摘要：紅層軟巖地區(qū)軟基承載力低，處治不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生較大的工后沉降。為檢驗(yàn)水泥粉噴樁對(duì)紅層軟基的處治效果，文章依托某高速公路高填方段施工，通過(guò)在施工現(xiàn)場(chǎng)建立試驗(yàn)段，采取現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)確定路基變形情況。結(jié)果表明：地基頂面累積沉降較小，路堤頂面工后沉降＜20 cm，坡腳水平位移也較小，說(shuō)明采用粉噴樁處治后紅層軟基承載力得到明顯提升，路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，處治效果良好。

關(guān)鍵詞：紅層軟巖；粉噴樁；處治效果；沉降；水平位移

中文分類號(hào)：U416.1+6A130412

0引言

在公路施工沿線，當(dāng)挖方路基棄方為紅層軟巖時(shí)，為降低施工成本可將其用作路堤填料。而紅層軟巖硬度低，開(kāi)挖后易風(fēng)化，遇水后穩(wěn)定性較差，直接用作路堤填料工后容易產(chǎn)生豎向和水平位移［1］，必須采取措施加強(qiáng)壓實(shí)以提高路堤的穩(wěn)定性。另外，紅層軟巖地區(qū)軟土地基強(qiáng)度低，在外部荷載作用下容易產(chǎn)生較大的壓縮變形，其含水量高、透水性差［2］、承載力低，不能進(jìn)行路堤填筑，如不采取措施加固處理［3-4］，完工后易產(chǎn)生較大的工后沉降。本文以某高速公路途經(jīng)紅層軟巖地區(qū)軟基粉噴樁處治為研究案例，建立試驗(yàn)段，根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果確定粉噴樁施工方案，工后采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)法對(duì)路基變形展開(kāi)監(jiān)測(cè)，分析地基與路堤變形監(jiān)測(cè)結(jié)果以確定紅層軟基粉噴樁處治效果。

1工程概況

1.1工程簡(jiǎn)介

某高速公路途經(jīng)紅層軟巖地區(qū)，沿線分布有多處軟土地基，地基承載力嚴(yán)重不足。線路處于紅層丘陵地段，地勢(shì)起伏較大，最大高差為100 m，沿線巖層節(jié)理發(fā)育，產(chǎn)狀多變。沿線出露地層為棕紅和磚紅色泥巖，部分地層為泥巖夾砂巖，地基土天然含水量較高，土質(zhì)均勻性較差。道路所在地區(qū)夏季降雨量較大，年最高氣溫為41.2 ℃，年均降雨量為1 200 "mm左右。紅層軟巖地區(qū)路堤填土主要采用紅層軟巖巖石，路堤填料主要采用挖方路段紅層軟巖棄方。紅層軟巖主要成分為泥巖、粉砂巖、泥質(zhì)砂巖，另含有少量石膏、褐鐵礦?，F(xiàn)場(chǎng)取樣得出其中石英石含量為22.6%，方解石含量為19.8%，水云母鱗片集合體含量為45.9%，黏土礦物含量為4.3%，褐鐵礦含量為2.6%，石膏含量為1.6%，其他為3.2%。

1.2試驗(yàn)段紅層軟基地質(zhì)概況

道路沿線分布有多處紅層軟基，本文取填方高度較大的K22+385～K22+500段作為研究對(duì)象，路堤填料為就近選擇挖方路段紅層軟巖。在路堤填筑過(guò)程中采用重型壓路機(jī)加強(qiáng)碾壓，以提升路基壓實(shí)質(zhì)量。K22+385～K22+500段長(zhǎng)度為115 m，該路段地基土紅層軟層厚度為9～15 m。地基土最上層為人工填土，呈軟塑狀，層厚為0～3.0 m；第二層為褐灰色松軟土，呈軟塑-流塑狀，呈層狀分布，厚度為6.5～12.0 m；第三層為褐黃色粉質(zhì)黏土，呈硬塑狀，含有少量碎石，厚度為2.0～4.0 m；下層為泥巖夾砂巖，為紫紅色，風(fēng)化程度自上而下為全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化，總厚度為5 m左右。

1.3紅層軟基粉噴樁處治方案

K22+385～K22+500段路堤中心最大填方高度為11 m，路基邊坡采用拱形骨架植草防護(hù)，路基分層攤鋪，單層松鋪厚度≤40 cm。為提升地基承載力，采用粉噴樁對(duì)紅層軟土地基進(jìn)行加固處理，加固范圍為路堤坡腳以外3 m。粉噴樁樁徑為50 cm，采用梅花形布置，樁間距為3 m，最大樁長(zhǎng)為16 m，可穿過(guò)軟弱層深入下部持力層≥1 m。水泥粉噴樁選用P.O 32.5普通硅酸鹽水泥，室內(nèi)成型試塊并測(cè)試90 d抗壓強(qiáng)度≥1.25 MPa，通過(guò)試樁確定每延米水泥用量為40 kg。粉噴樁頂部鋪設(shè)兩層雙向土工格柵，上部鋪設(shè)50 cm砂墊層。砂墊層碾壓完成后對(duì)地基承載力進(jìn)行檢測(cè)，＞150 kPa方可進(jìn)行路堤填筑施工。

2紅層軟基路基變形監(jiān)測(cè)方案

2.1監(jiān)測(cè)內(nèi)容和方法

現(xiàn)階段現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)法仍然是研究路基變形規(guī)律最準(zhǔn)確的方法［5］。本文建立試驗(yàn)段，開(kāi)展監(jiān)測(cè)驗(yàn)證粉噴樁對(duì)紅層軟基的處治效果。本項(xiàng)目監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括地基頂面沉降、路堤頂面沉降和路基坡腳水平位移，其中地基頂面沉降和路堤頂面沉降通過(guò)分別布置剖面沉降管和沉降觀測(cè)樁監(jiān)測(cè)，路堤坡腳水平位移通過(guò)布置測(cè)斜管開(kāi)展監(jiān)測(cè)。

2.2監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)方案

本文選擇試驗(yàn)段K22+400、K22+440和K22+480三個(gè)監(jiān)測(cè)斷面作為研究對(duì)象，其中剖面沉降管布置在地基頂面，從路堤填方施工開(kāi)始監(jiān)測(cè)。路堤頂面沉降觀測(cè)樁在路堤填挖完工后分別布置在沉降監(jiān)測(cè)斷面路基中心和兩側(cè)路肩位置，在工后利用水準(zhǔn)儀按照二等水準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展監(jiān)測(cè)［6-7］。測(cè)斜管埋設(shè)在路堤左側(cè)坡腳位置，三個(gè)斷面埋入深度均為18 m，且均達(dá)到基巖，利用測(cè)斜儀對(duì)不同深度水平位移開(kāi)展監(jiān)測(cè)。測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

3路基沉降變形監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.1地基頂面沉降分析

自路堤填筑施工開(kāi)始，分別在路堤填筑高度3 m、6 m和11 m處對(duì)地基頂面沉降開(kāi)展監(jiān)測(cè)，工后繼續(xù)開(kāi)展沉降監(jiān)測(cè)，持續(xù)到工后180 d，累計(jì)監(jiān)測(cè)時(shí)間為270 d。本文取沉降量較大的K22+440斷面作為研究對(duì)象，收集數(shù)據(jù)繪制不同施工階段地基頂面沉降曲線如圖2所示，不同部位地基頂面沉降曲線如圖3所示。

分析圖2曲線可知，隨填筑高度的增加，地基頂面沉降隨之增加，工后沉降量增速逐漸下降，路基中心部位沉降量最大，向兩側(cè)路肩逐漸下降。這是由于路基自重荷載增加了路基變形。填方高度為3 m時(shí)路基中心位置沉降量為16.4 cm，填方高度達(dá)到11 m時(shí)沉降量達(dá)到24.6 cm，沉降量增加明顯。工后地基沉降量增速呈現(xiàn)先快后慢的趨勢(shì)，工后30～91 d路基中心位置地基頂面沉降量從28.6 cm增加至36.3 cm，而91～180 d僅增加了2.4 cm，沉降速率明顯下降。

分析圖3曲線得出，路基中心位置地基頂面沉降較大，兩側(cè)路肩沉降量相對(duì)較小，其中左側(cè)路肩沉降量略高。在路基填筑施工的前91 d沉降量增幅較大，工后120 d沉降速率明顯下降，監(jiān)測(cè)完成后基本穩(wěn)定，路基中心位置及左、右路肩沉降量分別穩(wěn)定在38.7 cm、34.6 cm和33.2 cm。地基頂面工后沉降量較小，且已基本穩(wěn)定，說(shuō)明采用粉噴樁處治后紅層軟基穩(wěn)定性得到明顯提升。

3.2路堤頂面沉降分析

路堤填筑完成后在路堤頂面埋設(shè)沉降觀測(cè)樁，利用精密水準(zhǔn)儀開(kāi)展監(jiān)測(cè)。整理各部位路堤頂面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，繪制沉降曲線如圖4所示。

分析圖4監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，在工后前91 d路堤頂面沉降量增加幅度較大，而后逐漸趨緩，122 d以后逐漸穩(wěn)定。工后前91 d路堤頂面沉降增幅較大，路基中心與左、右路肩累計(jì)沉降量分別達(dá)到10.3 cm、8.7 cm、7.9 cm；90～122 d期間三個(gè)位置沉降量分別增加0.9 cm、0.8 cm、0.26 cm；122 d以后路堤頂面沉降逐漸穩(wěn)定，在監(jiān)測(cè)結(jié)束時(shí)分別穩(wěn)定在12.1 cm、10.3 cm、9.4 cm。工后路堤頂面累計(jì)沉降量最大值為12.1 cm，出現(xiàn)在路基中心位置，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)要求的20 cm，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3路堤坡腳水平位移分析

自路堤填筑施工開(kāi)始利用測(cè)斜儀進(jìn)行坡腳水平位移監(jiān)測(cè)，K22+400斷面不同施工階段水平位移如圖5所示。整理K22+400、K22+440和K22+480三個(gè)斷面左側(cè)坡腳水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果，得到不同施工階段路堤坡腳水平位移如圖6所示。

分析圖5曲線可知，隨路堤填筑高度增加坡腳水平位移隨之增加，且在路堤填筑施工階段增幅較大，工后隨監(jiān)測(cè)時(shí)間增加增幅減小，隨深度增加水平位移逐漸減小。路堤水平位移最大值均出現(xiàn)在地基頂面位置，在路堤填筑高度達(dá)到3 m時(shí)，最大值為27.2 mm，填筑高度達(dá)到6 m、11 m時(shí)水平位移最大值分別為36.1 mm、45.3 mm，增幅較大。工后30 d坡腳水平位移最大值為52.2 mm，工后91 d增加至58.4 mm，增幅為11.5%；工后180 d水平位移最大值為61.9 mm，增幅為6.9%，增幅明顯變小。

分析圖6曲線，得出在路堤填筑施工階段坡腳水平位移增幅較大，工后逐漸趨緩并穩(wěn)定。在路堤填筑施工的前91 d，坡腳水平位移最大值達(dá)到49.8 mm，K22+400、K22+440和K22+480三個(gè)斷面累計(jì)變形量分別為47.1 mm、49.8 mm、44.5 mm。工后前30 d坡腳水平位移增幅也較大，三個(gè)斷面分別增加了3.0 mm、3.2 mm、3.0 mm；122～182 d三個(gè)斷面別增加了4.0 mm、4.1 mm、3.5 mm；182 d以后三個(gè)監(jiān)測(cè)斷面水平位移增幅均較小，逐漸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在監(jiān)測(cè)結(jié)束時(shí)，三個(gè)監(jiān)測(cè)斷面坡腳水平位移最大值分別為58.1 mm、61.9 mm、55.2 mm，路堤水平位移總變形不大，進(jìn)一步說(shuō)明粉噴樁處治后路基穩(wěn)定性良好。

4結(jié)語(yǔ)

為分析紅層軟基粉噴樁處治效果，建立試驗(yàn)段采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)法進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

（1）路基填筑施工階段地基頂面沉降速率較高，路基中心位置沉降量最大，路基填筑階段總沉降量為24.6 cm，工后總沉降量為38.7 cm，且監(jiān)測(cè)完成時(shí)基本穩(wěn)定，說(shuō)明粉噴樁處治后地基穩(wěn)定性明顯提升。

（2）在路堤填筑完成前91 d，路堤頂面沉降增速較快，平均沉降速率最大值為1.13 mm/d，而后增速逐漸下降，在監(jiān)測(cè)完成后路堤頂面沉降最大值為12.1 cm，工后沉降＜20 cm，說(shuō)明粉噴樁處治后路堤穩(wěn)定性良好。

（3）在路堤填筑施工階段坡腳水平位移增幅較大，平均增速最大值為0.55 mm/d，工后坡腳水平位移增速下降，監(jiān)測(cè)結(jié)束時(shí)坡腳水平位移最大值為61.9 mm，累計(jì)變形量較小，說(shuō)明路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，采用粉噴樁處治紅層軟基達(dá)到了預(yù)期的加固效果。

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作者簡(jiǎn)介：張彥鵬（1992—），工程師，研究方向：公路與橋梁。