陳 夢，張 濤

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

0 引 言

路基沉降病害是既有運營公路最常見、最典型的病害類型之一，由于其產(chǎn)生原因復雜，一直以來都是道路養(yǎng)護管理部門的重點養(yǎng)護工作。特別是早期建設(shè)的高速公路，未能在建設(shè)期對濕陷性黃土場地的地基及路堤采取有效處治措施，導致道路通車運營后路基濕陷沉降，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，減少路基進一步變形，需對已發(fā)生的路基沉降及推移等病害進行有效處治。目前常用處治方法有擠密樁法、旋噴樁法等，通過形成復合地基技術(shù)消除濕陷性、控制沉降變形，達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：對于黃土地基以及路側(cè)隔水的關(guān)注較少，易導致地表水側(cè)向或斜向滲透浸入路基下地基土體，進而發(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，且有較大病害復發(fā)可能。隨著我國公路養(yǎng)護技術(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在自重濕陷Ⅱ級-自重濕陷Ⅲ級。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)、不均勻且較為嚴重的路基沉陷病害情況，相關(guān)養(yǎng)護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，導致沿線波形梁護欄嚴重變形，中央分隔帶砌體預制塊下陷、開裂，部分路段存在縱向裂縫，橋頭搭板翹曲變形，邊坡防護片石砌體變形、塌落，排水溝砌體沉陷、破壞，嚴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)過對典型土樣進行濕陷性試驗，發(fā)現(xiàn)沿線黃土濕陷等級以自重Ⅱ級濕陷為主，少量為自重Ⅲ級和Ⅳ級。另外通過對典型土樣進行含鹽量試驗，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)夯實水泥土樁”，具體為。

(1)路基段及橋梁、涵洞臺背位置采用高壓旋噴樁進行滿面處治

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。針對工程實際情況和病害原因，采用高壓旋噴樁對沉陷嚴重路段基底和橋涵臺背進行加固處理，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)造物進一步沉降，其樁長應(yīng)穿透整個濕陷性黃土層，最好可達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)場試樁情況，確定高壓旋噴樁采用單管法實施，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，加強地基和路基的有效過渡和荷載傳遞，并提高處治后復合地基的承載能力，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)置夯實水泥土樁隔水帷幕墻

為了減小由于灌溉水下滲導致的路基濕陷下沉，依托工程在坡腳位置同時設(shè)置夯實水泥土樁，其主要有以下兩個目的：一方面通過設(shè)置連續(xù)的夯實水泥土樁形成隔水帷幕防止水分側(cè)向滲入路基導致濕陷下沉，另一方面通過夯實水泥土樁的“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，同時夯實水泥土樁在沉陷嚴重路段也可起到側(cè)向圍箍路基橫向變形的作用，進一步保證處治效果。

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，項目建成后至今共經(jīng)歷了1個凍融期和2個雨季。為了觀測組合樁法處治路基沉陷的效果，及時發(fā)現(xiàn)并反饋問題，總結(jié)和吸取工程經(jīng)驗，作者通過高程變化和行車舒適性兩方面進行處治路段的跟蹤觀測和效果分析評價。其中，高程變化通過建立路面相對高程點，定期測量比較，行車舒適性通過平整度檢測比較評價。

2.1 高程變化

項目建成通車后，開展了病害段落縱斷面四等水準測量，測點間距為25 m，布設(shè)于上、下行中央分隔帶和攔水帶旁。將部分歷史沉降嚴重路段縱斷線測量結(jié)果與處治前原地面線和設(shè)計拉坡地面線進行對比，并匯總于圖1。

圖1 依托工程不同時期路基縱斷面曲線

由圖4中對比結(jié)果可知，工程沉降嚴重段落經(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)場部分路段起伏較大的客觀條件限制，路面找補加鋪主要采用現(xiàn)場順坡結(jié)合路面控制標高的方式，未能嚴格按照設(shè)計縱斷面進行加鋪處理，但處治后本次測量地面線與設(shè)計線基本一致，特別是歷史沉降嚴重路段處治完畢后，經(jīng)過1年半的通車運營，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

行車舒適性評價通過累計顛簸累積儀測量路面平整度進行評價，表1為不同時期路面平整度檢測結(jié)果對比。圖2為處治前、后不同時期上、下行行車道RQI(行駛質(zhì)量指數(shù))技術(shù)等級對比圖，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 不同時期平整度檢測結(jié)果對比表

通過路基沉降觀測和路面平整度檢測數(shù)值分析、現(xiàn)場路況調(diào)查、養(yǎng)護單位調(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)夯實水泥土樁相結(jié)合的“組合樁”對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對比圖技術(shù)等級對比

3 結(jié) 論

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