蔣 曉 磊
(山西省晉中路橋建設(shè)集團有限公司,山西 晉中 030600)
平陽高速公路全長123.321 km,采用雙向六車道設(shè)計,在河北段與京昆高速相連,終點與太原環(huán)城高速相連。平陽高速公路設(shè)計車速100 km/h,整體式路基設(shè)計寬度為33.5 m,分離段單側(cè)路基寬度為16.75 m,為公路Ⅰ級。本項目施工區(qū)域地表多為黃土,且堆積層較厚,地勢相對平緩。平陽高速K95+065~K105+210段分布有大量濕陷性黃土,地基承載力明顯不足。濕陷性黃土遇水后原始的結(jié)構(gòu)會被破壞,力學性能明顯降低,未破壞時具有壓縮性低,強度高等特點,直接影響地基承載力。選取K99+100~K99+200段作為試驗段,該路段濕陷性黃土厚度為18 m~25 m,主要為全新世新近堆積黃土,具有孔隙、節(jié)理發(fā)育,且含有大量植物根系,濕陷性等級為Ⅱ級~Ⅲ級。為提高地基的承載力,采用灰土擠密樁對地基進行加固。
灰土擠密樁是將一定比例的石灰和土填入夯孔內(nèi)夯填密實,通過離子交換作業(yè)、碳酸化作用、結(jié)晶作用等物理化學作用形成具有一定強度的樁體,擠密土體,排除土體內(nèi)多余的水分和空氣,提高地基的承載力。結(jié)合本項目工程地質(zhì)與水文地質(zhì)情況,確定設(shè)計參數(shù)如下:
1)樁徑d:根據(jù)施工現(xiàn)場土質(zhì)情況,結(jié)合成孔施工機械和施工工藝,灰土擠密樁樁孔直徑取值范圍一般為300 mm~600 mm,本試驗段樁徑d=500 mm。
2)樁間距s:未消除黃土地基的濕陷性,提高地基承載力,應(yīng)合理確定樁間距,通過分析計算確定等邊三角形布置時灰土擠密樁樁間距s=80 cm。
3)樁長:結(jié)合施工現(xiàn)場工程地質(zhì)情況,確定樁長為20 m。
4)擠密系數(shù):為保證樁間土的密實度,確定擠密系數(shù)不小于0.9。
本項目試驗段濕陷性黃土深度為20 m,從施工現(xiàn)場取樣,通過室內(nèi)試驗確定土體的物理力學性質(zhì),為后續(xù)施工提供參考。試驗后確定濕陷性黃土含水率13.5%,干重度14.62 kN/m3,孔隙比0.983,壓縮模量4.69 MPa,濕陷性系數(shù)為0.024。檢測結(jié)果表明該路段濕陷性黃土為高含水率、大孔隙、低壓縮模量結(jié)構(gòu),承載力不足,必須進行加固處理。
結(jié)合以往的施工經(jīng)驗,分別對3∶7,2∶8,1∶9三個灰土比開展室內(nèi)試驗,選取不同的含水率拌制灰土,每份含水率遞增3%。采用重型擊實試驗,確定灰土最大干密度,進而得到最佳含水率,試驗結(jié)果見表1。
表1 擊實試驗檢測結(jié)果
通過對表1數(shù)據(jù)分析可知,灰土比為3∶7的灰土最佳含水率和最大干密度分別為20.8%,1.609 g/cm3;2∶8灰土為21.3%和1.617 g/cm3;1∶9灰土為17.8%和1.633 g/cm3。
根據(jù)上述試驗確定的最佳含水率制作灰土混合料,檢測7 d無側(cè)限抗壓強度試驗,根據(jù)試驗結(jié)果確定最終的灰土比(見表2)。
表2 7 d無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果
分析試驗結(jié)果,得出三種灰土比7 d無側(cè)限抗壓強度平均值分別為563 kPa,483 kPa,530.75 kPa,均大于設(shè)計要求的300 kPa。相比之下,灰土比為2∶8的標準差較小,說明灰土混合料強度比較穩(wěn)定。因此,綜合分析本項目選取2∶8灰土,最佳含水率為21.3%,進行濕陷性黃土地基加固。
濕陷性黃土地基采用灰土擠密樁加固完成后,對樁體施工質(zhì)量進行檢測。本項目分別選取1 m,6 m,12 m,18 m四個深度,對樁徑、壓實度和強度等指標進行檢測,檢測結(jié)果見表3。
表3 樁身施工質(zhì)量檢測結(jié)果
分析檢測數(shù)據(jù)可知,灰土擠密樁樁徑檢測最小值為498 mm,最大值為510 mm,滿足設(shè)計要求的(500±20)mm。
樁身壓實度檢測最小值為95.4%,均大于規(guī)范要求的不低于95%。樁身強度檢測最小值為614 kPa,均大于600 kPa,滿足設(shè)計要求??傊瑯渡砀鳈z測指標符合設(shè)計要求,施工質(zhì)量合格。
對樁間土進行取樣,檢測加固效果,確定其物理力學指標,結(jié)果如表4所示。
表4 樁間土檢測結(jié)果
分析檢測結(jié)果可知,加固后樁間土的壓縮模量有所提高,降低了孔隙比,地基土各方面性能得到了明顯提高,達到了預(yù)期的加固效果。
結(jié)合平陽高速濕陷性黃土地基處治實踐,通過室內(nèi)試驗確定灰土比為2∶8,并在加固處治后進行質(zhì)量檢測,得出以下結(jié)論:
1)分析樁身質(zhì)量檢測數(shù)據(jù),得出灰土擠密樁樁徑、壓實度和強度均滿足設(shè)計要求,施工質(zhì)量合格;
2)樁間土檢測結(jié)果表明,加固后樁間土的壓縮模量提高、孔隙比降低,地基土的物理力學性能得到了明顯提高,達到了預(yù)期的加固效果。