高速公路古河道深厚軟基綜合加固技術(shù)的應(yīng)用

摘 要：軟土地基處理是高速公路建設(shè)中的重難點問題。針對湖南洞庭湖區(qū)古河道軟基結(jié)構(gòu)和工程特點，提出采用5種處理方式疊加綜合加固方法，介紹其工藝流程和質(zhì)量控制關(guān)鍵點，結(jié)合運營期表層垂直沉降和深層水平位移監(jiān)測結(jié)果，分析綜合加固技術(shù)的處理效果。實踐結(jié)果表明：運營期前2個月表層垂直沉降速率和深層水平位移速率相對較大，第3個月變形速率明顯減小，第4個月后變形速率遠小于安全警戒值，路堤達到穩(wěn)定狀態(tài)，路基沉降收斂速度快。

關(guān)鍵詞：綜合加固技術(shù)；古河道軟基；變形監(jiān)測；高速公路

中圖分類號：U419" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2024）04-0004-03

0 引言

軟土地基具有承載能力低、壓縮性高、含水量大、滲透性弱、流動性強等特點[1]，若不采取適當?shù)奶幚泶胧┨岣哕浲恋鼗€(wěn)定性，極有可能導(dǎo)致地基沉降不均勻或者沉降過大，從而影響高速公路通行的安全性和舒適性，增加運營成本。因此，選擇合適的加固方法成為了軟基高速公路建設(shè)的關(guān)鍵。

當前軟土地基的加固措施主要有3類：①通過加速排除軟基孔隙水，提升軟土固結(jié)速率，提前消除物理沉降，如袋裝砂井、塑料排水板、堆載預(yù)壓[2]。②通過樁基處理，形成復(fù)合地基，改善其物理力學(xué)特性，如碎石樁、水泥攪拌樁、CFG樁、預(yù)制剛性樁。③通過提高邊坡抗滑力，抑制邊坡滑動，如反壓護道。其中，預(yù)應(yīng)力管樁承載力高、適應(yīng)性強、施工快[3]，反壓護道通過自重作用改善路堤荷載，抑制軟土地基側(cè)向隆起趨勢[4]。

本文基于湖南某高速公路古河道深厚軟基特點和實際工況，介紹了一種由5種處理方式疊加的綜合加固技術(shù)，并通過運營期變形監(jiān)測結(jié)果分析軟基加固效果，檢驗運營期路基的穩(wěn)定性。

1 工程概況

湖南某4車道高速公路小里程段位于洞庭湖平原，設(shè)計速度100 km/h，路基頂面寬度26 m。主線里程KX+750～KX+835段路基與一古河道改建魚塘斜交，魚塘常年有水，水深約1.5 m，路堤填高約9.2～8.0 m，路基基底寬度約52 m，小里程端順接橋梁。根據(jù)地質(zhì)鉆孔勘探揭示，軟基結(jié)構(gòu)層從上至下依次主要為：厚1.5 m淤泥、厚8.4 m軟塑淤泥質(zhì)黏土、厚13.7 m軟-可塑粉質(zhì)黏土，以下為粉砂、粉質(zhì)黏土互層。

2 加固技術(shù)方案

基于軟基巖土物理特性分析、滑動面數(shù)值模擬分析、管樁加固及承載機理分析、滲流壓力及滲流路徑研判，經(jīng)專家組評議后，提出采用透水材料換填、預(yù)應(yīng)力管樁、反壓護道、輕質(zhì)泡沫混凝土、滲流通道5種處理方式疊加的綜合加固方法。

2.1 抽水換填

塘底清淤換填1.5 m砂礫土，設(shè)置土工格式、土工格柵加強。

2.2 管樁加固

軟基基底采用PHC-A300-70型預(yù)應(yīng)力管樁加固（外徑為30 cm，壁厚70 mm，離心混凝土強度C60）。路基本體KX+750～KX+780（橋尾加密段）管樁間距2.2 m，KX+780～KX+835（含橋尾漸變段）管樁間距2.4 m。反壓護道KX+750～KX+828路基左側(cè)魚塘段35 m（橫向?qū)挾龋┓秶鷥?nèi)設(shè)置管樁間距2.2 m，KX+800～KX+850路基右側(cè)魚塘段10 m（橫向?qū)挾龋┓秶鷥?nèi)設(shè)置管樁間距2.4 m。管樁均呈矩形布置，管樁樁長依據(jù)試驗確定最后3 m的每米錘擊數(shù)。所有管樁樁帽采用縱橫向系梁連接，系梁寬50 cm、厚35 cm，采用C25鋼筋混凝土。

2.3 反壓護道

KX+750～KX+828路基左側(cè)魚塘段設(shè)置寬35 m、高4.5 m反壓護道，臨塘面砌筑預(yù)制六棱塊護坡，KX+800～KX+850路基右側(cè)魚塘段設(shè)置寬10 m、高3 m反壓護道，右側(cè)剩余魚塘采用填平壓實處理。管樁（系梁）、反壓護道處置剖面圖如圖1所示。

2.4 輕質(zhì)泡沫混凝土回填

KX+750～KX+775橋尾（臺背）路基本體采用輕質(zhì)泡沫混凝土回填。

2.5 滲流通道

KX+800路基底部自左向右設(shè)置一條寬2 m、深1.5 m碎石盲溝，縱坡為2%，碎石盲溝四周采用透水土工布包裹，頂部采用防滲土工布覆蓋隔斷，碎石盲溝水排入道路右側(cè)（古河道下游）蒸發(fā)池內(nèi)。碎石盲溝布置圖如圖2所示。

3 施工工藝

3.1 施工流程

綜合加固方法的核心是針對實際工況的特性“對癥下藥”，實現(xiàn)多種加固效果疊加，具體施工流程為：①抽干魚塘積水，清除表層1.5 m深淤泥，換填砂礫土。②測量放樣，根據(jù)樁位布置圖標記各樁位置。③分布試樁，確定各區(qū)域滿足承載力要求的樁基施工判定標準。④按照判定標準完成管樁施工。⑤開挖支模，完成樁帽和樁間系梁施工。⑥埋設(shè)沉降觀測板，樁頂砂礫墊層攤鋪。⑦施作碎石盲溝及蒸發(fā)池。⑧臺背輕質(zhì)氣泡混凝土回填。⑨路基本體及反壓護道填筑。⑩護坡、排水溝等附屬設(shè)施施工。

3.2 質(zhì)量控制關(guān)鍵點及關(guān)鍵參數(shù)

現(xiàn)場試樁設(shè)備采用柴油錘（DD63型），柴油錘錘體總質(zhì)量為9 t。經(jīng)試驗，路基本體管樁最后3 m每米錘擊數(shù)不小于15擊，方可滿足單樁承載力特征值符合設(shè)計值450 kN（填土高度9.2～8.0 m），反壓護道管樁最后連續(xù)3 m每米錘擊數(shù)不小于11擊，方可滿足單樁承載力特征值符合設(shè)計值375 kN（填土高度3.0～4.5 m）。

首節(jié)管樁打入時，垂直度偏差不得大于5%，過程中保持樁錘、樁帽、樁身3個中心線重合，避免超靜孔隙水壓力造成樁體歪斜、跑位或上浮，壓縮同一根樁施工間歇時間，連續(xù)施工至要求擊數(shù)。

嚴格按照設(shè)計要求驗收樁帽和樁間系梁鋼筋施工，澆筑完成后，在頂部填土高度不足50 cm前，嚴禁采用大型壓路機碾壓。樁帽示意圖如圖3所示，系梁示意圖如圖4所示。持續(xù)監(jiān)測碎石盲溝滲水量，如滲水量過大或出現(xiàn)其他異常應(yīng)及時處置。

輕質(zhì)氣泡混凝土濕容重不小于600 kg/m3，流值為170～190 mm，路床無側(cè)限抗壓強度不小于1 MPa，路堤無側(cè)限抗壓強度不小于0.6 MPa。頂面以下30 cm設(shè)置一層10 cm×10 cm（直徑3.2 mm）鋼網(wǎng)片，接長時橫斷面方向搭接20 cm，縱斷面方向搭接10 cm。采用防滲土工布隔離底部和外側(cè)的排水。與常規(guī)填土間設(shè)置30 cm碎石層過渡，以減小變形差異。

路基本體及反壓護道填筑全面采用薄層輪加法，每層松鋪厚度控制在30 cm以內(nèi)。反壓護道的填筑材料與同層路基本體一致，采用兩側(cè)護道同步填筑的方式，以防止施工過程中路基失穩(wěn)。

填筑期間堅持變形觀測，路基中心表面沉降速率控制在10 mm/d以內(nèi)，坡腳側(cè)向位移速率控制在5 mm/d以內(nèi)。當路基中心表面沉降速率小于5 mm/d時方可進行下一層路基填筑。

4 加固效果分析

運營期監(jiān)測采用GNSS北斗系統(tǒng)（包含MIS20監(jiān)測站和基準站）、TH-INC-F型固定式測斜儀和采集傳輸系統(tǒng)，主要監(jiān)測路基表層垂直沉降和深層水平位移，每月25日監(jiān)測一次，已連續(xù)監(jiān)測21次。其中，對于表層垂直沉降，在監(jiān)測點KX+785左側(cè)邊坡坡頂安裝傳感器。對于深層水平位移，在KX+800右側(cè)邊坡坡腳安裝傳感器，分別觀測4 m、8 m、12 m、16 m、20 m深度的水平位移?？紤]GNSS北斗系統(tǒng)監(jiān)測精度為1 cm，通常認為表層垂直沉降在10 mm/月以內(nèi)可認定路基處于穩(wěn)定狀態(tài)，表層垂直沉降在15 mm/月以內(nèi)可認定路基處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

4.1 表層垂直沉降

表層垂直沉降逐月發(fā)展變化情況如圖5所示。圖5中顯示，前2個月表層垂直沉降速率較大，分別為59.1 mm、49.3 mm，沉降明顯，但有收斂趨勢。自第3至21個月，表層垂直沉降大幅減小且基本穩(wěn)定在10 mm/月以內(nèi)，表明軟土基底及路基本體均已達到穩(wěn)定狀態(tài)。為進一步驗證路堤穩(wěn)定狀態(tài)，近4個月，采用精度為1 mm的GPS系統(tǒng)同步進行人工監(jiān)測，分別在KX+800左、右側(cè)硬路肩選定表層垂直沉降監(jiān)測點，左側(cè)沉降量依次為4.12 mm、0.15 mm、0.22 mm、0.15 mm，右側(cè)沉降量依次為2.1 mm、0.48 mm、 0.03 mm、0.15 mm，均小于5 mm/月，滿足穩(wěn)定性要求。

4.2 深層水平位移

從原始觀測數(shù)據(jù)看，深度4m處的水平位移遠大于其他4個深度水平位移（幾乎可以忽略），本次僅分析敏感性高的深度4 m處水平位移。深度4m處水平位移逐月發(fā)展變化情況如圖6所示。圖6中顯示，前2個月水平位移速率相對較大，分別為6.3 mm、8.6 mm，第3個月沉降速率大幅減小且收斂趨勢明顯，路堤基本穩(wěn)定，第4至21個月，水平位移速率完全穩(wěn)定在2 mm/月以內(nèi)，路堤達到穩(wěn)定狀態(tài)，其變化情況基本與表層垂直沉降吻合。

5 結(jié)束語

該公路運營兩年來，未出現(xiàn)路基不均勻沉降、路基失穩(wěn)滑移破壞、路基路面開裂等病害，結(jié)構(gòu)安全、運行穩(wěn)定，經(jīng)分析得出以下結(jié)論：①樁頂系梁有效增大了管樁承載受力面積，分散路基本體對樁間軟土的壓力，減弱軟土被擠壓產(chǎn)生位移的可能性，通過拉接管樁和樁間土形成基底整體承載結(jié)構(gòu)，提升復(fù)合地基承載能力。②通過數(shù)值模擬合理選擇反壓護道高度和寬度，可以改善潛在滑動面位置，減小潛在滑動面的面積，路基本體安全系數(shù)顯著提高。③橋頭過渡段采用輕質(zhì)氣泡混凝土回填，大幅減小軟基承載壓力和路基變形量，規(guī)避橋臺跳車問題。④滲流通道改變了古河道基底滲流路徑，可以加速排出軟基基底和砂礫墊層滲水，降低基底孔隙水壓力，加快基底固結(jié)。⑤通過運營期表層垂直沉降和深層水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，路基處于穩(wěn)定狀態(tài)，驗證了5種處理方式疊加的綜合加固方法的有效性。

參考文獻

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收稿日期：2024-01-02

作者簡介：溫勇兵（1991—），男，廣東珠海人，碩士研究生，工程師，從事公路工程建設(shè)與管理工作。