組合樁法處理既有道路濕陷性黃土路基沉降病害應(yīng)用研究

陳 夢(mèng)，張 濤

(1.山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心(有限公司)，山西 太原 030000；2.山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030000)

0 引 言

路基沉降病害是既有運(yùn)營公路最常見、最典型的病害類型之一，由于其產(chǎn)生原因復(fù)雜，一直以來都是道路養(yǎng)護(hù)管理部門的重點(diǎn)養(yǎng)護(hù)工作。特別是早期建設(shè)的高速公路，未能在建設(shè)期對(duì)濕陷性黃土場(chǎng)地的地基及路堤采取有效處治措施，導(dǎo)致道路通車運(yùn)營后路基濕陷沉降，地基土及高填路堤邊坡產(chǎn)生側(cè)向位移，并產(chǎn)生大量附加沉降。

為了保證濕陷性黃土地區(qū)既有道路的正常使用，減少路基進(jìn)一步變形，需對(duì)已發(fā)生的路基沉降及推移等病害進(jìn)行有效處治。目前常用處治方法有擠密樁法、旋噴樁法等，通過形成復(fù)合地基技術(shù)消除濕陷性、控制沉降變形，達(dá)到提高地基及路堤承載力的目的。此類方法工藝成熟，但仍存在以下問題：對(duì)于黃土地基以及路側(cè)隔水的關(guān)注較少，易導(dǎo)致地表水側(cè)向或斜向滲透浸入路基下地基土體，進(jìn)而發(fā)生地基沉降，從而引起上部路基沉降的發(fā)生；大多只考慮了豎向方向的濕陷及壓縮變形，忽略了路基側(cè)向變形及其附加沉降帶來的影響。

采用單一地基處理方法存在局限性，且有較大病害復(fù)發(fā)可能。隨著我國公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)的不斷發(fā)展，采用兩種或兩種以上綜合處理方法，即組合樁法逐漸推廣應(yīng)用。本文結(jié)合寧夏高速公路路基沉陷病害處治工程，對(duì)組合樁技術(shù)在濕陷性黃土地區(qū)既有公路路基沉降病害加固處治中的研究應(yīng)用作詳細(xì)闡述。

1 組合樁法在寧夏高速公路中的應(yīng)用方案

1.1 工程概況

本文所結(jié)合的實(shí)體工程位于寧夏南部的黃土丘陵區(qū)，屬典型的黃土丘陵地貌，沿線黃土濕陷性等級(jí)在自重濕陷Ⅱ級(jí)-自重濕陷Ⅲ級(jí)。受道路沿線周邊季節(jié)性灌溉農(nóng)田的影響，部分路基存在集中連續(xù)、不均勻且較為嚴(yán)重的路基沉陷病害情況，相關(guān)養(yǎng)護(hù)管理部門積極采取了瀝青混合料加鋪調(diào)平的應(yīng)急方案，最大加鋪厚度達(dá)到105 cm，但至今大部分路段仍存在不同程度的沉陷病害，特別是橋頭和涵洞兩側(cè)沉陷最為明顯。由于路基沉陷，導(dǎo)致沿線波形梁護(hù)欄嚴(yán)重變形，中央分隔帶砌體預(yù)制塊下陷、開裂，部分路段存在縱向裂縫，橋頭搭板翹曲變形，邊坡防護(hù)片石砌體變形、塌落，排水溝砌體沉陷、破壞，嚴(yán)重影響道路的使用質(zhì)量和行車安全。

1.2 路基沉降原因

(1)地質(zhì)原因

道路沿線原狀土顆粒組成以粉粒(0.075～0.005 mm)為主，具有明顯多孔性，肉眼可見大孔隙、蟲孔，含有部分鹽分結(jié)晶，為典型的濕陷性黃土。經(jīng)過對(duì)典型土樣進(jìn)行濕陷性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)沿線黃土濕陷等級(jí)以自重Ⅱ級(jí)濕陷為主，少量為自重Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)。另外通過對(duì)典型土樣進(jìn)行含鹽量試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該路段黃土以硫酸鹽漬土和亞硫酸鹽漬土為主，并且鹽漬化程度以弱鹽漬土為主，分布有少量中鹽漬土，具有較強(qiáng)的溶陷性。

(2)水的影響

無論是黃土的濕陷性，還是鹽漬土的溶陷性，只有在“水”的作用下，這些性質(zhì)才能體現(xiàn)出來。公路運(yùn)營期期間，路基兩側(cè)水環(huán)境發(fā)生較大變化，由旱地變?yōu)樗疂驳?，農(nóng)田的季節(jié)性灌溉使得灌溉水不同程度下滲至路基下的地基。另外，沿線路基沉降路段多為低洼聚水部位，其相應(yīng)的急流槽、排水溝多存在缺失、阻攔或破損等情況，不能起到有效、及時(shí)排除地表水的作用，地表水通過不完善的排水系統(tǒng)下滲至黃土地基后導(dǎo)致路基發(fā)生沉陷。

1.3 組合樁法加固方案

本文所結(jié)合的實(shí)體工程采用的路基沉陷加固方案為“路基高壓旋噴樁”和“路側(cè)夯實(shí)水泥土樁”，具體為。

(1)路基段及橋梁、涵洞臺(tái)背位置采用高壓旋噴樁進(jìn)行滿面處治

通常路基沉降病害在橋梁、涵洞位置最為明顯，且沉陷量最大，其余一般路基段則較為均勻。針對(duì)工程實(shí)際情況和病害原因，采用高壓旋噴樁對(duì)沉陷嚴(yán)重路段基底和橋涵臺(tái)背進(jìn)行加固處理，旋噴樁采用梅花形布樁，一般路基段樁間距2 m，橋涵臺(tái)背位置樁間距采用1.5 m過渡至2 m的方式。為保證高壓旋噴樁起到樁頂支撐作用，并有效防止上部構(gòu)造物進(jìn)一步沉降，其樁長應(yīng)穿透整個(gè)濕陷性黃土層，最好可達(dá)到下部巖層等持力層。根據(jù)工程地質(zhì)勘察結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)試樁情況，確定高壓旋噴樁采用單管法實(shí)施，其成樁直徑要求為最小截面大于40 cm，樁長為原地面下6～14 m。為了保證狀體與原路基形成有效整體，加強(qiáng)地基和路基的有效過渡和荷載傳遞，并提高處治后復(fù)合地基的承載能力，旋噴樁處治長度向路基內(nèi)嵌入不小于1 m。

(2)在路側(cè)坡腳位置設(shè)置夯實(shí)水泥土樁隔水帷幕墻

為了減小由于灌溉水下滲導(dǎo)致的路基濕陷下沉，依托工程在坡腳位置同時(shí)設(shè)置夯實(shí)水泥土樁，其主要有以下兩個(gè)目的：一方面通過設(shè)置連續(xù)的夯實(shí)水泥土樁形成隔水帷幕防止水分側(cè)向滲入路基導(dǎo)致濕陷下沉，另一方面通過夯實(shí)水泥土樁的“圍箍”加固作用限制基底側(cè)向變形減小路基下沉。

采用高壓旋噴樁和夯實(shí)水泥土樁相結(jié)合的路基沉陷病害處治方案，不僅可以提高地基承載力，隔斷路基兩側(cè)地表水下滲，減小濕陷沉降，同時(shí)夯實(shí)水泥土樁在沉陷嚴(yán)重路段也可起到側(cè)向圍箍路基橫向變形的作用，進(jìn)一步保證處治效果。

2 組合樁法處理黃土路基沉降病害的效果分析

工程于2017年底完成全部地基加固建設(shè)并通車，項(xiàng)目建成后至今共經(jīng)歷了1個(gè)凍融期和2個(gè)雨季。為了觀測(cè)組合樁法處治路基沉陷的效果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并反饋問題，總結(jié)和吸取工程經(jīng)驗(yàn)，作者通過高程變化和行車舒適性兩方面進(jìn)行處治路段的跟蹤觀測(cè)和效果分析評(píng)價(jià)。其中，高程變化通過建立路面相對(duì)高程點(diǎn)，定期測(cè)量比較，行車舒適性通過平整度檢測(cè)比較評(píng)價(jià)。

2.1 高程變化

項(xiàng)目建成通車后，開展了病害段落縱斷面四等水準(zhǔn)測(cè)量，測(cè)點(diǎn)間距為25 m，布設(shè)于上、下行中央分隔帶和攔水帶旁。將部分歷史沉降嚴(yán)重路段縱斷線測(cè)量結(jié)果與處治前原地面線和設(shè)計(jì)拉坡地面線進(jìn)行對(duì)比，并匯總于圖1。

圖1 依托工程不同時(shí)期路基縱斷面曲線

由圖4中對(duì)比結(jié)果可知，工程沉降嚴(yán)重段落經(jīng)處治后，路面縱斷線形較處治前得到了極大的改善。受施工現(xiàn)場(chǎng)部分路段起伏較大的客觀條件限制，路面找補(bǔ)加鋪主要采用現(xiàn)場(chǎng)順坡結(jié)合路面控制標(biāo)高的方式，未能嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)縱斷面進(jìn)行加鋪處理，但處治后本次測(cè)量地面線與設(shè)計(jì)線基本一致，特別是歷史沉降嚴(yán)重路段處治完畢后，經(jīng)過1年半的通車運(yùn)營，現(xiàn)狀路面縱斷線形仍然較為平順，無明顯大范圍不均勻沉降現(xiàn)象，且與設(shè)計(jì)線形擬合程度較高，線形順適度處于較高水平。

2.2 行車舒適性

行車舒適性評(píng)價(jià)通過累計(jì)顛簸累積儀測(cè)量路面平整度進(jìn)行評(píng)價(jià)，表1為不同時(shí)期路面平整度檢測(cè)結(jié)果對(duì)比。圖2為處治前、后不同時(shí)期上、下行行車道RQI(行駛質(zhì)量指數(shù))技術(shù)等級(jí)對(duì)比圖，由表2和圖2可知：經(jīng)處治后，路面平整度有明顯改善，RQI技術(shù)等級(jí)為“優(yōu)”的段落提升至94%以上；處治后的路面經(jīng)過1年的運(yùn)營，行車道平整度受路面坑槽、車轍等病害影響略有降低，但整體仍處于較高水平。

表1 不同時(shí)期平整度檢測(cè)結(jié)果對(duì)比表

通過路基沉降觀測(cè)和路面平整度檢測(cè)數(shù)值分析、現(xiàn)場(chǎng)路況調(diào)查、養(yǎng)護(hù)單位調(diào)研、相關(guān)司乘人員滿意度問詢，工程采用的路基高壓旋噴樁和路側(cè)夯實(shí)水泥土樁相結(jié)合的“組合樁”對(duì)路基沉陷病害處理取得了較好的效果，整體路況、路容、路貌改觀顯著。

圖2 不同年份行車道RQI對(duì)比圖技術(shù)等級(jí)對(duì)比

3 結(jié) 論

濕陷性黃土地區(qū)路基沉陷病害的產(chǎn)生往往有多個(gè)影響因素，通過單一的地基處理方法進(jìn)行處治往往存在較大的局限性，而通過采用組合樁法進(jìn)行濕陷性黃土路基沉降病害處治，則更具針對(duì)性，根據(jù)對(duì)本文實(shí)體工程的實(shí)際應(yīng)用及后期沉降處治效果評(píng)價(jià)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過組合樁法對(duì)濕陷性黃土地基進(jìn)行加固處治的效果是顯著的，在形成復(fù)合地基提高承載力的基礎(chǔ)上，引入了隔水、排水等預(yù)防性措施， 可有效防止路基沉降病害的再次發(fā)生， 是針對(duì)既有運(yùn)營道路的一種成功、有效的濕陷性黃土路基沉降病害處治方案。