基于連霍高速加寬工程的水泥攪拌樁復(fù)合地基處理工后沉降方法

王建勛

摘 要：本文基于連霍高速公路加寬工程，對(duì)水泥攪拌樁復(fù)合地基處理工后沉降方法進(jìn)行研究。首先采用水泥攪拌樁處理地基，加強(qiáng)地基承載力，并加鋪土工格柵來進(jìn)一步防止橋頭路堤過量沉降，極大地緩解了橋頭跳車問題，提高行車的舒適性與安全性。其次，通過水泥攪拌樁和一定的路基處理措施來改善新舊路基不均勻沉降的問題。通過對(duì)其方案選擇、施工環(huán)節(jié)的總結(jié)分析，對(duì)今后類似工程提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：水泥攪拌樁；工后沉降；新舊路銜接

中圖分類號(hào)：TU47 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）05-0111-02

水泥攪拌樁復(fù)合地基是一種增強(qiáng)土體承載能力，降低地基沉降位移的一種技術(shù)方法。水泥作為一種常見且價(jià)格較為低廉的工程材料，被用作天然土體的固化劑，在特制的深層攪拌機(jī)械的作用下鉆入地基深處，產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，從而起到固化土體，提高強(qiáng)度的作用。因此，在公路建設(shè)中，此法也可用于處理路基工后沉降問題。

本文基于連霍高速加寬項(xiàng)目，在原有四車道基礎(chǔ)上兩側(cè)各加寬兩個(gè)車道變?yōu)榘塑嚨?。沿線橋梁、立交較多，存在路基不均勻沉降的問題。擬建路段位于黃河以南的黃河沖、洪積平原，地形平坦，地表土層屬第四系全新統(tǒng)地層，上層多為黃色、灰黃色低液限粉土和低液限粉質(zhì)粘土，局部含灰黑色淤泥質(zhì)軟弱土夾層，層厚在8～18m，為軟弱土。下層多為黃色或灰黃色中細(xì)砂層，工程性質(zhì)較好。

因此，本文在上述工程實(shí)例的基礎(chǔ)上，研究水泥攪拌樁復(fù)合地基處理路基工后沉降的方法。

1 橋頭跳車病害處治

1.1 原理分析

橋頭跳車是目前橋頭路堤路段存在的主要病害之一，主要表現(xiàn)為當(dāng)汽車行駛至路橋銜接部位時(shí)，由于路面沉陷不平，車輛突然地受到上下顛簸，不僅極大地影響了車輛的行駛的速度與舒適性，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致翻車，同時(shí)，車輛跳動(dòng)造成的沖擊會(huì)造成附加沖擊荷載，加速橋梁部分結(jié)構(gòu)的損壞，同時(shí)也加劇了輪胎的磨耗，降低了車輛的使用壽命，也增加了路面養(yǎng)護(hù)維修的成本。橋頭跳車的產(chǎn)生主要是由于橋頭路堤和橋臺(tái)的不均勻沉降使得二者在連接處出現(xiàn)臺(tái)階。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要可以歸結(jié)為以下兩個(gè)方面：客觀因素與人為因素。其中，最主要的客觀因素是路基與橋臺(tái)之間的剛度差。主要包括橋頭路堤段土質(zhì)狀況導(dǎo)致土基較大的沉降量，以及在反復(fù)的車輛荷載作用下對(duì)路基的再壓實(shí)與工后沉降；另外，由于在路基設(shè)計(jì)或施工的過程中，由于人為因素會(huì)存在的誤差也會(huì)導(dǎo)致過大的橋頭路基沉降。

針對(duì)橋頭路基不均勻沉降，最主要的是提高路基土的承載力，其常用的處理方法有換填法、注漿法、土工織物法等。

1.2 方案簡述

在本項(xiàng)目中，綜合考慮實(shí)際情況發(fā)現(xiàn)：上層土性質(zhì)軟弱，含水率高，且層厚達(dá)8～18m，不適宜進(jìn)行換填和注漿進(jìn)行土體增強(qiáng)；而下土層工程性質(zhì)好，采用水泥攪拌樁既可以直接承擔(dān)路基傳遞的荷載，又可以對(duì)土體產(chǎn)生擠密效應(yīng)增加其承載力，同時(shí)也是最經(jīng)濟(jì)的選擇。另外，若僅使用水泥攪拌樁提供支撐，樁之間的土體承載力依舊較差，而道路結(jié)構(gòu)整體并不是純剛性的結(jié)構(gòu)，在汽車荷載的反復(fù)作用下可能會(huì)在樁之間的土體產(chǎn)生應(yīng)力集中，進(jìn)一步導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻沉降。因此，為了減少應(yīng)力集中和增加橋頭路基土的承載力，在填筑至下路床底面時(shí)，采用水泥攪拌樁處理后，再加鋪一層鋼塑土工格柵，然后鋪筑40cm碎石墊層。圖1對(duì)是否加鋪土工格柵的受力情況進(jìn)行簡單的對(duì)比。

從圖中可明顯看出，在樁處理后加鋪土工織物格柵，可以增加各樁之間的聯(lián)系，起到傳遞力，減少應(yīng)力集中的作用。在土工格柵和水泥攪拌樁的共同作用下，道路結(jié)構(gòu)被連接成為一個(gè)較為緊密的整體，極大的提升了土基承載力，同時(shí)也能夠在一定程度上防止路基的不均勻沉降。

1.3 復(fù)合地基設(shè)計(jì)與施工

1.3.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

水泥攪拌樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)參數(shù)主要包括以下幾點(diǎn)：水泥攪拌樁幾何參數(shù)、相關(guān)材料要求以及復(fù)合地基承載力要求。

水泥攪拌樁的幾何參數(shù)有：樁長L， 樁徑d、樁間距s，褥墊層厚度△H和樁身強(qiáng)度等級(jí)。本樁樁徑d為0.4m，按正方形布置，樁間距s為1.6m，褥墊層厚度△H為40cm級(jí)配良好碎石，樁身強(qiáng)度fcu≥20MPa，樁長則根據(jù)所需高度有所不同。單樁豎向承載力應(yīng)滿足Rk≥400KN，加固后復(fù)合地基承載力應(yīng)達(dá)到fspk≥250KPa。

制成水泥攪拌樁所需的材料則需滿足以下要求：

水泥：采用強(qiáng)度等級(jí)32.5級(jí)及以上的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，其性能必須符合《通用硅酸鹽水泥》GB175-2007的規(guī)定。水泥儲(chǔ)存時(shí)間超過3個(gè)月時(shí)應(yīng)重新取樣試驗(yàn)，并按其檢驗(yàn)結(jié)果使用。

水：宜采用飲用水。

碎石：碎石粒徑多采用30-50mm。

砂：采用的砂應(yīng)潔凈，含泥量不大于5%。

墊層：樁頂墊層采用級(jí)配良好的碎石，其最大粒徑不超過30mm，不含植物殘?bào)w、垃圾等雜質(zhì)。

1.3.2 施工要點(diǎn)

水泥攪拌樁施工采用長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁。正式施工前應(yīng)先打工藝性試驗(yàn)樁。每個(gè)作業(yè)點(diǎn)施工前必須先打不少于5根的工藝試驗(yàn)樁，以檢驗(yàn)機(jī)具性能及施工工藝中的各項(xiàng)參數(shù)。鉆孔過程中應(yīng)做好記錄，進(jìn)入地基持力層時(shí)記錄鉆壓電流值。根據(jù)鉆機(jī)鉆桿上所標(biāo)尺寸控制鉆孔深度，鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高后停鉆，并與動(dòng)力頭底面停留位置相對(duì)應(yīng)的鉆機(jī)塔身處做醒目標(biāo)記，作為施工時(shí)控制樁長的依據(jù)。

當(dāng)樁體施工結(jié)束后，設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以上樁身及浮土宜采用人工鑿除及開挖，以保護(hù)樁頭質(zhì)量，最后增設(shè)40cm厚級(jí)配碎石墊層，墊層下加鋪一層土工格柵，墊層鋪設(shè)宜采用靜力壓實(shí)法，當(dāng)基礎(chǔ)底面下樁間土的含水量較小時(shí)，也可采用動(dòng)力夯實(shí)法，夯填度（夯實(shí)后的褥墊層厚度與虛鋪厚度的比值）不大于0.9。

2 新舊路銜接效果優(yōu)化

2.1 方案簡述

本項(xiàng)目是在原有四車道基礎(chǔ)上兩側(cè)各加寬兩個(gè)車道，因此必須解決在新舊路銜接處存在的不均勻沉降。為增強(qiáng)新老路基的整體穩(wěn)定性，消減新老路基拼接拓寬的差異變形，對(duì)于本路段橋梁、分離式立交兩側(cè)路基；涵洞、通道基底及兩側(cè)路基；填高大于3.5m路基布設(shè)水泥攪拌樁。另外，對(duì)未進(jìn)行水泥攪拌樁處理段的新加寬路基基底清表后采用沖擊碾壓，沖壓后基底采用40cm碎石墊層處治。

2.2 施工要點(diǎn)

路基填筑前，首先對(duì)老路基邊坡按50cm行削坡，對(duì)原地表進(jìn)行清表20～30cm，邊坡削坡沿老路土路肩外邊緣開挖，邊坡削坡后開挖臺(tái)階。若老路路基填高小于1.6m，開挖一級(jí)臺(tái)階即可。

（1）老路面的開挖。為了改善新老路銜接后的受力狀況，老路面層的開挖線應(yīng)避免形成單一垂直的銜接通縫，老路面面層的開挖要錯(cuò)臺(tái)成階梯狀；半剛性基層路面硬路肩銑刨6cm后再加鋪面層。

（2）新老路面的銜接。新加寬部分的路面結(jié)構(gòu)層在新老路面銜接接縫處不易壓實(shí)，易成為滲水的通道及形成路面的反射裂縫，為了保證新路面結(jié)構(gòu)層的整體效果，本施工圖設(shè)計(jì)新建路面底基層下設(shè)置40cm厚的4.0%水泥穩(wěn)定土路床處理，新建基層與老路結(jié)合的垂直縫涂刷3mm熱瀝青。新老路面結(jié)合處在縫頂加鋪1m寬聚酯玻纖布。

3 結(jié)語

本文以水泥攪拌樁復(fù)合地基為分析主題，主要解決了對(duì)在道路加寬工程中，由橋頭路基土軟弱造成的橋頭跳車問題和新舊道路銜接的問題。

對(duì)于橋頭路基軟弱土層較厚，下層土工程性質(zhì)又比較好時(shí)，可以在局部采用水泥攪拌樁復(fù)合地基對(duì)路基土進(jìn)行加固，再輔以土工織物格柵將路基底部的應(yīng)力均勻擴(kuò)散到更大區(qū)域來減少軟弱土層的受力。從而有效的解決由橋頭路基承載力不足造成的不均勻沉降和橋頭跳車問題。

為了保證新舊道路銜接良好，分別在構(gòu)造物和路基填高較高處設(shè)置水泥攪拌樁，并對(duì)其余路段進(jìn)行沖擊碾壓，并用碎石墊層處治。在施工過程中，也采取一系列工程措施來確保路基整體性與穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]歐俊峰.水泥攪拌樁復(fù)合地基承載機(jī)理及其影響因素研究[D].重慶大學(xué)，2013.