采用不同軟土加固方式研究箱涵過(guò)渡段路基沉降規(guī)律

■袁 騰 李艷月

（新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000）

軟土在河流密布的地區(qū)廣泛分布， 因其強(qiáng)度低、含水量高、壓縮性高等特點(diǎn)不適宜直接在軟土上填筑路基，因此有必要對(duì)軟土進(jìn)行特殊處理使軟土地基承載力達(dá)到修筑道路的要求。 當(dāng)對(duì)軟土地基加固后，填土壓在軟土地基上會(huì)導(dǎo)致軟土地基發(fā)生沉降，特別是在箱涵過(guò)渡段的區(qū)域，對(duì)箱涵的地基進(jìn)行較好地處理， 地基較為穩(wěn)定箱涵沉降量較少，同時(shí)箱涵為鋼筋混凝土材料制作，材料剛性大不易發(fā)生變形[1-6]。 因此在實(shí)際工程中，往往箱涵的沉降變形與過(guò)渡段的沉降變形不一致形成不均勻沉降，導(dǎo)致過(guò)渡段的路基發(fā)生開(kāi)裂、變形，影響道路的施工質(zhì)量。

1 工程概況

以新建的某高速公路為例，該高速公路位于軟土廣泛分布的地區(qū)，周邊具有農(nóng)田、村道等。 由于高速公路需要跨越村道， 所以在跨村道處修建箱涵，箱涵孔徑約6 m、高度約4 m，箱涵內(nèi)可以通行人車和過(guò)水。 箱涵兩側(cè)為填土路段，填土高度為4 m，箱涵臺(tái)背回填采用試驗(yàn)合格的中粗砂進(jìn)行回填。 為研究箱涵過(guò)渡段路基沉降規(guī)律，本試驗(yàn)在箱涵的兩側(cè)過(guò)渡段采用不同的軟土地基加固方式，分別選取水泥攪拌樁軟土加固方式和管樁軟土加固方式，通過(guò)對(duì)比箱涵兩側(cè)不同軟土加固方式的沉降數(shù)據(jù)，判斷加固方式對(duì)箱涵過(guò)渡段的沉降的變化規(guī)律，并且分析過(guò)渡段與箱涵的不均勻沉降規(guī)律。

2 水泥攪拌樁與管樁地基加固方式

2.1 水泥攪拌樁加固方式

水泥土攪拌樁是軟基處理的常用形式，水泥攪拌樁將水泥作為固化材料，通過(guò)使用攪拌樁機(jī)將水泥噴入土體并使水泥與軟土充分?jǐn)嚢瑁屗喟l(fā)生水化反應(yīng)變硬， 達(dá)到軟土硬結(jié)而提高地基強(qiáng)度，形成具有整體性、 水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥土樁，水泥攪拌樁復(fù)合地基橫斷面布置見(jiàn)圖1。

圖1 水泥攪拌樁復(fù)合地基橫斷面布置

2.2 管樁加固方式

管樁亦是軟土地基的常用加固方式，通過(guò)使用專門的管樁打樁機(jī)振動(dòng)或者靜壓的形式插打進(jìn)入土體內(nèi)部， 在管樁的端部和樁身與土體產(chǎn)生摩阻力，管樁插打至規(guī)定位置后，在樁頂處澆筑樁帽，先鋪碎石墊層及鋼塑格柵，形成復(fù)合地基，從而達(dá)到對(duì)軟土地基加固減少路基沉降的效果[7-13]，管樁復(fù)合地基橫斷面布置見(jiàn)圖2。

圖2 管樁復(fù)合地基橫斷面布置

經(jīng)勘察和設(shè)計(jì)要求，箱涵的地基采用換填法進(jìn)行加固， 換填強(qiáng)度良好的土對(duì)地基進(jìn)行處理并壓實(shí)，然后進(jìn)行墊層施工及箱涵鋼筋混凝土施工形成箱涵的主體結(jié)構(gòu)。

3 箱涵過(guò)渡段設(shè)置

箱涵的縱斷面兩側(cè)分別采用了水泥攪拌樁和管樁的地基加固方式，箱涵的兩側(cè)過(guò)渡段范圍填土高度基本相同。 在箱涵中心線向大小樁號(hào)兩側(cè)每隔10 m，作為觀測(cè)斷面，單側(cè)布置5 個(gè)斷面則總共布置10 個(gè)斷面。 因此設(shè)定箱涵過(guò)渡段單側(cè)長(zhǎng)度為50 m，總共長(zhǎng)度為100 m。 在箱涵過(guò)渡段100 m 范圍內(nèi)，測(cè)定兩種軟土地基加固方式的路基沉降。 過(guò)渡段斷面布置形式見(jiàn)圖3， 并對(duì)兩種軟土地基加固方式的斷面進(jìn)行編號(hào)。

圖3 箱涵及其過(guò)渡段縱斷面布置

4 箱涵過(guò)渡段沉降觀測(cè)方法

4.1 沉降觀測(cè)元器件選取

沉降觀測(cè)元器件選取為沉降板及接長(zhǎng)裝置，組成沉降觀測(cè)管，通過(guò)設(shè)計(jì)一種適合軟土路基使用的沉降板及接長(zhǎng)裝置，可以通過(guò)一次埋設(shè)，然后隨著填土的增加不斷增加接長(zhǎng)裝置，實(shí)現(xiàn)在路基填土期的沉降測(cè)量。 軟土路基沉降板及接長(zhǎng)裝置，由1 cm厚40 cm×40 cm 鋼底板、 直徑30 mm 的長(zhǎng)度30 cm空心鋼管、2 mm 厚8 cm×8 cm 鋼頂板及3 塊三角固定鋼板組成沉降板，見(jiàn)圖4 和圖5。

圖4 沉降板外形

圖5 沉降板及接長(zhǎng)裝置外形

4.2 測(cè)量斷面設(shè)置方式

觀測(cè)斷面選取應(yīng)該具有代表性，通過(guò)代表斷面的監(jiān)測(cè)以反應(yīng)箱涵過(guò)渡段路基變形情況。 為反應(yīng)每個(gè)斷面的沉降情況，沿路基橫斷面進(jìn)行沉降點(diǎn)設(shè)置，每個(gè)斷面設(shè)置3 個(gè)沉降點(diǎn)，分別是在道路中心線、左幅土路肩處及右幅土路肩處，布置情況見(jiàn)圖6。

圖6 沉降裝置沿路基橫斷面布置

測(cè)量方式采用沉降板加接長(zhǎng)套管的形式進(jìn)行，在水泥攪拌樁和管樁樁帽施工完成后，并進(jìn)行50 cm填土后，對(duì)路基填土反挖，埋設(shè)沉降板，進(jìn)行初始度數(shù)記錄，隨著填土的增加不斷使用接長(zhǎng)套管接長(zhǎng)沉降板， 并測(cè)量沉降板高程度數(shù)， 測(cè)量頻率為每3～5天1 次，記錄沉降板高程并計(jì)算沉降量。

5 箱涵過(guò)渡段沉降規(guī)律分析

箱涵過(guò)渡段沉降觀測(cè)時(shí)間是從地基處理完成后填筑第一層填土后開(kāi)始進(jìn)行沉降觀測(cè)，隨著填土的增加沉降觀測(cè)也持續(xù)進(jìn)行，記錄隨著填土的增加路基的沉降速率和累計(jì)沉降值，當(dāng)路基填土完成后在路基土上進(jìn)行預(yù)壓處理，期間繼續(xù)進(jìn)行沉降數(shù)據(jù)的觀測(cè)，當(dāng)預(yù)壓完成后即可停止沉降觀測(cè)。 在工程施工中，先進(jìn)行箱涵的施工再進(jìn)行水泥攪拌樁和管樁的施工，然后進(jìn)行路基土填筑，因此在進(jìn)行路基沉降觀測(cè)的同時(shí)，亦對(duì)箱涵的沉降進(jìn)行觀測(cè)，選取觀測(cè)點(diǎn)的位置是箱涵的上部的4 個(gè)邊角處、道路中心線與箱涵軸線交點(diǎn)處（分別命名為1 號(hào)斷面～5 號(hào)斷面），觀測(cè)周期與路基觀測(cè)周期相同。 記錄路基第1 層填土開(kāi)始至預(yù)壓結(jié)束期間沉降數(shù)據(jù)及該過(guò)程的累計(jì)沉降值，不同軟土地基處理方式的路基沉降數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 不同軟土地基處理方式的路基沉降數(shù)據(jù)

根據(jù)不同軟土地基處理方式的路基沉降數(shù)據(jù)繪制在箱涵過(guò)渡段的沉降變化曲線，觀測(cè)時(shí)間為第1 層填土開(kāi)始至預(yù)壓結(jié)束（圖7）；同時(shí)為更好反應(yīng)第1 層填土開(kāi)始至預(yù)壓結(jié)束期間的累計(jì)沉降情況，繪制第1 層填土至填土完成階段的沉降量變化曲線（圖8）。 從表1 和圖7 可知：（1）箱涵的結(jié)構(gòu)沉降變形比過(guò)渡段前后20 m 范圍內(nèi)的沉降小， 二者差值約為13 mm，在箱涵過(guò)渡段的前段沉降數(shù)據(jù)差異明顯， 導(dǎo)致在箱涵背部的土體產(chǎn)生不均勻沉降，在箱涵背部土體容易導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生，因此在箱涵臺(tái)背的10～20 m 范圍內(nèi)采用集配碎石， 這種壓縮量小、剛度大、抵抗變形能力強(qiáng)的材料能降水箱涵臺(tái)背的不均勻沉降；（2）采用水泥攪拌樁和管樁處理的軟土地基沉降量，即在箱涵過(guò)渡段30～50 m 區(qū)間范圍內(nèi)，基本能夠與箱涵沉降量相同，而且不同軟土地基處理方式的沉降量也保持一致，過(guò)渡段與箱涵沉降量達(dá)到同步， 減輕了不均勻沉降導(dǎo)致的開(kāi)裂，因此水泥攪拌樁和管樁處理的軟土地基能夠起到加固軟土地基的作用；（3）由于箱涵過(guò)渡段沉降基本呈現(xiàn)越靠近箱涵沉降越明顯的特點(diǎn)， 因此在填土過(guò)程中需要預(yù)留填土的預(yù)沉量值以保證路基的沉降與箱涵的沉降保持相同，避免不均勻沉降導(dǎo)致的開(kāi)裂。

圖7 箱涵過(guò)渡段沉降量變化曲線

圖8 第1 層填土至填土完成階段沉降量曲線變化

6 結(jié)論

（1）分別選取水泥攪拌樁軟土加固方式和管樁軟土加固方式，確定了箱涵過(guò)渡段的長(zhǎng)度，采用埋設(shè)沉降板和接長(zhǎng)套管的方式進(jìn)行沉降變形數(shù)值的獲取，以路基填土開(kāi)始至路基填筑完成并進(jìn)行預(yù)壓的時(shí)間段作為沉降觀測(cè)時(shí)間段。

（2）箱涵的結(jié)構(gòu)沉降變形比過(guò)渡段前后20 m 范圍內(nèi)的沉降小，在箱涵過(guò)渡段的前段沉降數(shù)據(jù)差異明顯，導(dǎo)致在箱涵背部的土體產(chǎn)生不均勻沉降。

（3）在過(guò)渡段30～50 m 區(qū)間范圍，采用水泥攪拌樁和管樁處理的軟土地基沉降量基本能夠與箱涵沉降量相同， 過(guò)渡段與箱涵沉降量達(dá)到同步，兩種地基加固方式都能夠起到加固軟土地基的作用。