公路工程中的巖土工程問題

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一、路基穩(wěn)定問題

路基施工要同時(shí)達(dá)到兩個(gè)要求：一個(gè)是提供足夠強(qiáng)的承載力，另一個(gè)是沉降率達(dá)到技術(shù)規(guī)定。但是并不是在所有施工過程都需要同時(shí)滿足這兩個(gè)條件，如果路基承載力達(dá)到相關(guān)要求后，有可能不需要檢驗(yàn)沉降率指標(biāo)，例如良好的承載力本身就需要低沉降率來(lái)實(shí)現(xiàn)；或者在一些特殊施工項(xiàng)目中，對(duì)沉降率沒有做出嚴(yán)格的要求，例如臨時(shí)公路施工就不要考慮這個(gè)指標(biāo)。也有的公路項(xiàng)目在滿足沉降率指標(biāo)后，其承載力也必然會(huì)符合施工標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)可根據(jù)沉降率來(lái)設(shè)計(jì)施工方案。在所有公路項(xiàng)目中，深厚軟土環(huán)境的公路施工的沉降率指標(biāo)最為關(guān)鍵，由于土質(zhì)疏松易塌陷，這種路基建設(shè)要實(shí)現(xiàn)通過填埋砂石來(lái)提高其沉降率指標(biāo)。因此，在實(shí)際施工過程中，要針對(duì)不同的土質(zhì)情況制定科學(xué)合理的路基施工方法，靈活運(yùn)用工程指標(biāo)來(lái)提高施工質(zhì)量。

二、邊坡穩(wěn)定問題

公路施工路線較長(zhǎng)，涉及多種土質(zhì)施工環(huán)境，要認(rèn)真面對(duì)天然邊坡和人工邊坡穩(wěn)定性問題的挑戰(zhàn)。上述問題主要產(chǎn)生于巖體重力的作用，由于巖土自重較大，對(duì)邊坡帶來(lái)下沉和塌方等問題。要保證邊坡的穩(wěn)定，就要解決巖土負(fù)荷帶來(lái)的支撐問題。通常而言，穩(wěn)定的邊坡不僅能夠保證自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，還能夠在與路基長(zhǎng)期相互作用下形成一種相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。要針對(duì)公路施工特點(diǎn)，設(shè)定科學(xué)合理的邊坡施工方案，以保證其穩(wěn)定性達(dá)到工程要求。但是，在實(shí)際工作中，經(jīng)常會(huì)遇到邊坡穩(wěn)定性問題對(duì)公路施工質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響的情況，在施工過程中經(jīng)常會(huì)因?yàn)榇笮蜋C(jī)械設(shè)備的使用降低了自然邊坡的穩(wěn)定性的情況，例如挖埋土方、開溝、給排水工程施工等都會(huì)破壞邊坡原來(lái)的受力平衡；同時(shí)，有的工程為了節(jié)約工程預(yù)算，降低了邊坡的施工標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致邊坡施工存在嚴(yán)重質(zhì)量隱患。例如對(duì)于地勢(shì)較高地段的施工，由于邊坡坡度放緩會(huì)占用更多的施工面積，同時(shí)增大工程造價(jià)，因此就要考慮陡坡護(hù)坡方案，而陡坡護(hù)坡本身就存在較大的安全隱患。在城市區(qū)域的公路施工，經(jīng)常要用到深基坑邊坡設(shè)計(jì)方案。由于基坑內(nèi)部受基礎(chǔ)的限制及外圍受周圍建筑物的限制，按穩(wěn)定坡角放坡是不可能的，因此大部分采用直立邊坡加支護(hù)方案。對(duì)于不穩(wěn)定的邊坡則要評(píng)價(jià)采取支擋結(jié)構(gòu)后的穩(wěn)定性。

三、圍巖穩(wěn)定性問題

公路隧道由于需要掏空大量巖體體積，這會(huì)打破原本平衡的受力狀態(tài)。隨著隧道施工的不斷推進(jìn)，山體中的應(yīng)力不斷發(fā)生變化，如果其變化朝著某個(gè)極端發(fā)展，則十分可能造成巖體塌方。圍巖中的應(yīng)力與巖體中的初始應(yīng)力狀態(tài)、圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)及巖體結(jié)構(gòu)類型、洞室的斷面形態(tài)及大小、地下水等因素有關(guān)，特別是巖體中結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度。由于巖體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不確定性因素較多，圍巖中的重分布應(yīng)力很難采用理論公式準(zhǔn)確計(jì)算。目前工程中的圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)仍以圍巖分類為基礎(chǔ)的定性評(píng)價(jià)為主，圍巖的支護(hù)設(shè)計(jì)也是以圍巖分類為依據(jù)，圍巖壓力是根據(jù)圍巖類別和巖體結(jié)構(gòu)類型的特點(diǎn)采用相應(yīng)的模型計(jì)算。例如對(duì)于不具有粘聚力的散體結(jié)構(gòu)和碎裂結(jié)構(gòu)的巖體，砂質(zhì)土體可采用普氏塌落拱理論計(jì)算；對(duì)粘性土可采用太沙基理論；對(duì)相對(duì)完整的巖體可采用彈塑性理論計(jì)算；對(duì)于堅(jiān)硬大塊狀結(jié)構(gòu)的巖體可采用塊體極限平衡理論計(jì)算。

四、滲透穩(wěn)定問題

地下水對(duì)巖土工程的影響不容忽視，它主要從三個(gè)方面來(lái)發(fā)生作用，一是使巖土土質(zhì)含水量發(fā)生變化，影響其應(yīng)力；其次是對(duì)巖土內(nèi)部施加了水壓；還有就是產(chǎn)生滲透，降低巖土穩(wěn)定性。地下水對(duì)于不同土質(zhì)都有很強(qiáng)的滲透作用，從而能夠軟化土質(zhì)。對(duì)于可溶性巖土，如巖鹽、石膏巖、芒硝和鹽漬土，以溶蝕作用為主，地下水將可溶性物質(zhì)溶解遷移，使部分巖土顆粒間喪失膠結(jié)，強(qiáng)度降低；泥質(zhì)砂巖、泥巖等以泥質(zhì)膠結(jié)為主的巖石，遇水軟化性極強(qiáng)，主要是由于膠結(jié)物不抗水，膠結(jié)減弱，巖體強(qiáng)度降低；而鈣質(zhì)和硅質(zhì)膠結(jié)的砂巖、以及大部分塊狀結(jié)構(gòu)的巖漿巖和變質(zhì)巖遇水軟化性低，該類巖石無(wú)論是膠結(jié)物還是其礦物顆粒對(duì)水都不敏感，水對(duì)巖石的強(qiáng)度影響不大；而具有類似物質(zhì)組成的片狀結(jié)構(gòu)的巖石，如頁(yè)巖、絹云母片巖、板巖等，由于層理和片理中滲入地下水而起到潤(rùn)滑作用，呈現(xiàn)出明顯的各向異性，強(qiáng)度也大為減弱。地下水對(duì)分選好的粗粒土，如沖積的漂石、卵石和礫石的性質(zhì)影響不大，在這類土中地下水以自由水的形式存在，不影響土粒間的連接。砂質(zhì)土中砂粒親水性弱，但是在水的潤(rùn)滑作用下，沙礫之間的摩擦力會(huì)變小，從而會(huì)降低巖土內(nèi)部的穩(wěn)定性，降低其應(yīng)力強(qiáng)度；地下水對(duì)粘性土的影響顯著，因含水量不同，粒間連結(jié)力的性質(zhì)和大小均有差異。

五、結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，特別是國(guó)家為拉動(dòng)內(nèi)需所實(shí)施的大型工程建設(shè)，如水利水電工程、高速公路與高速鐵路工程、城市地鐵與軌道交通、大型結(jié)構(gòu)與地下空間開發(fā)、環(huán)境巖土工程、巖土地震與地質(zhì)災(zāi)害防治等，存在許多復(fù)雜的巖土力學(xué)與巖土工程問題急需解決。巖土力學(xué)與巖土工程學(xué)科在工程勘察、工程設(shè)計(jì)、工程施工及運(yùn)行全過程中都具有舉足輕重的基礎(chǔ)地位，已經(jīng)成為改善巖土工程性質(zhì)、提高資源開發(fā)效率、節(jié)省工程建設(shè)投資、增強(qiáng)防害減災(zāi)能力的重要環(huán)節(jié)，其在工程建設(shè)中的重要性越來(lái)越受到眾多工程領(lǐng)域的重視。

作者：陳克清 單位：長(zhǎng)春市公路規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司