灰土擠密樁在處治濕陷性黃土地區(qū)公路橋頭跳車現(xiàn)象中的應用

高東升

（聞喜至合陽高速公路建設管理處，山西 運城 044000）

橋頭跳車指的是橋臺構(gòu)造物和與之相銜接的路基填土之間產(chǎn)生較大差異沉降，在銜接處附近形成陡坡或錯臺，導致車輛行駛至這一區(qū)域產(chǎn)生顛簸跳躍的現(xiàn)象。山西省地處我國中西部地區(qū)，是典型的黃土高原地貌。在公路修建過程中，濕陷性黃土地段的橋頭路基處理是一個繞不開的話題。從目前已建成通車高速公路的運營情況來看，因黃土的濕陷性產(chǎn)生的路基不均勻沉陷從而導致的橋頭跳車加劇的現(xiàn)象是一個工程上普遍存在且又比較棘手的問題。

1 濕陷性黃土地區(qū)橋頭跳車成因分析

1.1 濕陷性黃土

黃土是一種天然含水率小、孔隙率高的黃褐色粉質(zhì)黏土。濕陷性黃土是一種特殊卻普遍存在的黃土，廣泛分布于我國的黃河中游地區(qū)。濕陷性是指黃土遇水后，在黃土自重應力或外加應力的作用下，土體結(jié)構(gòu)中的粒子與水發(fā)生物理化學反應，導致土體組織中的骨架結(jié)構(gòu)被破壞，強度降低而產(chǎn)生濕陷變形。黃土的濕陷性根據(jù)黃土浸水后是在外荷載作用還是自重作用下產(chǎn)生濕陷變形可分為非自重或自重濕陷性黃土。

黃土的濕陷性可根據(jù)其壓縮性進行判定，區(qū)分為濕陷性黃土和非濕陷性黃土。濕陷性等級依據(jù)濕陷變形量劃定為非自重濕陷Ⅰ、Ⅱ級和自重濕陷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級。

1.2 橋頭跳車成因分析

橋頭跳車的發(fā)生原因一般認為是因為橋梁與路基的剛度差異較大，橋梁段相對填方路基的沉陷量要小很多，在橋路銜接段產(chǎn)生不均勻沉陷，道路的平順性得不到保障，影響行車的安全性和舒適性。橋頭跳車的誘發(fā)因素主要有：地基沉陷、路基填料的二次固結(jié)、橋臺搭板破損、橋路銜接段排水不暢導致填土流失引起的路基下陷等。在進行橋頭路基過渡段的實施時，一般要求臺后填筑水穩(wěn)定性強、工后變形小的砂礫、灰土、碎石等材料，并通過提高橋臺臺后路基的壓實度等措施確保臺后路基填筑的強度和耐久性，從而避免了因橋臺臺后路基填土的失穩(wěn)和不均勻沉降引起橋頭跳車發(fā)生的可能性。因此，在濕陷性黃土地區(qū)，地基土遇水濕陷便成為了引起橋頭跳車的一個主要因素。

在濕陷性黃土地區(qū)，自重和非自重濕陷性黃土地基沉陷的發(fā)生一般都離不開水的作用，由于黃土濕陷導致的不均勻沉降，降低了地基的承載力，使路基產(chǎn)生各種開裂、塌陷等破壞。由于橋梁地基沉降量相較于路基微乎其微，在車輛外荷載的反復作用下，在橋臺與路基順接段就會產(chǎn)生錯臺而出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象。

2 灰土擠密樁加固機理分析

2.1 灰土擠密樁的概念及適用范圍

灰土擠密樁是指通過在原地基上成孔過程中的橫向擠壓作用，使樁孔內(nèi)土向四周擠密，并將灰土分層填筑于樁孔中，達到壓實度要求，夯填至設計標高位置。

根據(jù)《公路路基設計規(guī)范》[1]中的相關規(guī)定，灰土擠密樁適用于處理地下水位以上的Ⅱ級及以上自重濕陷性黃土地基，可處理地基的厚度一般在3～15 m范圍內(nèi)。

2.2 灰土擠密樁的作用機理

灰土擠密樁作為一種常見的柔性樁復合地基，在工程中被普遍采用。根據(jù)以往工程經(jīng)驗及大量的研究實驗，可知灰土擠密樁主要通過成孔過程中的樁間土橫向擠壓作用與灰土樁本身的樁體作用來增強地基承載力，加固地基。

灰土擠密樁在成孔過程中，原地基土體會產(chǎn)生橫向擠壓，樁孔周邊土體被擠壓密實，可顯著提高原地基土體的密實度。對于濕陷性黃土地基而言，這種樁間土之間的橫向擠壓作用不僅可以降低壓縮性，提高地基土強度，還可以很好地消除濕陷性。

采用摻灰量為6%～10%的石灰土進行分層夯實擠密，形成灰土樁體。石灰土與水發(fā)生一系列的物理化學反應，形成膠結(jié)團聚體，隨著時間的推移，灰土樁體的固化作用與強度逐漸提高。

3 工程實例

聞合高速公路采用四車道高速公路標準建設，設計速度采用100 km/h，路基寬度為26 m，設計汽車荷載等級為公路－Ⅰ級。西溝大橋0號、N號橋臺樁號分別為K4+000.5和K4+245.5，根據(jù)項目地勘報告中濕陷性黃土段落可知，該段路線處于自重濕陷性黃土路段，濕陷等級為Ⅲ級(嚴重)，濕陷厚度8～13 m。

3.1 灰土擠密樁設計方案

根據(jù)《路基設計規(guī)范》[1]中關于濕陷性黃土地基的處理意見，宜選用灰土擠密樁對橋頭路基進行處理。灰土擠密樁設計方案主要因素有：灰土樁樁長、樁孔間距、樁直徑、樁位布置形式等。根據(jù)地勘揭示橋位處地質(zhì)特點，擬定灰土樁布設方案：灰土樁采用6%灰土，樁長為13 m，樁位布置采用等三角形布置，樁中心間距采用1 m，樁直徑為0.4 m，處理范圍應在坡腳線外1 m，根據(jù)路基基底下濕陷性土層厚度確定灰土樁樁長。灰土樁平面布置圖如圖1所示。

3.2 灰土擠密樁施工控制

灰土擠密樁施工前需根據(jù)設計圖紙及地勘報告對具體工點的樁數(shù)、樁長進行測算，確定地基處理范圍。在施工過程中應注意以下施工要點：

圖1 灰土樁平面布置圖（單位：cm）

a）開挖基坑時應在設計標高以上預留20～30 cm土層，然后再確定出具體的樁孔位置，這部分預留土層應在鋪設灰土墊層前予以挖除。

b）在選定成孔方法后應再次確認土的含水量是否在合理范圍內(nèi)，否則應采取必要措施對土層進行加濕或曬干處理[2]。

c）由于樁長較深，在成孔后應及時對樁孔進行清底夯實，夯擊次數(shù)不小于8擊，并及時將拌好的灰土填料分層夯實填筑，另所選夯錘最大直徑應小于30 cm。

d）成孔和回填夯實均應先外排后里排，同排內(nèi)應間隔1～2孔進行，以免縮孔或塌孔。

3.3 灰土擠密樁質(zhì)量檢驗

灰土樁在施工過程中，應進行樁孔位置、成孔垂直度、樁徑和孔深的檢測，其中，樁孔位置允許偏差為50 mm，成孔垂直度允許偏差為1.5H/100，其中H為擠密樁長度。樁徑和孔深則根據(jù)不同的成孔方法檢驗標準不同，本文不再贅述。灰土樁施工結(jié)束后，對于一般路基工程可通過檢測灰土樁樁間土的干密度、承載力檢驗灰土擠密樁的擠密效果。

在灰土樁施工完畢14～28 d后對其承載力及樁間土的各項物理力學指標進行檢驗，具體檢測結(jié)果見表1和表2。

表1 灰土擠密樁承載力檢測結(jié)果

表2 樁間土物理力學指標檢測結(jié)果

4 結(jié)語

橋頭跳車是由于橋臺與路基填土的不均勻沉降引起的，是橋路銜接段最常見的病害。本文通過具體工程實例，論述了在濕陷性黃土地區(qū)防治橋頭跳車的工程措施，即采用灰土擠密樁來處理濕陷性黃土地基、用6%灰土來填筑臺背以及選用合適的橋頭搭板來防治路面損壞。該方案處理過的西溝大橋0號、N號橋臺處橋頭路基，在建成初期進行的沉降與穩(wěn)定觀測結(jié)果顯示，累計沉降值分別是9 mm（圖2）和9 mm（圖3），滿足《公路路基設計規(guī)范要求》[1]。經(jīng)過兩年的運營期之后，橋路銜接段縱坡平順，路面完好無損，成功地防止了橋頭跳車的發(fā)生。

圖2 西溝大橋0號橋臺臺背時間－沉降曲線圖

圖3 西溝大橋N號橋臺臺背時間－沉降曲線圖