高速公路濕陷性黃土地基處理技術(shù)的研究

王 濤 韓悌東（甘肅省交通工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，甘肅 蘭州 730030）

高速公路濕陷性黃土地基處理技術(shù)的研究

王 濤 韓悌東（甘肅省交通工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，甘肅 蘭州 730030）

研究得知，濕陷性黃土地基對(duì)高速公路建設(shè)和運(yùn)行質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生重大影響，需要采取有效措施消除高速公路地基的濕陷性，提高施工和運(yùn)行質(zhì)量，確保行車(chē)安全。本文詳細(xì)分析了高速公路濕陷性黃土地基處理技術(shù)，旨在最大限度降低濕陷性黃土地基對(duì)高速公路建設(shè)和運(yùn)行產(chǎn)生的影響。

高速公路；濕陷性黃土；地基；處理技術(shù)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建設(shè)的高速公路工程項(xiàng)目越來(lái)越多，在項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中經(jīng)常遇到一種地質(zhì)問(wèn)題：濕陷性黃土，它會(huì)對(duì)公路工程質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，原因在于濕陷性黃土很容易被壓縮、承載能力較差，一旦浸水就很容易出現(xiàn)濕陷現(xiàn)象，在地基竣工之后就很容易出現(xiàn)大的沉降。因此，研究濕陷性黃土地基處理技術(shù)對(duì)高速公路建設(shè)具有一定的指導(dǎo)價(jià)值。

1 濕陷性黃土地基特性評(píng)價(jià)分析

濕陷性黃土很容易出現(xiàn)地基變形，常見(jiàn)的地基變形分為兩種：壓縮變形和濕陷變形。壓縮變形是由公路路基以及構(gòu)造物的載荷引起的，在基底壓力小于地基土最大承載力的時(shí)候，地基就不會(huì)出現(xiàn)很大變形，并且能夠滿足公路及其構(gòu)造物對(duì)沉降變形的要求，這種變形隨著時(shí)間的推移逐漸變小，很快進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)；濕陷變形是一種附加變形，是地基被浸水以后引發(fā)的，突出特點(diǎn)是局部性、突發(fā)性、濕陷變形不均勻，嚴(yán)重危害公路路基及其構(gòu)造物[1]。

2 濕陷性黃土地基處治的原則

2.1 地基處治的技術(shù)路線

目前，處理濕陷性黃土地基主要采取三種措施，地基處理、防水和結(jié)構(gòu)措施。具體實(shí)踐過(guò)程中往往是防水為主、地基處理為輔，至于結(jié)構(gòu)措施，要全面分析公路路基的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和特性，才能夠做到有效應(yīng)用。

黃土地基發(fā)生濕陷刨除本身土性原因，引發(fā)濕陷的原因主要是水，由此可見(jiàn)預(yù)防黃土地基發(fā)生濕陷的主要措施是防水。因此，黃土地基建設(shè)高速公路過(guò)程中一定要設(shè)置完善的防、排水系統(tǒng)，最大限度降低地基的浸水程度，這同時(shí)也是當(dāng)前預(yù)防黃土地基發(fā)生濕陷的首選措施，也最為經(jīng)濟(jì)可靠[2]。

黃土地基預(yù)防濕陷防水措施必不可少，輔助措施也不容忽視，因此，還要采取地基措施。一般而言，普通的黃土地基只要在施工過(guò)程中設(shè)置了完善的防、排水系統(tǒng)，就可以有效降低下部層發(fā)生濕陷的幾率，并且簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)。對(duì)于橋涵以及防護(hù)類(lèi)型構(gòu)造物，構(gòu)造物的要求高于地基沉降變形或者強(qiáng)度時(shí)，就有必要處理地基。

如果橋涵以及防護(hù)構(gòu)造物處于厚層濕陷性黃土地基上，進(jìn)行普通的地基加固處理就很難預(yù)防濕陷現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)該采取結(jié)構(gòu)措施。

2.2 地基處理的厚度

2.2.1 一般路基的地基

高速公路建設(shè)過(guò)程中按照國(guó)家規(guī)定和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，都設(shè)置了較為完善的地表和地下排水系統(tǒng)，地基一般不會(huì)受到浸水的影響，并且路基也有較好的適應(yīng)變形能力[3]。此種情況進(jìn)行地基處理目的在于不斷提高地基承載力和消除部分濕陷量，通常做法是在確?；壮休d力和路堤竣工后剩余壓縮變形滿足要求的前提下，通過(guò)處理表層或者淺層土體來(lái)加固表層土體。路基地基處理厚度設(shè)計(jì)要求如表1所示。

表1 路基地基處理處理厚度設(shè)計(jì)要求

2.2.2 橋涵構(gòu)造物地基

橋涵構(gòu)造物黃土地基也很容易出現(xiàn)濕陷，原因在于其處于溝谷底部。橋涵構(gòu)造物本身對(duì)地基承載力要求很高，需要科學(xué)控制地基的濕陷和壓縮變形，進(jìn)而有效提高橋涵構(gòu)造物地基適應(yīng)壓縮和濕陷變形的能力。構(gòu)造物地基設(shè)計(jì)要求如下：

非自重性濕陷黃土地基，附加壓力和上覆土飽和自重力之和要大于基礎(chǔ)下濕陷起始?jí)毫Γ⑶覍⑺型翆犹幚碇粱A(chǔ)下的壓縮層下限為止[4]。

自重濕陷黃土地基，重點(diǎn)處理基礎(chǔ)以下的全部濕陷性土層。地基處理之后地基承載力要提高，滿足構(gòu)造物要求，要求下臥層頂面的附加應(yīng)力與土自重壓力之和要大于下臥層頂面的承載力。

3 高速公路濕陷性黃土路基的處理方法

土體加密法、土體加固法以及荷載傳遞法是當(dāng)前處理高速公路濕陷性黃土的幾種技術(shù)方法，常使用的方法有強(qiáng)夯法、沖擊碾壓法、擠密樁法，本文對(duì)這些方法的加固機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)分析。

3.1 強(qiáng)夯法加固機(jī)理

強(qiáng)夯法主要利用強(qiáng)大的夯擊處理地基，起到加固地基的作用。強(qiáng)夯法實(shí)施過(guò)程中強(qiáng)大的夯擊會(huì)給地基帶來(lái)很大沖擊力，此時(shí)地基中就會(huì)產(chǎn)生沖擊波，上部土體受到夯錘的沖擊，結(jié)構(gòu)被破壞，形成夯坑，帶給周?chē)馏w動(dòng)力擠壓，實(shí)現(xiàn)地基加固。

動(dòng)力密實(shí)。強(qiáng)夯法在加固多空隙、粗顆粒和非飽和土體地基時(shí)效果明顯，加固機(jī)理是動(dòng)力密實(shí)。濕陷性黃土地基在強(qiáng)夯作用下，土體會(huì)受到土體沖擊型動(dòng)力載荷，使得土體骨架發(fā)生變形，達(dá)到減小土體空隙、密實(shí)土體的作用。對(duì)于非飽和土體，土體夯實(shí)實(shí)質(zhì)是擠壓土體中空氣的過(guò)程。由此可見(jiàn)，動(dòng)力夯實(shí)可以有效加固濕陷性黃土地基，提高土體的密實(shí)度和抗剪強(qiáng)度。

動(dòng)力固結(jié)。強(qiáng)夯法加固地基依據(jù)的是動(dòng)力固結(jié)理論，具體來(lái)講是強(qiáng)夯土體之后，會(huì)在土體中產(chǎn)生很大的應(yīng)力波，原有土體結(jié)構(gòu)被迅速破壞，土體局部土塊分散產(chǎn)生很多縫隙，孔隙水在縫隙中得以順利逸出，空隙水壓消失之后，土體固結(jié)。

動(dòng)力置換。強(qiáng)夯置換指的是強(qiáng)夯過(guò)程中在夯坑中加入了碎石，軟土被擠走，進(jìn)而起到加固土體的作用[5]。

3.2 沖擊碾壓法加固機(jī)理

沖擊碾壓法采用的是沖擊和搓揉有效結(jié)合的方法，實(shí)施過(guò)程中通常采用沖擊壓路機(jī)沖擊碾壓地基。沖擊碾壓法對(duì)路基產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊力會(huì)起到良好的壓實(shí)效果，路基被沖壓之后很少出現(xiàn)沉降和不均勻沉降現(xiàn)象，能提高路基整體強(qiáng)度。路基受到?jīng)_壓之后會(huì)形成1m左右的連續(xù)穩(wěn)定承載層，與此同時(shí)還能夠全面檢測(cè)原地面。

沖擊壓實(shí)機(jī)類(lèi)型很多，有三邊、四邊、五邊和六邊等形狀的，又可分為實(shí)體及可填充式的，無(wú)論何種類(lèi)型的都是由牽引機(jī)和壓實(shí)輪組成。壓實(shí)輪依靠牽引力向前滾動(dòng)，壓實(shí)輪的重心在滾動(dòng)時(shí)上下移動(dòng)，此時(shí)沖擊勢(shì)能和壓實(shí)輪旋轉(zhuǎn)動(dòng)能共同作用于被壓實(shí)土體，進(jìn)而起到消除濕陷性的目的，兩種能量共同作用效果更佳，消除濕陷性深度可達(dá)1.5m。

表2 濕陷性黃土地基沖碾40遍后的處理效果

3.3 擠密樁法加固機(jī)理

擠密樁法利用的是成孔過(guò)程中的橫向擠壓作用，樁孔內(nèi)的土在擠壓作用下四處分散，起到密實(shí)樁間土的作用，然后在樁孔內(nèi)分層填入素土，并且分層夯實(shí)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。擠密樁法分為土擠密樁法和灰土擠密樁法。

土的側(cè)向擠密。擠密樁法實(shí)施過(guò)程中土被側(cè)向擠壓，樁間土受到擠壓作用越來(lái)越密，土的密實(shí)度有效提高，孔隙度有效降低，起到消除地基濕陷性的作用。

墊層作用。樁間土和分層夯填素土樁共同組成土體擠密地基，在機(jī)械擠壓作用下土體結(jié)構(gòu)被重新塑造，但是樁間土和分層夯填素土土體性質(zhì)沒(méi)有區(qū)別，由此可見(jiàn)，土擠密地基效果并不理想，只能看成是厚度較大的墊層。

樁體的加強(qiáng)作用?；彝劣不髸?huì)形成樁體，水穩(wěn)定性較好。占地基處理面積的比例，土樁面積為8%-23%，樁間土為77%-92%，有效提高了樁身強(qiáng)度和變形模量。此種情況下樁上產(chǎn)生了集中應(yīng)力荷載，樁間土受到側(cè)向約束，提高了復(fù)合地基的承載力，持力層內(nèi)壓縮變形和濕陷變形被消除。

4 結(jié) 語(yǔ)

有效利用濕陷性黃土地基處理技術(shù)可以提高高速公路路基的密實(shí)度，確保高速公路安全穩(wěn)定運(yùn)行。高速公路濕陷性黃土地基處理過(guò)程中要始終堅(jiān)持地基處理原則，仔細(xì)分析地基處理地段的黃土類(lèi)型，然后選擇有針對(duì)性的地基處理技術(shù)，有效消除地基的濕陷性，提高整個(gè)地基的強(qiáng)度，延長(zhǎng)高速公路使用壽命，確保行車(chē)安全。

[1]孫德榮．高速公路濕陷性黃土病害分析與對(duì)策研究[J]．北方交通,2016(01):20-25．

[2]靳青林．軟土地基處理技術(shù)在公路施工中的應(yīng)用[J]．中國(guó)城市經(jīng)濟(jì)．2011(11):228-228．

[3]李玉平．淺談強(qiáng)夯法在軟土地基處理中的應(yīng)用[J]．長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)．2010(02):208-209

[4]姚天宇．濕陷性黃土地基處理以及濕陷性評(píng)價(jià)方法[J]．城市道橋與防洪,2016(04):50-52．

[5]黃廣軍．分級(jí)加載條件下提早預(yù)測(cè)地基沉降的沉降差法[J]．巖土工程學(xué)報(bào)．2007(06)811-818．

Study on treatment technology of collapsible loess foundation of expressway

The study shows that collapsible loess foundation will have a significant impact on expressway construction and operation quality,and need to take effective measures to eliminate the collapsible of expressway foundation,improve construction and operation quality,and ensure traffic safety．In this paper,the collapsible loess foundation treatment technology of expressway is analyzed in order to minimize the impact of collapsible loess foundation on expressway construction and operation．

expressway； collapsible loess；foundation；processing technology

U49文獻(xiàn)識(shí)別碼：B

1003-8965（2017）03-0082-02