王 健

（中鐵十八局集團第四工程有限公司 天津300222）

1 高填方淺層濕陷性黃土段路基拓寬實地試驗

以內(nèi)蒙古赤承高速公路拓寬工程中具有高填方淺層濕陷性黃土路基特征路段K48＋500－K48＋700段為試驗段，針對高填方淺層濕陷性黃土段路基拓寬進行實地試驗，填方高度為6.5m，拓寬方式為雙側(cè)拓寬.同條件下分別采用砂樁和預壓兩種方法進行實驗，具體路基處理方式見表1.

表1 具體路基處理方式

2 砂樁段路基變形理論分析

K48＋500－K48＋600段采用砂樁處理拓寬部分地基，砂樁直徑40cm，自原地面起，樁長5m，樁間距120cm，梅花形布樁.采用振動法施工，施工順序為從路基外側(cè)向舊路方向施工.砂樁所使用的砂礫要求級配良好，最大粒徑不大于10cm.地質(zhì)情況：1～8m為黃土狀粉質(zhì)黏土，黃褐色，稍濕，硬塑，具有大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育，2.3～2.7m夾薄層卵石.承載力基本允許值150kPa.

本段設置了2個觀測斷面，分別為K48＋500、K48＋550，其中K48＋550為主觀測斷面，K48＋500為輔助觀測斷面.砂樁段樁地基元件平面布置示意圖見圖1.

圖1 K48＋500－K48＋600段儀器試驗儀器布置圖

砂樁處理結(jié)束之后，經(jīng)過監(jiān)理單位靜力觸探監(jiān)測，砂樁承載力平均達到240kPa.根據(jù)設計，置換率m為0.1008，樁土應力比沒有經(jīng)過試驗，根據(jù)工程經(jīng)驗，粘性土取2～4，粉質(zhì)土取1.5～3，根據(jù)本試驗段的土質(zhì)，樁土應力比取2.則根據(jù)復合地基承載力計算公式：fsp，k＝mfp，k＋（1－m）fs，k.式中，fs，p復合地基承載力標準值，m為置換率，fp，k為樁體單位面積承載力標準值，fs，k為樁間土承載力標注值.經(jīng)過計算，砂樁處理后復合地基承載力標準值為159.072kPa.

處理之后復合地基的壓縮模量的計算公式為：Esp＝［1＋m（n－1）］Es.式中，Esp復合地基壓縮模量；Es為樁間土壓縮模量；n為樁土應力比；無實測資料時，根據(jù)工程經(jīng)驗，粘性土取2～4，粉質(zhì)土取1.5～3，原地基土強度高取低值，原地基土強度低取高值，根據(jù)本試驗段的土質(zhì)，樁土應力比取2.計算得到處理后復合地基壓縮模量增大了10.08%，則理論計算，砂樁處理后地基的沉降量會減小9.16%.

由此可知，對于原地基土承載力較高的地質(zhì)條件而言，采用砂樁法處理并不能有效的提高地基承載力以及減小地基沉降，在此類地質(zhì)條件中，砂樁更多的作用是提供一個良好的豎向排水通道，提高固結(jié)速度，針對內(nèi)蒙古地區(qū)的氣候條件而言，采用砂樁法還能減小冬季凍脹作用的影響.

3 預壓路基沉降變形特性分析

K48＋600－K48＋700段采用超載預壓處理拓寬部分地基.地質(zhì)情況：1～9m為黃土狀粉質(zhì)黏土，黃褐色，稍濕，硬塑，具有大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育.9m以下為卵石，灰黃色，稍濕，密實，一般粒徑40～80mm，最大粒徑130～150mm，填充物為砂類土，母巖成分為花崗巖.承載力基本允許值150kPa.根據(jù)設計要求，拓寬路基填筑完成之后，在拓寬路基及新老路基結(jié)合部進行超載預壓，預壓高度3.5m，預壓時間大于90d.本段設置了2個觀測斷面，分別為K48＋600、K48＋650，其中K48＋650為主觀測斷面，K48＋600為輔助觀測斷面.加固方案見表2.試驗元件平面布置示意圖見圖2.

圖2 預壓施工圖（單位：cm）

表2 加固方案

3.1 沉降變形分析

預壓段地基分層沉降隨荷載和時間變化曲線和預壓段地基分層沉降隨深度變化曲線分別見圖3、圖4、圖5、圖6；圖7、圖8、圖9、圖10.K48＋600不同時間新老路肩沉降量對比曲線見圖11，不同時間沉降板沉降隨填土層數(shù)變化曲線見圖12.

從不同時間沉降量隨填土層數(shù)變化曲線可以看出，隨荷載、時間的增加，沉降也逐漸增加.地基沉降量不大，這說明地基條件適合用作高速公路拓寬.填筑之初地基沉降速率較快，并且在路基填筑完成后短時間內(nèi)依然保持較大的速率增長，填筑期間的增長主要由拓寬路基和荷載所引起的，而路基填筑完成后短時間內(nèi)沉降量的快速增長是由于拓寬路基及新老路基結(jié)合部上進行超載預壓處理，隨著時間的增長，沉降速率降低，沉降趨于穩(wěn)定.

從不同時間沉降隨深度變化曲線可以看出，沉降分布比較均勻，基本呈線性增長.填筑初期單日沉降量大于10mm，這是由于淺層軟弱土受荷載作用迅速固結(jié)沉降所致，隨著淺層軟弱圖固結(jié)沉降的完成，隨后填筑期間的日沉降量均小于5mm.填筑完成后的月沉降量小于1mm.

從不同時間新老路肩沉降對比曲線可以看出，新老路肩處路基差異沉降很小，原因有兩個：

（1）拓寬面對應路基位置為老路邊坡，老路經(jīng)過多年的使用，固結(jié)沉降基本完成，即使在新增荷載，沉降值依然不大；

（2）老路邊坡經(jīng)過開挖后再重新鋪筑拓寬部分的路基，相對來說，拓寬路面對應處路基所增加的荷載較小，所產(chǎn)生的附加沉降也較小.

從不同時間沉降板沉降隨填土層數(shù)變化曲線可以看出，主副兩個斷面的沉降板沉降值基本相同，變化規(guī)律也基本相同，均是隨著填土高度的增加而增加，在填筑完成后逐漸趨于穩(wěn)定.其所反映出的結(jié)果與分層沉降儀相同.

經(jīng)過超載預壓后的新老路基在施工期間的沉降已趨于穩(wěn)定，預計工后沉降較小，新老路肩處路基差異沉降很小，鑒于此，鋪筑面層及通車之后，新老路基結(jié)合部產(chǎn)生拉裂的可能性很小，小于設計之初的預估計值，針對此種淺層軟弱路基，超載預壓的效果是顯著且有效的.

圖3 K48＋600新路肩沉降－填土－時間曲線

圖4 K48＋600新路肩不同時間沉降隨深度變化曲線

圖5 K48＋600老路肩沉降－填土－時間曲線

圖6 K48＋600老路肩不同時間沉降隨深度變化曲線

圖7 K48＋650新路肩沉降－填土－時間曲線

圖8 K48＋650新路肩不同時間沉降隨深度變化曲線

圖9 K48＋650老路肩沉降－填土－時間曲線

圖10 K48＋650老路肩不同時間沉降隨深度變化曲線

圖11 K48＋600不同時間新老路肩沉降量對比曲線

圖12 不同時間沉降板沉降隨填土層數(shù)變化曲線

3.2 地基水平位移分析

填土期間所測得的深層側(cè)向位移曲線在往復擺動，并沒有一致的發(fā)展趨勢，這是新老路基沉降調(diào)整的結(jié)果.地基總體上地基側(cè)向位移量很小，最大側(cè)向位移不超過10mm.從測點的水平位移變化可以看出，深層土體的水平位移較小，淺層水平位移較大，故發(fā)生拓寬路基失穩(wěn)的可能性不大.填筑初期地基水平位移較小，超載預壓完成后地基表層水平位移向外傾斜，這符合地基沉降變形特性；地基水平位移的發(fā)展成線性，這一結(jié)果與不同時間沉降隨深度變化曲線對應.

從目前所收集到的數(shù)據(jù)整理分析可以看出，該段地基整體沉降不大，新老路基差異沉降較小，日沉降量以及月沉降量均在規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi)，隨著時間的增長沉降逐漸趨于穩(wěn)定，因為超載預壓部分荷載較面層及通車荷載大，故綜合考慮鋪筑面層及通車后出現(xiàn)路面及路基損壞的可能性不大.地基側(cè)向位移較小，符合地基沉降變形特性，綜合考慮拓寬路基發(fā)生整體失穩(wěn)的可能性不大.從目前數(shù)據(jù)來看，預壓法處理高填方淺層濕陷性黃土地基拓寬工程是可靠可行的.

4 結(jié)束語

針對K48＋500－K48＋700高填方段淺層濕陷性黃土，試驗采用了兩種不同的方法進行處理，對比試驗結(jié)果后得到以下結(jié)論：

（1）砂樁法處理該類地基沉降及地基水平位移明顯小于預壓法，說明砂樁能夠有效的增強地基的抗剪切強度，抑制側(cè)向位移.

（2）兩種方法處理的效果都很好，K48＋500－K48＋600盡管采用砂樁法進行處理，但實際沉降量以及沉降速率與未采用砂樁法進行處理的K48＋600－K48＋700段相差在10mm以內(nèi)，考慮到K48＋600－K48＋700段還加入了預壓處理，可以說砂樁法在減小地基沉降量上并沒有起到很明顯的效果.從理論計算及實際監(jiān)測分析都可以看出，當原地基承載能力較高的情況下，采用砂樁法處理地級并不能有效降低路基的沉降量.

（3）預壓法能夠盡量減小工后沉降，但值得注意的是，砂樁擠密發(fā)較于預壓法更為節(jié)省施工時間，拓寬工程通常都對工期有著嚴格的要求，相較來說，砂樁法更為符合當前高速公路拓寬工程的工程需要.這樣處理拓寬路基后，路基發(fā)生因差異沉降及失穩(wěn)而產(chǎn)生破壞的可能性較小.

（4）砂樁法在處理該類地基所收到的效果小于K55＋300－400段，考慮的主要原因是路基處理完畢之后并沒有很好的防凍措施，使得表層處理部分受到凍脹影響，從而影響砂樁的處理效果，故而對于拓寬路基，應當在路基加固完畢之后迅速填土，防止路基遭受環(huán)境影響.對于冬脹區(qū)域應當在冬季做好防凍保護.

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