黃土地區涵洞地基處理效果研究

李 燕

（山西交通養護集團有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

涵洞作為公路工程排水中的重要一環，在公路工程中發揮著重要作用。黃土由于其水敏性、濕陷性等特點是許多學者的研究方向，如趙永虎等[1]對不同地基類型的涵洞進行沉降觀測并得到相關的結論。陳保國等[2]對地基承載力受基礎埋深、沉降不均勻等影響進行了研究。婁奕紅等[3]研究了洞頂填土壓力對涵洞的影響。榮露等[4]對黃土地區的地基處理進行了研究。朱興華等[5]研究了黃土地區地質災害引發的災害鏈放大效應。

山西屬于典型黃土地區，黃土的濕陷性、大孔隙等特點極易引起黃土地區涵洞不同程度病害，如涵洞滲漏、局部沉降、開裂等輕微病害，嚴重時還會破壞涵洞結構，影響公路的正常運營。地基處理不當會引起涵洞結構的損害，相關調查表明近三成的涵洞病害與地基處理不當相關[6]。

本文以山西某工程項目為依托，以其沿線黃土地區的涵洞為工程實例，采用水泥土攪拌樁對地基進行處理，分析水泥土攪拌樁處理地基后，地基濕陷系數變化情況，為黃土地區涵洞地基處理提供技術指導。

1 工程概況

該項目路線全長12 km，位于黃土地區，箱涵凈寬4 m、凈高2 m，箱涵頂板、底板和側板厚度均為40 cm，基礎寬度5.2 m，厚度0.1 m，箱涵涵頂覆土厚度平均為4.1 m，涵頂填土重度為16 kN/m3。對涵洞處地基開挖探井，并對不同深度土樣進行物理力學試驗，結果見表1。

表1 地基土物理性質指標表

由表1檢測數據結合涵洞地基處黃土層厚度，計算得出總的自重濕陷量ΣΔzs=488.9 mm，總的濕陷量ΣΔs=687.1 mm。根據規范可判定此涵洞地基土為Ⅲ級自重濕陷性黃土。

2 地基處理措施

消除地基的濕陷性，常見的方法有墊層法、夯實法（強夯、重夯）、擠密法、預浸水法以及化學加固法等[7]。為保證涵洞地基的穩定性，項目對涵位處地基采用水泥土攪拌樁進行處理。

圖1 水泥土攪拌樁處理后地基斷面圖（單位：m）

箱涵地基處理深度為10 m（有效樁長9.5 m，保護樁頭 0.5 m），樁徑 0.5 m，梅花型布樁，樁距1.2 m。涵洞基礎底與樁頂間設置0.3 m的三七灰土褶墊層，灰土重度為16 kN/m3。涵洞臺身兩側設置過渡段，采用回填砂礫的方式，過渡段縱向長度為4 m+涵洞洞身高度，處理示意圖如圖1所示。

3 地基沉降量分析

《公路橋涵地基與基礎設計規范》[8]4.3.4條規定的基礎最終沉降量公式為：

式中p0=80.3 kPa是基礎底面處附加壓應力，附加壓應力的參數是表1中的相關數據。根據式（1）與計算簡圖（如圖2）計算出地基處理后基礎的最終沉降量s=20.3 mm。

圖2 地基沉降計算簡圖(單位：m)

圖3 涵洞地基土濕陷系數影響曲線

水泥土攪拌樁處理前后涵洞地基土濕陷系數的影響曲線見圖3。由圖3可以看出，對涵洞地基進行水泥土攪拌樁處理后，濕限系數呈減小的趨勢，說明黃土在水泥土攪拌樁處理后濕陷性減弱。分析圖3的數據，采用水泥土攪拌樁處理后，深度10 m范圍內地基土的處理效果較好，濕限系數由處理前0.036～0.068，變為處理后 0.003～0.018。

為了解地基處理后的沉降情況，在涵洞的進出口和涵洞中心處均設置2個變形觀測點，觀測位置設置如圖4和圖5所示，對涵洞進行了1年的沉降變形觀測。3個觀測點中6組數據的平均值為涵洞的沉降量，涵洞累計沉降量影響曲線如圖6所示。從累計沉降量曲線圖可以看到：地基處理后，涵洞1年的累計沉降量為17.4 mm，完成地基最終理論沉降量的86%，涵洞累計沉降量的變化趨勢為先增大后平緩。綜合來看，地基處理的前3個月，涵洞沉降量較大，同時涵底土體也發生著固結，隨著時間的推移，涵洞的沉降量變小直至趨于穩定。

圖4 涵洞中心斷面觀測點布置圖

圖5 涵洞進出口斷面觀測點布置圖

圖6 涵洞累計沉降量影響曲線

4 結論

以山西某項目的箱涵為實體工程，對其涵底土體進行水泥土攪拌樁處理后，分析涵洞地基土濕陷系數、涵洞累計沉降量，得出下面結論與認識：

a）水泥土攪拌樁法可以作為消除黃土濕陷性的有效方法，提高地基承載力的效果較明顯。

b）對涵底地基土體進行水泥土攪拌樁處理后，涵底10 m以內黃土的濕陷系數變化較明顯，黃土的濕陷性得到明顯改善，水泥土攪拌樁對地基土的處理效果良好。

c）通過對涵洞進行沉降觀測，得到該箱涵地基1年的累計沉降量為17.4 mm，地基最終理論沉降量為20.3 mm，箱涵地基實際累計沉降量完成了最終理論沉降量的86%，地基處理后的累計沉降量變化趨勢為先增大后平緩。

d）水泥土攪拌樁處理后的涵洞地基沉降變形在可控范圍，水泥土攪拌樁處理可有效降低地基土的濕陷性，明顯提高了涵洞的地基承載力。