向 瑋，秦 毅

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院，廣東深圳 518000;2.深圳市政府投資項(xiàng)目評(píng)審中心，廣東深圳 518000;3.新疆交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，新疆烏魯木齊 830006)

1 概述

鹽漬土對(duì)高速公路工程造成鹽脹、溶陷、翻漿、腐蝕、沉降等諸多病害［1～3］，將嚴(yán)重影響高速公路的正常使用，因此必須對(duì)鹽漬化地基進(jìn)行處理和加固［4，5］。礫石樁法是利用振動(dòng)、沖擊的方式在軟弱地基中成孔后，再將砂、礫石等散粒材料擠壓入土孔中形成大直徑密實(shí)樁體，與樁周土體共同形成復(fù)合地基。礫石樁復(fù)合地基加快了地基土排水固結(jié)，且抗腐蝕性強(qiáng)，排水通道不會(huì)被結(jié)晶鹽堵塞，將有效提高地基承載力和控制地基沉降。

一般采用砂、礫石等硬質(zhì)散體材料作為礫石樁加固材料，粒徑不大于50 mm，填料中含泥量應(yīng)小于10%，已風(fēng)化石料不可作為填料。礫石樁法施工機(jī)械一般由打樁機(jī)架、振動(dòng)沉樁錘、灌料管以及輔助設(shè)備等部分組成，大面積施工時(shí)施工機(jī)械參數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試樁后確定。礫石樁法采用振動(dòng)沉管施工工藝，大面積施工應(yīng)先進(jìn)行試樁，其目的是為了尋求最佳的提升速度、反插次數(shù)、留振時(shí)間、投料量和充盈率。試樁應(yīng)不少于5根，成樁15 d后進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，合格后方可大規(guī)模施工。大面積施工工序一般為:①清除地表土，鋪設(shè)厚度不小于30 cm的砂礫層;②施工吊機(jī)進(jìn)入施工場(chǎng)地，振孔器就樁位;③振孔器擠土成孔;④提起振孔器倒入填料礫石，同時(shí)進(jìn)行振搗;⑤提起振孔器，同時(shí)倒入礫石;⑥再次進(jìn)行振搗;⑦制樁至孔口，移位至下一打樁點(diǎn)位。

振動(dòng)沉管礫石樁法對(duì)地質(zhì)條件限制少，特別對(duì)于新疆地區(qū)石料豐富，可就地取材，造價(jià)較低，非常適合處理鹽漬化軟弱土地基。

2 工程概況及場(chǎng)地條件

2.1 工程概況

本文以新疆某高速公路礫石樁地基處理工程為依托，路線所處區(qū)域?qū)俟纷匀粎^(qū)劃為Ⅵ2區(qū)，雙向四車道，填方邊坡坡率為1∶1.5。路基處理要求對(duì)中、強(qiáng)、過(guò)鹽漬化軟弱土地基處治后，使路堤穩(wěn)定安全系數(shù)大于1.0，要求路基工后沉降不大于0.3 m。礫石樁法試驗(yàn)段(K382+400～K382+700)處理深度5～7 m，路堤平均填高為2 m，樁徑D=0.5 m，樁長(zhǎng)L=5～7 m，間距S=2.0 m，呈正三角形布置。見圖1、圖 2。

2.2 場(chǎng)地條件

試驗(yàn)段土體主要是河流沖積相和湖泊相，以低液限的粘土和粉土為主，土層分布可分為7層，由上至下分別是:硬塑狀粘土、硬塑狀粉土、軟塑狀粘土、軟塑狀粉土、流塑狀粘土、流塑狀粉土和細(xì)粉砂。經(jīng)過(guò)室內(nèi)土體物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，土體天然含水量最大值達(dá)到42%，超過(guò)液限含水量39%;土體孔隙比最大值為1.1;壓縮系數(shù)最大值為0.5，由此可見，試驗(yàn)段土體為中～高壓縮性軟弱土。根據(jù)土體含鹽量測(cè)試發(fā)現(xiàn)，地表處土體含鹽量達(dá)到10%，土中(Cl－/SO42－)平均值為0.6～0.8，試驗(yàn)段土體為過(guò)－強(qiáng)硫酸鹽漬土?？梢?，試驗(yàn)段土體同時(shí)具有軟土和鹽漬土的工程性質(zhì)，必須進(jìn)行工程措施處理。

圖1 礫石樁平面布置示意圖

圖2 高速公路礫石樁復(fù)合地基布置示意圖

3 礫石樁處理鹽漬化軟基效果分析

3.1 單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)

礫石樁單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)共進(jìn)行4組，采用面積0.50 m2的圓形鋼板作為承壓板，參照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79－2012)［6］采用慢速維持加載法進(jìn)行試驗(yàn)，共分5級(jí)進(jìn)行加載。復(fù)合地基載荷試驗(yàn)最大加載要求達(dá)到設(shè)計(jì)荷載即可，未進(jìn)行卸載試驗(yàn)。

圖3是礫石樁單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)q－s曲線?？梢?，隨著荷載的增加，沉降量基本呈線性增大，由于本次試驗(yàn)并未加載至破壞，最大加載值要求達(dá)到設(shè)計(jì)荷載即可，因此q－s曲線未出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，加載過(guò)程中承壓板沉降量并未出現(xiàn)急劇增大，樁周土也未發(fā)現(xiàn)明顯擠出或隆起，可以判斷此階段仍處于彈性變形階段。根據(jù)載荷試驗(yàn)的結(jié)果，推斷4組試樁復(fù)合地基承載力特征值分別為200、300、300和300 kPa，礫石樁復(fù)合地基承載力是滿足設(shè)計(jì)要求的。

圖3 礫石樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)q－s曲線

3.2 填筑期地表沉降測(cè)試

圖4是礫石樁復(fù)合地基路中沉降量－時(shí)間關(guān)系曲線?？梢?，路中沉降量隨著填土高度的增加不斷增大，填土前期由于填土加載速率快使得沉降速率較大，路中沉降量增長(zhǎng)較快;填土后期沉降速率逐漸變緩。截至填土2個(gè)月后，此時(shí)路堤已達(dá)到設(shè)計(jì)高度2 m，礫石樁法試驗(yàn)段路中最大沉降量達(dá)到26 mm。由雙曲線法推求該斷面路基最終沉降量為38 mm，由此計(jì)算路基工后沉降為12 mm，滿足交通部《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D30－2004)［7］的相關(guān)要求。

圖4 礫石樁處理斷面路中沉降量－時(shí)間曲線

3.3 分層沉降測(cè)試

圖5是填筑過(guò)程中礫石樁處理斷面的分層沉降曲線?？梢姡钔燎捌谟捎谔钔了俾瘦^快導(dǎo)致沉降量增長(zhǎng)速率較快;填土后期，沉降增長(zhǎng)速率逐漸變慢，沉降量則略有增長(zhǎng)。沉降主要發(fā)生在淺層范圍內(nèi)(0～3 m)，地表沉降達(dá)到近30 mm。

3.4 路基橫斷面沉降

圖6、圖7分別是礫石樁復(fù)合地基樁頂沉降曲線和樁間土沉降曲線?？梢姡返滔碌[石樁復(fù)合地基中樁間土沉降均大于礫石樁頂沉降，樁土差異沉降最大值近5 mm，約占地表總沉降量的15%左右。由此可見，路堤荷載下樁體復(fù)合地基中樁體與樁間土之間存在相對(duì)位移，地表處樁間土沉降量一般大于樁體沉降，并不滿足等應(yīng)變條件。

圖5 礫石樁處理斷面分層沉降曲線

圖6 礫石樁復(fù)合地基樁頂沉降曲線

圖7 礫石樁復(fù)合地基樁間土沉降曲線

3.5 路堤下土體水平位移測(cè)試

圖8、圖9是礫石樁處理試驗(yàn)段路堤左、右兩側(cè)坡腳各深度水平變形隨固結(jié)時(shí)間的變化?？梢娍闯?

1)水平變形沿深度的變化:地基內(nèi)土體的水平變形方向均朝向路堤外側(cè)，并隨深度基本上呈現(xiàn)出“弓”形分布，水平變形最大值出現(xiàn)在軟塑狀～流塑狀粘土和軟塑狀～流塑狀粉土層。

2)水平變形隨固結(jié)時(shí)間的變化:水平變形隨著填土高度的增加不斷增大，待填土完成后則隨固結(jié)時(shí)間緩慢增長(zhǎng)，截至填土完成為止，最大水平變形達(dá)到了12 mm，其位置發(fā)生在地表以下1 m深度。

圖8 礫石樁處理斷面水平變形(左側(cè))－深度曲線

圖9 礫石樁處理斷面水平變形(右側(cè))－深度曲線

3.6 填筑過(guò)程中土壓力測(cè)試

圖10是路堤下礫石樁試驗(yàn)段地表土壓力與固結(jié)時(shí)間的關(guān)系曲線?？梢姡乇硗翂毫﹄S著填土高度的增加不斷增大;達(dá)到填土設(shè)計(jì)高度后，土壓力變化很小，地表土壓力最大值達(dá)到了48 kPa。

圖10 礫石樁處理斷面土壓力－時(shí)間曲線

3.7 孔隙水壓力測(cè)試

圖11是路堤荷載下礫石樁試驗(yàn)段土體超孔隙水壓力和固結(jié)時(shí)間的關(guān)系曲線?？梢姡钪^(guò)程中填土荷載在地基土體中將產(chǎn)生附加應(yīng)力，其中土中孔隙水將承擔(dān)一部分附加應(yīng)力，且填土高度越高，施加地基總附加應(yīng)力相對(duì)越大，由此引起地基內(nèi)部的超孔隙水壓力也越大。填土靜置期和填土完成后，地基孔隙水逐漸排出，超孔隙水壓力隨固結(jié)時(shí)間消散，轉(zhuǎn)換為地基土體有效附加應(yīng)力，復(fù)合地基承載力逐漸增大。由圖中可見，礫石樁段超靜孔壓峰值近20 kPa，到填土完成時(shí)(填筑期63 d時(shí))地基內(nèi)部超靜孔壓已經(jīng)消散近50%。

圖11 礫石樁處理斷面超靜孔壓－時(shí)間曲線

4 結(jié)論

1)結(jié)合礫石樁在本試驗(yàn)段的工程實(shí)踐，總結(jié)了礫石樁處理深厚鹽漬化軟基的施工機(jī)械和施工工藝。

2)鹽漬化軟土地區(qū)經(jīng)過(guò)礫石樁處理后形成的復(fù)合地基，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果證明:礫石樁復(fù)合地基承載力得到顯著提高，并有效控制了路基沉降，加速了孔隙水壓力消散，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

［1］高福聚，俞然剛.鹽漬土地區(qū)墻體和飾面侵蝕的防治措施［J］.工業(yè)建筑，2000，30(1):38 －41.

［2］洪乃豐.鹽漬土對(duì)建筑物的腐蝕與防護(hù)［J］.工業(yè)建筑，1998，28(1):5－7.

［3］李 芳，高江平，陳 建.鹽漬土鹽脹對(duì)低層建筑的危害與防治［J］. 土木工程學(xué)報(bào)，199，32(5):46 －50.

［4］王小生，章洪慶，薛 明，等.鹽漬土地區(qū)道路病害與防治［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，31(10):1178 －1182.

［5］李 芳，黃淑琴.鹽漬土地基處理的幾種方法［J］.建筑技術(shù)，1998，29(3):194 －195.

［6］GB50007－2012，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［7］JTG D30－2004，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.