坍和下錯的斜坡動力地質現(xiàn)象，是多種自然因素及人為因素綜合作用的結果。它可能誘發(fā)其他病害，使邊坡出現(xiàn)崩坍或滑坡等更嚴重的破壞。 ②水文條件：如地下水的出露，地表水對坡面、坡腳、截水溝和邊溝的浸濕和沖刷等。 未做防護的路塹邊坡典型病害 (1)直接植草防護 直接植草防護具有方法簡單、施工方便、成本低廉的優(yōu)點，但在黃土地區(qū)有著不宜植物生長的致命缺點。 (4)土工網植被防護 為了滿足護坡和綠化的要求，近年來多采用土工網 (CE131)與植被結合的方法。面層外觀凸凹不平，材質疏松柔韌，留有約 90％的空間填充土壤及砂粒；底部平面網延伸率較低，強度較高，