灰土擠密樁在處治濕陷性黃土地區(qū)公路橋頭跳車現(xiàn)象中的應(yīng)用

高東升

（聞喜至合陽(yáng)高速公路建設(shè)管理處，山西 運(yùn)城 044000）

橋頭跳車指的是橋臺(tái)構(gòu)造物和與之相銜接的路基填土之間產(chǎn)生較大差異沉降，在銜接處附近形成陡坡或錯(cuò)臺(tái)，導(dǎo)致車輛行駛至這一區(qū)域產(chǎn)生顛簸跳躍的現(xiàn)象。山西省地處我國(guó)中西部地區(qū)，是典型的黃土高原地貌。在公路修建過(guò)程中，濕陷性黃土地段的橋頭路基處理是一個(gè)繞不開(kāi)的話題。從目前已建成通車高速公路的運(yùn)營(yíng)情況來(lái)看，因黃土的濕陷性產(chǎn)生的路基不均勻沉陷從而導(dǎo)致的橋頭跳車加劇的現(xiàn)象是一個(gè)工程上普遍存在且又比較棘手的問(wèn)題。

1 濕陷性黃土地區(qū)橋頭跳車成因分析

1.1 濕陷性黃土

黃土是一種天然含水率小、孔隙率高的黃褐色粉質(zhì)黏土。濕陷性黃土是一種特殊卻普遍存在的黃土，廣泛分布于我國(guó)的黃河中游地區(qū)。濕陷性是指黃土遇水后，在黃土自重應(yīng)力或外加應(yīng)力的作用下，土體結(jié)構(gòu)中的粒子與水發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致土體組織中的骨架結(jié)構(gòu)被破壞，強(qiáng)度降低而產(chǎn)生濕陷變形。黃土的濕陷性根據(jù)黃土浸水后是在外荷載作用還是自重作用下產(chǎn)生濕陷變形可分為非自重或自重濕陷性黃土。

黃土的濕陷性可根據(jù)其壓縮性進(jìn)行判定，區(qū)分為濕陷性黃土和非濕陷性黃土。濕陷性等級(jí)依據(jù)濕陷變形量劃定為非自重濕陷Ⅰ、Ⅱ級(jí)和自重濕陷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)。

1.2 橋頭跳車成因分析

橋頭跳車的發(fā)生原因一般認(rèn)為是因?yàn)闃蛄号c路基的剛度差異較大，橋梁段相對(duì)填方路基的沉陷量要小很多，在橋路銜接段產(chǎn)生不均勻沉陷，道路的平順性得不到保障，影響行車的安全性和舒適性。橋頭跳車的誘發(fā)因素主要有：地基沉陷、路基填料的二次固結(jié)、橋臺(tái)搭板破損、橋路銜接段排水不暢導(dǎo)致填土流失引起的路基下陷等。在進(jìn)行橋頭路基過(guò)渡段的實(shí)施時(shí)，一般要求臺(tái)后填筑水穩(wěn)定性強(qiáng)、工后變形小的砂礫、灰土、碎石等材料，并通過(guò)提高橋臺(tái)臺(tái)后路基的壓實(shí)度等措施確保臺(tái)后路基填筑的強(qiáng)度和耐久性，從而避免了因橋臺(tái)臺(tái)后路基填土的失穩(wěn)和不均勻沉降引起橋頭跳車發(fā)生的可能性。因此，在濕陷性黃土地區(qū)，地基土遇水濕陷便成為了引起橋頭跳車的一個(gè)主要因素。

在濕陷性黃土地區(qū)，自重和非自重濕陷性黃土地基沉陷的發(fā)生一般都離不開(kāi)水的作用，由于黃土濕陷導(dǎo)致的不均勻沉降，降低了地基的承載力，使路基產(chǎn)生各種開(kāi)裂、塌陷等破壞。由于橋梁地基沉降量相較于路基微乎其微，在車輛外荷載的反復(fù)作用下，在橋臺(tái)與路基順接段就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)而出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象。

2 灰土擠密樁加固機(jī)理分析

2.1 灰土擠密樁的概念及適用范圍

灰土擠密樁是指通過(guò)在原地基上成孔過(guò)程中的橫向擠壓作用，使樁孔內(nèi)土向四周擠密，并將灰土分層填筑于樁孔中，達(dá)到壓實(shí)度要求，夯填至設(shè)計(jì)標(biāo)高位置。

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]中的相關(guān)規(guī)定，灰土擠密樁適用于處理地下水位以上的Ⅱ級(jí)及以上自重濕陷性黃土地基，可處理地基的厚度一般在3～15 m范圍內(nèi)。

2.2 灰土擠密樁的作用機(jī)理

灰土擠密樁作為一種常見(jiàn)的柔性樁復(fù)合地基，在工程中被普遍采用。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)及大量的研究實(shí)驗(yàn)，可知灰土擠密樁主要通過(guò)成孔過(guò)程中的樁間土橫向擠壓作用與灰土樁本身的樁體作用來(lái)增強(qiáng)地基承載力，加固地基。

灰土擠密樁在成孔過(guò)程中，原地基土體會(huì)產(chǎn)生橫向擠壓，樁孔周邊土體被擠壓密實(shí)，可顯著提高原地基土體的密實(shí)度。對(duì)于濕陷性黃土地基而言，這種樁間土之間的橫向擠壓作用不僅可以降低壓縮性，提高地基土強(qiáng)度，還可以很好地消除濕陷性。

采用摻灰量為6%～10%的石灰土進(jìn)行分層夯實(shí)擠密，形成灰土樁體。石灰土與水發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，形成膠結(jié)團(tuán)聚體，隨著時(shí)間的推移，灰土樁體的固化作用與強(qiáng)度逐漸提高。

3 工程實(shí)例

聞合高速公路采用四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度采用100 km/h，路基寬度為26 m，設(shè)計(jì)汽車荷載等級(jí)為公路－Ⅰ級(jí)。西溝大橋0號(hào)、N號(hào)橋臺(tái)樁號(hào)分別為K4+000.5和K4+245.5，根據(jù)項(xiàng)目地勘報(bào)告中濕陷性黃土段落可知，該段路線處于自重濕陷性黃土路段，濕陷等級(jí)為Ⅲ級(jí)(嚴(yán)重)，濕陷厚度8～13 m。

3.1 灰土擠密樁設(shè)計(jì)方案

根據(jù)《路基設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]中關(guān)于濕陷性黃土地基的處理意見(jiàn)，宜選用灰土擠密樁對(duì)橋頭路基進(jìn)行處理。灰土擠密樁設(shè)計(jì)方案主要因素有：灰土樁樁長(zhǎng)、樁孔間距、樁直徑、樁位布置形式等。根據(jù)地勘揭示橋位處地質(zhì)特點(diǎn)，擬定灰土樁布設(shè)方案：灰土樁采用6%灰土，樁長(zhǎng)為13 m，樁位布置采用等三角形布置，樁中心間距采用1 m，樁直徑為0.4 m，處理范圍應(yīng)在坡腳線外1 m，根據(jù)路基基底下濕陷性土層厚度確定灰土樁樁長(zhǎng)?；彝翗镀矫娌贾脠D如圖1所示。

3.2 灰土擠密樁施工控制

灰土擠密樁施工前需根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及地勘報(bào)告對(duì)具體工點(diǎn)的樁數(shù)、樁長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)算，確定地基處理范圍。在施工過(guò)程中應(yīng)注意以下施工要點(diǎn)：

圖1 灰土樁平面布置圖（單位：cm）

a）開(kāi)挖基坑時(shí)應(yīng)在設(shè)計(jì)標(biāo)高以上預(yù)留20～30 cm土層，然后再確定出具體的樁孔位置，這部分預(yù)留土層應(yīng)在鋪設(shè)灰土墊層前予以挖除。

b）在選定成孔方法后應(yīng)再次確認(rèn)土的含水量是否在合理范圍內(nèi)，否則應(yīng)采取必要措施對(duì)土層進(jìn)行加濕或曬干處理[2]。

c）由于樁長(zhǎng)較深，在成孔后應(yīng)及時(shí)對(duì)樁孔進(jìn)行清底夯實(shí)，夯擊次數(shù)不小于8擊，并及時(shí)將拌好的灰土填料分層夯實(shí)填筑，另所選夯錘最大直徑應(yīng)小于30 cm。

d）成孔和回填夯實(shí)均應(yīng)先外排后里排，同排內(nèi)應(yīng)間隔1～2孔進(jìn)行，以免縮孔或塌孔。

3.3 灰土擠密樁質(zhì)量檢驗(yàn)

灰土樁在施工過(guò)程中，應(yīng)進(jìn)行樁孔位置、成孔垂直度、樁徑和孔深的檢測(cè)，其中，樁孔位置允許偏差為50 mm，成孔垂直度允許偏差為1.5H/100，其中H為擠密樁長(zhǎng)度。樁徑和孔深則根據(jù)不同的成孔方法檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)不同，本文不再贅述。灰土樁施工結(jié)束后，對(duì)于一般路基工程可通過(guò)檢測(cè)灰土樁樁間土的干密度、承載力檢驗(yàn)灰土擠密樁的擠密效果。

在灰土樁施工完畢14～28 d后對(duì)其承載力及樁間土的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，具體檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

表1 灰土擠密樁承載力檢測(cè)結(jié)果

表2 樁間土物理力學(xué)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

橋頭跳車是由于橋臺(tái)與路基填土的不均勻沉降引起的，是橋路銜接段最常見(jiàn)的病害。本文通過(guò)具體工程實(shí)例，論述了在濕陷性黃土地區(qū)防治橋頭跳車的工程措施，即采用灰土擠密樁來(lái)處理濕陷性黃土地基、用6%灰土來(lái)填筑臺(tái)背以及選用合適的橋頭搭板來(lái)防治路面損壞。該方案處理過(guò)的西溝大橋0號(hào)、N號(hào)橋臺(tái)處橋頭路基，在建成初期進(jìn)行的沉降與穩(wěn)定觀測(cè)結(jié)果顯示，累計(jì)沉降值分別是9 mm（圖2）和9 mm（圖3），滿足《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范要求》[1]。經(jīng)過(guò)兩年的運(yùn)營(yíng)期之后，橋路銜接段縱坡平順，路面完好無(wú)損，成功地防止了橋頭跳車的發(fā)生。

圖2 西溝大橋0號(hào)橋臺(tái)臺(tái)背時(shí)間－沉降曲線圖

圖3 西溝大橋N號(hào)橋臺(tái)臺(tái)背時(shí)間－沉降曲線圖