田子澤

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030）

1 概況

蘭秦快速路寬溝互通立交工程為接入某園區(qū)的簡(jiǎn)易立交，位于蘭州市皋蘭縣忠和鎮(zhèn)東南側(cè)，布設(shè)于蘭秦快速路YK2+352處南北兩側(cè)。目前該區(qū)域附近將開發(fā)為某園區(qū)的場(chǎng)地，已被挖山填溝,進(jìn)行整平處理。填平區(qū)最大填筑土厚度為25 m，但壓實(shí)度不足，大幅沉降導(dǎo)致蘭秦快速路YK2+230～300段路面開裂，裂縫最大寬度已超過10 cm，如圖1所示。該立交即位于路面開裂段附近，如圖2所示。

圖1 蘭秦快速路路面裂縫

該立交采用相鄰象限半直連半苜蓿葉組合式立交。主線等級(jí)為城市主干路，設(shè)計(jì)速度40 km/h，雙向4車道；匝道設(shè)計(jì)速度30 km/h，單向單車道。被交路蘭秦快速路為城市快速路，設(shè)計(jì)速度80 km/h。路基設(shè)計(jì)最大填土高度為5.2 m。

圖2 立交附近地貌

該立交位于隴西黃土高原西北部，地處祁連山山脈東延與隴西沉降盆地間交錯(cuò)的過渡段。地形特征為山川相間，山嶺相望，丘壑錯(cuò)綜，屬黃土丘陵地貌。

平整場(chǎng)地的人工填筑土主要為風(fēng)積黃土，淺黃色，硬塑～堅(jiān)硬，厚11～25 m，屬Ⅱ級(jí)普通土，如圖3、圖4所示。根據(jù)土工試驗(yàn)成果可知，人工填筑土的天然含水率為6.2%～7.2%，干密度為1.2～1.3 g/cm3，孔隙比e為1～1.3，孔隙率n為50.6%～56.1%，承載力為100 kPa，濕陷性等級(jí)為中等（II級(jí)）。項(xiàng)目區(qū)屬干旱區(qū)，勘探深度內(nèi)未見地下水出露。

2 待解決問題

平整場(chǎng)地的人工填筑土除壓實(shí)度不足外，還存在黃土濕陷性和承載力較低的問題。這些問題會(huì)導(dǎo)致地基出現(xiàn)較大沉降、沉陷或失穩(wěn)破壞等，因此，必須對(duì)其進(jìn)行處治。

圖3 人工填筑土場(chǎng)地

圖4 風(fēng)積黃土

3 方案比選

結(jié)合地質(zhì)勘察資料，根據(jù)相關(guān)規(guī)范、周邊道路建設(shè)經(jīng)驗(yàn)等，對(duì)該項(xiàng)目平整場(chǎng)地人工填筑土地基可采用的孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法、強(qiáng)夯、灰土擠密樁、高壓旋噴樁及預(yù)應(yīng)力管樁五種方案進(jìn)行比選。

3.1 方案一：孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法

孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法（down-holedynamic compaction，簡(jiǎn)稱DDC法）是一種深層地基處理方法。該方法先成孔至預(yù)定深度，然后自下而上分層填料強(qiáng)夯或邊填料邊強(qiáng)夯，形成高承載力的密實(shí)樁體和強(qiáng)力擠密的樁間土。該方法適用于素填土、雜填土、砂土、粉土、黏性土、濕陷性黃土、淤泥質(zhì)土等地基的處理，對(duì)沙漠、垃圾場(chǎng)以及工業(yè)廢料場(chǎng)的處理也有明顯的效果[1]。

該項(xiàng)目人工填筑土地基采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法處理時(shí)，樁徑采用140 cm，樁長(zhǎng)按鉆入原地面下不小于1 m控制，樁間距4.2 m，采用等邊三角形布置，處理范圍為路基坡腳外5 m，樁孔內(nèi)填料采用素土。樁頂標(biāo)高以上設(shè)置50 cm厚的8%石灰土褥墊層，墊層頂面高出目前地面20 cm。

優(yōu)點(diǎn)：（1）地基處治深度大、處理徹底，可從根本上提高地基壓實(shí)度和承載力，并消除濕陷性；（2）樁體用料要求低，易于就地取材，造價(jià)較低，經(jīng)濟(jì)性好；（3）集高動(dòng)能、高壓強(qiáng)和強(qiáng)擠密效應(yīng)于一體；（4）處治后的地基承載力高；（5）復(fù)合地基壓縮模量高，整體剛度均勻，承載性好，沉降變形??；（6）成樁直徑大，強(qiáng)夯能量選擇范圍廣，擠密加固區(qū)域大，樁體呈串珠狀，復(fù)合受力好；（7）施工速度快，效率高。

缺點(diǎn)：（1）夯錘在孔內(nèi)是否完全呈自由落體狀對(duì)處治效果影響較大；（2）經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)，理論還有待進(jìn)一步完善。

3.2 方案二：強(qiáng)夯

該項(xiàng)目人工填筑土地基采用強(qiáng)夯處理時(shí)，強(qiáng)夯單點(diǎn)夯擊能采用6 000 kN·m，在路基坡腳處采用灰土換填，換填寬度為路基內(nèi)側(cè)5 m至坡腳外側(cè)5 m范圍，然后在路基坡腳外側(cè)設(shè)置1 m寬、2 m深的灰土隔水墻。

優(yōu)點(diǎn)：（1）施工簡(jiǎn)單、迅速、方便；（2）技術(shù)成熟；（3）加固效果好；（4）適用范圍廣；（5）節(jié)省材料；（6）造價(jià)低。

缺點(diǎn)：（1）由于該項(xiàng)目人工填筑土厚度較厚，為11～25 m，強(qiáng)夯處治深度有限，不能從根本上解決沉降問題；（2）強(qiáng)夯施工時(shí)振動(dòng)大、噪聲大，項(xiàng)目緊鄰蘭秦快速路，強(qiáng)夯易引起蘭秦快速路出現(xiàn)裂縫，影響其運(yùn)營(yíng)安全。

3.3 方案三：灰土擠密樁

該項(xiàng)目人工填筑土地基采用灰土擠密樁處理時(shí)，樁徑采用40 cm，樁長(zhǎng)10 m，樁間距1.2 m，等邊三角形布置，處理范圍為路基坡腳外5 m。樁頂標(biāo)高以上設(shè)置50 cm的天然砂礫墊層。

優(yōu)點(diǎn)：（1）可就地取材；（2）可用多種施工工藝，設(shè)備簡(jiǎn)單；（3）擠密效果較好；（4）施工速度快；（5）造價(jià)低廉。

缺點(diǎn)：（1）灰土擠密樁的處治深度有限，不能從根本上解決沉降問題；（2）對(duì)于含水量過大或飽和度大的土不適用。

3.4 方案四：高壓旋噴樁

該項(xiàng)目人工填筑土地基采用高壓旋噴樁處理時(shí)，樁徑采用60 cm，樁長(zhǎng)按鉆入原地面不小于1 m控制，樁間距1.5 m，采用等邊三角形布置，處理范圍為路基坡腳外5 m。樁頂標(biāo)高以上設(shè)置50 cm的天然砂礫墊層。

優(yōu)點(diǎn)：（1）有效處治深度深，可達(dá) 30 m；（2）處理徹底，可從根本上提高地基承載力、減小沉降，并消除濕陷性；（3）施工期間對(duì)蘭秦快速路的干擾?。唬?）適用范圍廣；（5）成樁形式多樣，可做成水平樁或斜樁；（6）施工便捷，成樁效果好；（7）施工機(jī)械體積小，可適用于施工受限的環(huán)境。

缺點(diǎn)：（1）施工時(shí)需做排污處理，污染環(huán)境；（2）工藝較復(fù)雜；（3）造價(jià)高。

3.5 方案五：預(yù)應(yīng)力管樁（PHC管樁）

該項(xiàng)目人工填筑土地基采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁(PHC管樁)進(jìn)行處治時(shí)，樁徑統(tǒng)一設(shè)計(jì)為：外徑D為400 mm，內(nèi)徑d為210 mm，樁長(zhǎng)按鉆入原地面不小于1 m控制；處理范圍為路基坡腳外2 m，并保證坡腳外布設(shè)一排樁。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，經(jīng)測(cè)算，樁間距設(shè)計(jì)值均采用2 m，梅花狀布置，樁頂設(shè)置1.2 m×1.2 m×0.35 m的樁帽，樁帽采用C30混凝土現(xiàn)澆。樁頂標(biāo)高以上設(shè)置50 cm的8%石灰土褥墊層。施工采用錘擊打入的方式進(jìn)行。

優(yōu)點(diǎn)：（1）地基加固處理深度大；（2）處理徹底，可從根本上提高地基承載力、減小沉降，并消除濕陷性；（3）單樁承載力高，處理后地基承載力提高顯著；（4）工廠化生產(chǎn)，容易保證質(zhì)量，成樁質(zhì)量高，檢測(cè)方便；（5）復(fù)壓容易；（6）施工方便，速度快，效率高，工期短；（7）施工期間對(duì)蘭秦快速路的干擾小。

缺點(diǎn)：（1）由于具有擠土效應(yīng)，群樁施工時(shí)會(huì)引起周圍地面的隆起及可能使相鄰已就位的樁上浮或偏移；（2）甘肅省缺少生產(chǎn)廠家，須從外省購(gòu)買運(yùn)輸，運(yùn)距遠(yuǎn)；（3）造價(jià)高。

經(jīng)綜合比選，設(shè)計(jì)推薦采用方案一，即孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法(DDC法)。

4 技術(shù)要求

（1）孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法選用機(jī)械鉆孔法成孔，孔徑1.4 m，孔距4.2 m，呈等邊三角形布設(shè)；孔內(nèi)填料就地取材采用黃土，填料粒徑應(yīng)小于（1/10～1/5）成孔直徑；樁體壓實(shí)度不小于97%，樁間土擠密后的平均壓實(shí)度不小于93%。單樁豎向承載力為1 526 kN，復(fù)合地基承載力不小于200 kPa。樁及樁間土的濕陷性全部消除[2]。

（2）施工前需對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行碾壓或低能量滿夯一次，以提高地基承載力，使其不小于120 kPa。

（3）在大面積處治施工前，應(yīng)選擇代表性路段進(jìn)行處治試驗(yàn)，以確定合理的施工工藝和參數(shù)[3]。

5 施工工序及要求

5.1 施工工序

首先對(duì)路基處治范圍內(nèi)進(jìn)行清表，然后碾壓或進(jìn)行低能量滿夯，使地基承載力滿足要求。之后選擇代表性路段進(jìn)行處治試驗(yàn)，以確定合理的施工工藝和參數(shù)，再進(jìn)行大面積處治。全部處治完成后，進(jìn)行檢測(cè)、驗(yàn)收，合格后方可施工橋涵構(gòu)造物及填筑路基[4]。

5.2 施工要求

（1）成孔及強(qiáng)夯應(yīng)由外到內(nèi)至少分兩遍間隔進(jìn)行，嚴(yán)禁一排一排向前施工，同排內(nèi)應(yīng)至少間隔1孔進(jìn)行。

（2）強(qiáng)夯作業(yè)前必須對(duì)關(guān)鍵性指標(biāo)進(jìn)行檢查，如成孔直徑、孔深、垂直度等，并對(duì)孔底進(jìn)行強(qiáng)夯。樁孔內(nèi)填料采用素土，主要為風(fēng)積黃土，也可采用成孔出渣土，但夯實(shí)均必須在最佳含水量下進(jìn)行。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，該項(xiàng)目風(fēng)積黃土最佳含水量為12.3%[5]。

（3）強(qiáng)夯必須按試驗(yàn)段總結(jié)優(yōu)化后的參數(shù)進(jìn)行實(shí)施，并由經(jīng)驗(yàn)豐富的監(jiān)理人員全程旁站。

（4）強(qiáng)夯錘應(yīng)選用橄欖狀柱錘或尖錐桿狀夯錘。

（5）強(qiáng)夯錘是否呈自由落體狀態(tài)下落是確保工程質(zhì)量的關(guān)鍵，除受成孔直徑、垂直度影響外，務(wù)必確保重錘與樁孔中心對(duì)中實(shí)施[6]。

（6）未施工完畢的樁井必須及時(shí)進(jìn)行遮蓋，樁井周圍應(yīng)夯填土埂，以防止雨水進(jìn)入，并確保人員安全。

（7）除施工單位自檢外，檢測(cè)應(yīng)委托具有相關(guān)資質(zhì)的第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行評(píng)定。

（8）褥墊層填筑前應(yīng)對(duì)場(chǎng)地實(shí)施低能量滿夯一次。

6 結(jié)語

（1）孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法是近十幾年發(fā)展起來的一種深層地基處理技術(shù)。它融合了強(qiáng)夯、鉆孔灌注樁、擠密樁等傳統(tǒng)地基處理方法的優(yōu)點(diǎn)，具有適用范圍廣、處治深度大、就地取材、造價(jià)相對(duì)較低、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，非常值得推廣應(yīng)用。

（2）該項(xiàng)目的橋涵構(gòu)造物地基也采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法一并進(jìn)行了處治，特別是對(duì)于橋梁，采用在處治后的復(fù)合地基中設(shè)置樁基礎(chǔ)的綜合方案。不僅解決了人工填筑土和濕陷性黃土厚度大、負(fù)摩阻力大、摩阻力低等問題，還大大縮短了樁長(zhǎng)，有效降低了工程造價(jià)。

（3）目前，孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法的理論研究還落后于工程實(shí)踐，導(dǎo)致設(shè)計(jì)中缺乏成熟完善的理論指導(dǎo)，還需要廣大工程技術(shù)人員在實(shí)踐中不斷總結(jié)、研究，使該技術(shù)日臻成熟完善。

[1]CJJ 194—2013，城市道路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JTG D30—2015，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]GB 50025—2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S].

[4]CECS 197:2006，孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法技術(shù)規(guī)程[S].

[5]顏霆鑫，張凱，司新正.孔內(nèi)深層強(qiáng)夯在五阜立交地基處理中的應(yīng)用[J].市政技術(shù)，2004，22（2）：88-92.

[6]沈保漢.樁基礎(chǔ)施工新技術(shù)專題講座（三十四）孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法和孔內(nèi)深層超強(qiáng)夯法[J].工程機(jī)械與維修，2015（3）：116-121.