李艷明

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

隨著中西部戰(zhàn)略的逐步推廣深入，山西省高速公路建設(shè)持續(xù)快速增長，根據(jù)高速公路網(wǎng)總體規(guī)劃，高速公路建設(shè)已經(jīng)走向山區(qū)，橋梁等構(gòu)造物在高速公路中所占比例越來越高。在施工過程中，由于工期緊張而導(dǎo)致路基填方施工過快，自然沉降時(shí)間太短、壓實(shí)度不夠等因素的存在，橋頭路基出現(xiàn)較大沉降，致使公路通車運(yùn)營后發(fā)生橋頭跳車的幾率大大增加。橋頭跳車是公路運(yùn)營階段最常見的病害之一，輕者造成車輛顛簸突跳，重者造成追尾翻車等交通事故，嚴(yán)重影響汽車運(yùn)行的舒適性和安全性。橋頭路基的不均勻沉降是形成橋頭跳車最主要的原因，因此，有效控制橋頭與路基銜接處的路基沉降對(duì)提高行車安全和舒適性具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

某高速公路橋頭段路基為填方路基，路基平均寬度為36.5 m，填方平均高度為8 m，路基自重及路面荷載傳至路基底面的均布荷載為175 kPa。根據(jù)地勘鉆孔資料，地基土0～13 m為軟土層，其中0～6 m軟土層平均壓縮模量Es=6.0 MPa，其天然承載力約150 kPa，6～13 m軟土層平均壓縮模量Es=7.4 MPa；以下為較厚的密實(shí)砂卵石層，其壓縮模量Es=85 MPa。

為防止該段橋頭路基出現(xiàn)較大沉降，是否在設(shè)計(jì)階段對(duì)軟土地基進(jìn)行處治提供數(shù)據(jù)支撐，通過計(jì)算確定該段路基在運(yùn)營期沉降變形量是否滿足規(guī)范要求。最終變形量按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]計(jì)算，計(jì)算公式如下：

式中：S為地基最終變形量，mm；S0為按分層總和法計(jì)算出的地基變形量；φs為沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可根據(jù)沉降計(jì)算范圍內(nèi)壓縮模量的當(dāng)量值和基地附加壓應(yīng)力值確定，其中n為地基變形計(jì)算深度范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；P0為對(duì)應(yīng)于荷載長期效應(yīng)組合的基礎(chǔ)底面處的附加壓力，kPa；Esi為基礎(chǔ)底面下第i層土的壓縮模量，MPa；Zi、Zi-1為基礎(chǔ)底面至第i層土、第 i-1層土底面的距離，m；ai、ai-1為基礎(chǔ)底面計(jì)算點(diǎn)至第 i層土、第i-1層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)，按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]附錄M取用。

在進(jìn)行沉降計(jì)算時(shí)，考慮在軟土層下為較厚的密實(shí)砂卵石層，且其壓縮模量為Es=85 MPa，根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]，沉降變形計(jì)算深度可取至密實(shí)砂卵石層表面，本文按Zn=13 m計(jì)算。根據(jù)上述公式計(jì)算，路基沉降變形量計(jì)算見表1。

表1 路基沉降變形量計(jì)算

依據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，可知該處橋頭路基沉降變形量不滿足規(guī)范要求，需在設(shè)計(jì)階段對(duì)該處軟土地基提出處治方案。

2 沉降處治設(shè)計(jì)

在高速公路建設(shè)中根據(jù)項(xiàng)目所在地不同地質(zhì)條件，通常可采用換填法、強(qiáng)夯法、振沖法、擠密樁法和水泥攪拌樁法等進(jìn)行地基加固處理。本項(xiàng)目地勘資料顯示，該處橋頭路基軟土地基天然含水量35%，pH值=6。根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》[3]的規(guī)定，被加固軟土的天然含水量30%～70%、pH值＞4時(shí)，適宜采用干法（粉體）噴攪樁加固，故本工程可采用水泥攪拌樁法進(jìn)行橋頭路基軟土地基沉降處治。該處橋頭路基軟土地基軟土層厚13 m，軟土層下為較厚的密實(shí)砂卵石層，根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)水泥攪拌樁擬采用樁徑d=0.5 m，呈正三角型布置，樁長l=13 m，穿透整個(gè)軟土層，將樁端設(shè)于（嵌入）密實(shí)砂卵石層上，樁間距s=1.2 m。固化劑選用強(qiáng)度等級(jí)為32.5級(jí)的普通硅酸鹽水泥，水泥攪拌樁水泥土試塊室內(nèi)試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度fcu=2 000 kPa，攪拌樁壓縮模量Ep=120fcu。

2.1 復(fù)合壓縮模量計(jì)算

2.2 沉降變形量計(jì)算

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]，加固土樁復(fù)合地基的沉降量應(yīng)按復(fù)合地基加固區(qū)的沉降量S1和S2加固區(qū)下臥層的沉降量兩部分來計(jì)算。加固區(qū)的沉降量S1采用復(fù)合壓縮模量法計(jì)算，下臥層的沉降量S2采用壓縮模量法計(jì)算。鑒于在本工程設(shè)計(jì)時(shí)按樁體全部穿透軟土層考慮，而加固區(qū)下臥層為較厚的密實(shí)砂卵石層其壓縮模量為85 MPa，復(fù)合地基的沉降量計(jì)算可不考慮S2，只計(jì)算S1，即S1數(shù)值即為總沉降量。

由以上計(jì)算結(jié)果可知，采用干法（粉體）噴攪樁加固該處橋頭路基軟土地基后，可滿足高速公路橋頭與路基相鄰處容許工后沉降變形量控制要求，該設(shè)計(jì)方案可行。

2.3 復(fù)合地基承載力計(jì)算

為保證經(jīng)過處理后的軟土地基復(fù)合地基承載力滿足路基基底附加壓力的要求，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》[3]，對(duì)處理后的復(fù)合地基承載力進(jìn)行計(jì)算復(fù)核。水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力按照下面公式進(jìn)行計(jì)算。

公式中Ra為單樁豎向承載力特征值，kN，λ為樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，本工程取0.25；fcu為水泥攪拌樁水泥土試塊室內(nèi)試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度，kPa；Ap為樁的截面積，m2；m為面積置換率；β為樁間土承載力折減系數(shù)，本工程取0.8；fsk為處理后樁間土承載力特征值，kPa，在無相關(guān)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可采用天然地基承載力特征值。

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》[3]，復(fù)合地基承載力應(yīng)不小于175 kPa，由以上計(jì)算結(jié)果可知，采用干法（粉體）噴攪樁處理該處橋頭路基軟土地基后，其復(fù)合地基承載力滿足規(guī)范要求。該設(shè)計(jì)方案可行。

2.4 施工注意事項(xiàng)

a）粉噴施工前應(yīng)仔細(xì)檢查攪拌機(jī)械、供粉泵、送氣（粉）管路、接頭和閥門的密封性、可靠性。送氣（粉）管路的長度不宜大于60 m。

b）攪拌頭每旋轉(zhuǎn)一周，其提升高度不得超過16 mm。

c）當(dāng)攪拌頭達(dá)到設(shè)計(jì)樁底以上1.5 m時(shí)，應(yīng)立即開啟粉噴機(jī)提前進(jìn)行粉噴作業(yè)。當(dāng)攪拌頭提升至地面以下500 mm時(shí)，粉噴機(jī)應(yīng)停止粉噴。

d）施工過程中應(yīng)保持?jǐn)嚢铇稒C(jī)地盤的水平和導(dǎo)向架的豎直，攪拌樁的垂直偏差不得超過1%；樁位的偏差不得大于50 mm；成樁直徑和樁長不得小于設(shè)計(jì)值。

3 結(jié)束語

根據(jù)橋頭軟土地基成樁后沉降變形量和復(fù)合地基承載力計(jì)算結(jié)果可知，采用干法（粉體）噴攪樁處理后的橋頭路基能夠滿足高速公路相關(guān)規(guī)范要求，有效降低了高速公路通車運(yùn)營后發(fā)生橋頭跳車的可能，提高了行車的安全性和舒適性，該設(shè)計(jì)處治方案合理可行。干法（粉體）噴攪樁由于施工簡單、取材方便，可以有效減少沉降、降低地基壓縮性、提高地基的承載力等，現(xiàn)已廣泛用于各類工程中，實(shí)際處理效果良好。