樊宏剛

(甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730010)

甘肅省臨夏回族自治州東鄉(xiāng)縣大部分為黃土覆蓋，其中濕軟黃土分布較為廣泛，在該地區(qū)建設(shè)的公路項目，濕軟黃土地基處理就是一個難以避免的問題，是項目成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一[1]。因此，尋求經(jīng)濟、可靠、有效的公路濕軟黃土地基處理措施，事關(guān)工程安全、交通安全、公路功能的發(fā)揮，對強化民族團結(jié)、促進區(qū)域經(jīng)濟快速發(fā)展等具有重大意義。

安臨一級公路K9+750～K11+050段路線經(jīng)過深層飽和軟黃土地基，采用水泥土攪拌樁處治措施，結(jié)合地質(zhì)特點開展了設(shè)計研究、施工控制、承載力試驗和沉降變形觀測，處治效果良好。

1 項目概況及工程地質(zhì)特點

臨洮(安家咀)至臨夏一級公路主要位于甘肅省臨夏回族自治州東鄉(xiāng)縣境內(nèi)。主線起點與G75蘭海高速安家咀立交出口順接，終點位于臨夏州東鄉(xiāng)縣東塬鄉(xiāng)滿散村，與規(guī)劃的永臨高速公路臨夏東立交出口相接。主線全長57.072 km，總體走向由東向西。

1.1 地形地貌

安臨一級公路項目區(qū)內(nèi)山體海拔高低懸殊，地形復(fù)雜，河谷縱橫，山梁、溝谷相間，屬于盆地內(nèi)部高原丘陵區(qū)。K9+750～K11+050段路線主要以路基形式通過格路溝，經(jīng)調(diào)訪該溝谷主要為巨型山體滑坡堆積體堵塞原始溝道形成的堰塞湖洼地，呈“U”型寬緩谷地，地形較為平緩。

1.2 地層巖性

(3)新近系砂質(zhì)泥巖(N)：該層主要出露于格路溝下游，勘探揭露呈棕色，厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，巖體較完整，該層抗風(fēng)化能力弱，遇水易軟化、崩解。

2 土層試樣物理力學(xué)指標(biāo)

格路溝堰塞湖路段黃土狀土硬殼層及濕-飽和軟黃土靜力觸探成果如表1所示，室內(nèi)試驗參數(shù)如表2所示。

表1 K9+750～K11+050段濕軟黃土狀土靜力觸探成果表

表2 K9+750～K11+050段土層室內(nèi)試驗參數(shù)表

對格路溝堰塞湖濕-飽和軟黃土段進行了靜力觸探測試，其中工程影響范圍土層呈二元結(jié)構(gòu)，上邊普遍發(fā)育一層可塑～硬塑的黃土狀土硬殼層，其中硬殼層平均比貫入阻力Ps為1.56 MPa，為中等壓縮性土；下部濕-飽和軟黃土平均比貫入阻力Ps為0.59 MPa，基本成軟塑狀，為高壓縮土。

綜上可知：安臨公路格路溝段路基地基軟弱層厚度較大(9.0～47 m)，土層地基含水率大，壓縮性高，承載力和抗剪強度低，為確保路基穩(wěn)定性滿足設(shè)計要求，使地基沉降控制在相關(guān)規(guī)范要求以內(nèi)，需對原地基進行加固處治。

3 軟土地基處治方案比選

在設(shè)計過程中，對水泥土攪拌樁、CFG樁、預(yù)應(yīng)力管樁等處治方案進行了比選論證?？紤]到本項目軟土厚度較大，分布范圍廣，軟土底部基巖或堅硬土層埋深較大，剛性或半剛性樁有效樁長難以穿透軟土層，而水泥土攪拌樁作為一種可用于加固飽和軟黏土地基的處治方法，與其他公路軟土地基處治方法相比，水泥土攪拌樁可最大程度利用原狀土體，具有操作簡單、施工工期短、對周邊環(huán)境影響小等技術(shù)優(yōu)勢[2]。因此設(shè)計中從各方案適用性、優(yōu)缺點、工程造價等方面綜合考慮，最終選擇了施工技術(shù)成熟、造價優(yōu)勢明顯的水泥土攪拌樁復(fù)合地基處治方案。

4 水泥土攪拌樁復(fù)合地基設(shè)計

4.1 設(shè)計情況簡介

本段路堤填筑前先采用水泥土攪拌樁進行軟土地基處理，水泥土攪拌樁施工結(jié)束后，在其頂部鋪設(shè)30 cm厚砂礫墊層，砂礫墊層頂部再鋪設(shè)30 cm厚5%灰土墊層。

水泥攪拌樁樁徑為50 cm，正三角形布置；根據(jù)沉降計算，樁間距采用1.0～1.5 m，樁長采用10～15 m；水泥土攪拌樁采用P·O 42.5普通硅酸鹽水泥；設(shè)計水灰比為0.45～0.55，水泥摻合比為16%～25%(天然原狀土)；28 d無側(cè)限抗壓強度值不小于1 MPa，90 d齡期樁身無限抗壓強度不小于2.5 MPa；復(fù)合地基承載力不小于150 kPa，單樁承載力不小于140 kN。

4.2 設(shè)計計算

本段水泥土攪拌樁參照相關(guān)《規(guī)范》及《細則》[3,4]的有關(guān)要求進行設(shè)計計算，主要目的為控制地基沉降、提高地基承載力、增強路堤穩(wěn)定性。

(1)設(shè)計標(biāo)準：本設(shè)計工后沉降控制標(biāo)準一般路段≤30 cm，涵洞及箱型通道處≤20 cm，路堤與大、中、小橋毗鄰處≤10 cm。

(2)沉降計算。

沉降采用經(jīng)驗系數(shù)法進行計算，即

S∞=msSc

(1)

式中：ms為沉降系數(shù)，按公式(2)計算

ms=0.123γ0.7(θH0.2+VH)+Y

(2)

式中：H為路堤中心高度，m；γ為路堤填料的重度，kN/m3；θ為地基處理類型系數(shù)，取0.85；V為加載速率修正系數(shù)；Y為地質(zhì)因素修正系數(shù)。

加固區(qū)主固結(jié)沉降Sc采用復(fù)合壓縮模量法進行計計算，即

(3)

Epsi=mEp+(1-m)Esi

(4)

式中：ΔPi為復(fù)合地基加固區(qū)中各分層中點的附加應(yīng)力增量，kPa；Epsi為各分層的樁土復(fù)合壓縮模量，kPa；m為面積置換率；Δhi為復(fù)合地基加固區(qū)各分層土的厚度，m；Ep為樁體壓縮模量，kPa；Esi為各分層土體壓縮模量，kPa。

(3)樁徑、樁中心間距及樁長設(shè)計

根據(jù)規(guī)范[3,4]要求，水泥土攪拌樁的樁徑不宜小于0.5 m，相鄰樁的間距不應(yīng)大于4倍的樁徑。結(jié)合沉降及穩(wěn)定性計算，本設(shè)計中水泥土攪拌樁樁徑采用0.5 m，樁間距采用1.0～1.5 m，樁長采用10～15 m。

(4)單樁承載力

根據(jù)規(guī)范[4]要求，水泥土攪拌樁單樁承載力特征值按公式(5)、公式(6)計算

(5)

Ra≤ηfcuAp

(6)

式中：fcu為復(fù)合地基加固區(qū)中各分層中點的附加應(yīng)力增量，kPa；η為樁身強度折減系數(shù)，粉噴法取0.2～0.3，漿噴法取0.25～0.33；up為樁身周長，m；n為樁長范圍內(nèi)劃分的土層數(shù)；qsi為樁周第i層土的側(cè)阻力特征值；1i為樁長范圍內(nèi)第i層土的厚度，m；qp為樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值，kPa；a為樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，取0.6。

(5)復(fù)合地基承載力

根據(jù)規(guī)范[4]，水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值按式(7)計算

(7)

式中：Ra為單樁承載力特征值，kN；Ap為樁的截面積，m2；a為樁樁間土承載力折減系數(shù)，取0.8。

5 施工過程質(zhì)量控制及效果檢測

5.1 鉆心取樣檢測結(jié)果

本段水泥土攪拌樁共鉆芯檢測158根，對樁長、樁徑、樁身完整性及28 d單軸抗壓強度進行了檢測，其中26根樁身長度不滿足設(shè)計要求，其余檢測項目均滿足設(shè)計要求。

5.2 復(fù)合地基承載力檢驗

深層水泥攪拌樁成樁28 d后，選定有代表性的試驗點開展靜載試驗檢測復(fù)合地基承載力。靜載試驗分9級加載，最大加載值為300 kPa。選取其中三個試驗點進行承載力靜載試驗(如表3所示)，靜載試驗P-S曲線如圖1所示。

表3 試驗點單樁復(fù)合地基靜載試驗結(jié)果表

圖1 水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力P-S曲線

通過檢測，水泥土攪拌樁復(fù)合地基在2倍設(shè)計荷載加載情況下最大沉降量為45.7 mm，滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。在復(fù)合地基承載力試驗中，最大加載量達到300 kPa，加載過程中未出現(xiàn)沉降突變現(xiàn)象，復(fù)合地基承載力取最大加載量的一半，即150 kPa，滿足設(shè)計要求。

5.3 沉降檢驗

為了驗證水泥攪拌樁復(fù)合地基的加固效果，路基填筑過程中分別在路基中心和兩側(cè)路肩位置埋設(shè)沉降板，進行路基沉降監(jiān)測，監(jiān)測時間為360 d[5]。選取K10+300監(jiān)測斷面路基中心檢測結(jié)果作為分析對象，其沉降量隨監(jiān)測時間變化曲線如圖3所示。

圖3 K10+300水泥土攪拌樁復(fù)合地基沉降-時間曲線

分析圖5所示復(fù)合地基沉降量隨時間的變化曲線，監(jiān)測前期沉降變化速度較快，90 d以后沉降速度明顯下降，且逐步趨于平緩。前90 d沉降變化速度較快，這是由于該時間段正在填筑路基，施工荷載和地基上部填土增加所致。90 d以后路基填筑施工結(jié)束，路基沉降逐步趨于穩(wěn)定。沉降監(jiān)測結(jié)束后復(fù)合地基沉降量達到82 mm，沉降變形已處于穩(wěn)定狀態(tài)，項目施工至今，路基未出現(xiàn)明顯的沉降變形，滿足相關(guān)規(guī)范要求。

6 結(jié) 論

(1)水泥土攪拌樁處治該類深層濕-飽和軟黃土地基，具有較強的適用性；

(2)分析試驗點復(fù)合地基試驗數(shù)據(jù)和P-S曲線可知，地基承載力代表值150 kPa，滿足設(shè)計要求；

(3)該段地基處治后，根據(jù)施工期的觀測成果，未見異常變形，說明本段地基處理取得了顯著效果。