黃土地區(qū)涵洞地基處理效果研究

李 燕

（山西交通養(yǎng)護(hù)集團(tuán)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(huán)，在公路工程中發(fā)揮著重要作用。黃土由于其水敏性、濕陷性等特點(diǎn)是許多學(xué)者的研究方向，如趙永虎等[1]對(duì)不同地基類型的涵洞進(jìn)行沉降觀測并得到相關(guān)的結(jié)論。陳保國等[2]對(duì)地基承載力受基礎(chǔ)埋深、沉降不均勻等影響進(jìn)行了研究。婁奕紅等[3]研究了洞頂填土壓力對(duì)涵洞的影響。榮露等[4]對(duì)黃土地區(qū)的地基處理進(jìn)行了研究。朱興華等[5]研究了黃土地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害引發(fā)的災(zāi)害鏈放大效應(yīng)。

山西屬于典型黃土地區(qū)，黃土的濕陷性、大孔隙等特點(diǎn)極易引起黃土地區(qū)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(yán)重時(shí)還會(huì)破壞涵洞結(jié)構(gòu)，影響公路的正常運(yùn)營。地基處理不當(dāng)會(huì)引起涵洞結(jié)構(gòu)的損害，相關(guān)調(diào)查表明近三成的涵洞病害與地基處理不當(dāng)相關(guān)[6]。

本文以山西某工程項(xiàng)目為依托，以其沿線黃土地區(qū)的涵洞為工程實(shí)例，采用水泥土攪拌樁對(duì)地基進(jìn)行處理，分析水泥土攪拌樁處理地基后，地基濕陷系數(shù)變化情況，為黃土地區(qū)涵洞地基處理提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 工程概況

該項(xiàng)目路線全長12 km，位于黃土地區(qū)，箱涵凈寬4 m、凈高2 m，箱涵頂板、底板和側(cè)板厚度均為40 cm，基礎(chǔ)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(duì)涵洞處地基開挖探井，并對(duì)不同深度土樣進(jìn)行物理力學(xué)試驗(yàn)，結(jié)果見表1。

表1 地基土物理性質(zhì)指標(biāo)表

由表1檢測數(shù)據(jù)結(jié)合涵洞地基處黃土層厚度，計(jì)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(jù)規(guī)范可判定此涵洞地基土為Ⅲ級(jí)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(shí)法（強(qiáng)夯、重夯）、擠密法、預(yù)浸水法以及化學(xué)加固法等[7]。為保證涵洞地基的穩(wěn)定性，項(xiàng)目對(duì)涵位處地基采用水泥土攪拌樁進(jìn)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(hù)樁頭 0.5 m），樁徑 0.5 m，梅花型布樁，樁距1.2 m。涵洞基礎(chǔ)底與樁頂間設(shè)置0.3 m的三七灰土褶墊層，灰土重度為16 kN/m3。涵洞臺(tái)身兩側(cè)設(shè)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(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[8]4.3.4條規(guī)定的基礎(chǔ)最終沉降量公式為：

式中p0=80.3 kPa是基礎(chǔ)底面處附加壓應(yīng)力，附加壓應(yīng)力的參數(shù)是表1中的相關(guān)數(shù)據(jù)。根據(jù)式（1）與計(jì)算簡圖（如圖2）計(jì)算出地基處理后基礎(chǔ)的最終沉降量s=20.3 mm。

圖2 地基沉降計(jì)算簡圖(單位：m)

圖3 涵洞地基土濕陷系數(shù)影響曲線

水泥土攪拌樁處理前后涵洞地基土濕陷系數(shù)的影響曲線見圖3。由圖3可以看出，對(duì)涵洞地基進(jìn)行水泥土攪拌樁處理后，濕限系數(shù)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(shù)據(jù)，采用水泥土攪拌樁處理后，深度10 m范圍內(nèi)地基土的處理效果較好，濕限系數(shù)由處理前0.036～0.068，變?yōu)樘幚砗?0.003～0.018。

為了解地基處理后的沉降情況，在涵洞的進(jìn)出口和涵洞中心處均設(shè)置2個(gè)變形觀測點(diǎn)，觀測位置設(shè)置如圖4和圖5所示，對(duì)涵洞進(jìn)行了1年的沉降變形觀測。3個(gè)觀測點(diǎn)中6組數(shù)據(jù)的平均值為涵洞的沉降量，涵洞累計(jì)沉降量影響曲線如圖6所示。從累計(jì)沉降量曲線圖可以看到：地基處理后，涵洞1年的累計(jì)沉降量為17.4 mm，完成地基最終理論沉降量的86%，涵洞累計(jì)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(gè)月，涵洞沉降量較大，同時(shí)涵底土體也發(fā)生著固結(jié)，隨著時(shí)間的推移，涵洞的沉降量變小直至趨于穩(wěn)定。

圖4 涵洞中心斷面觀測點(diǎn)布置圖

圖5 涵洞進(jìn)出口斷面觀測點(diǎn)布置圖

圖6 涵洞累計(jì)沉降量影響曲線

4 結(jié)論

以山西某項(xiàng)目的箱涵為實(shí)體工程，對(duì)其涵底土體進(jìn)行水泥土攪拌樁處理后，分析涵洞地基土濕陷系數(shù)、涵洞累計(jì)沉降量，得出下面結(jié)論與認(rèn)識(shí)：

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(duì)涵底地基土體進(jìn)行水泥土攪拌樁處理后，涵底10 m以內(nèi)黃土的濕陷系數(shù)變化較明顯，黃土的濕陷性得到明顯改善，水泥土攪拌樁對(duì)地基土的處理效果良好。

c）通過對(duì)涵洞進(jìn)行沉降觀測，得到該箱涵地基1年的累計(jì)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(shí)際累計(jì)沉降量完成了最終理論沉降量的86%，地基處理后的累計(jì)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。