西寶改擴(kuò)建工程濕陷性黃土地區(qū)老路基加固技術(shù)的應(yīng)用研究
2016-04-18
0 前言
濕陷性黃土在我國主要分布于三北地區(qū)即，東北、華北、西北，尤其黃河流域最為廣泛，多年來，濕陷性黃土的存在給交通的發(fā)展帶來了很多困難。在濕陷性黃土上修建的公路，路基易產(chǎn)生不均勻沉降，路面易出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重影響了公路的行駛質(zhì)量，縮減了路面的使用壽命，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在濕陷性黃土地區(qū)修建高速公路，路基必須加以處治。本文將以西寶高速公路改擴(kuò)建工程為例，詳細(xì)闡述濕陷性黃土地區(qū)老路基病害處治、加固技術(shù)。
1 工程概述
西寶高速公路改擴(kuò)建工程于2008年12月開工建設(shè)，東起西安繞城高速公路阿房宮立交，經(jīng)西安市、咸陽市、楊凌示范區(qū)，止于寶雞市石嘴頭，途徑4市11縣（區(qū)），興平西吳至虢鎮(zhèn)東段為雙側(cè)拼接加寬為八車道高速公路，長103.248公里。西寶高速公路所經(jīng)地區(qū)分布有大量濕陷性黃土，給改擴(kuò)建施工帶了極大的困難。因此，選擇合適的加固處理方案十分重要。
2 老路基加固方案比選
2.1換填土層法
將地基一定深度范圍內(nèi)的濕軟土層挖除，換以強(qiáng)度較大的砂礫、碎石、灰土或素土，以及其他性能穩(wěn)定無浸蝕性的土類，并予以壓實(shí)。換填深度一般在0.6~1.2m之間，太厚施工難，太薄效果差，換填土層后可以大幅度的提高地基承載力、減少地基沉降量。
2.2重錘夯實(shí)法
重錘夯實(shí)法是利用重錘從高空自由下落時產(chǎn)生的沖擊能，使地面下一定深度內(nèi)土層達(dá)到密實(shí)狀態(tài)的地基處理方法。有效夯實(shí)深度取決于錘重、錘底直徑、落距和土類。重錘夯實(shí)法可以提高地基承載力、消除濕陷性地基的濕陷現(xiàn)象。重錘夯實(shí)法可分為表層夯實(shí)法和強(qiáng)力夯實(shí)法。
2.3擠密法
采用沉管、沖擊或爆破等方法土基成孔，然后在孔中灌灰土、石灰等材料，搗實(shí)而成直徑較大的樁體，利用橫向擠密作用，使地基土粒彼此靠緊，孔隙減少?？妆惶顫M和壓緊，形成樁體，樁體具有較高的承載力，群樁的面積約占松散土加固面積的20%和原土組成復(fù)合地基，達(dá)到加固的目的。
2.4樁加固
樁基礎(chǔ)是將上部荷載通過樁穿過較軟土層傳遞給下部堅(jiān)硬土層的基礎(chǔ)形式。樁基礎(chǔ)能承受復(fù)雜荷載，并能良好地適應(yīng)各種地質(zhì)條件，廣泛用于處理濕陷性的黃土路基。樁的形式主要有：錘擊預(yù)制樁、預(yù)制鋼筋混凝土樁、振動沉管灌注樁、擴(kuò)孔樁、人工挖孔灌注樁等
2.5干拌水泥碎石樁
干拌水泥碎石樁是在碎石樁、CFG 樁的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)新的公路路基非開挖快速加固技術(shù)，具有施工簡便快速、施工周期短、不開挖路基保證道路通暢、環(huán)境污染小、節(jié)約材料、節(jié)省投資的優(yōu)點(diǎn)；同時具有可增加路基承載力，減少不均勻沉降、排水固結(jié)、抗液化和提高整體穩(wěn)定性等功能。
2.6方案的比選
老路基加固方法的選擇要因地制宜，西寶高速工程施工為改擴(kuò)建工程，在施工過程中還要考慮行車安全及暢通。“半側(cè)通行、半側(cè)施工”的施工環(huán)境決定了不能采用施工周期長、作業(yè)面大、擾動大的路基加固方法。經(jīng)過對以上濕陷性黃土路基處理方法的比選，采用換填土層法和干拌水泥碎石樁方法進(jìn)行老路基的加固處理。
3老路基的加固處理方案
3.1 南半幅加固方案
南半幅老路路床底及硬路肩部位采用干拌水泥石灰砂礫樁進(jìn)行加固處理，在底基層銑刨或開挖前進(jìn)行。采用螺旋鉆成孔，樁徑30cm，樁間距為1.3m，呈梅花型布置，樁長要求伸入原地面下1.5m。
干拌水泥石灰砂礫樁加固完成后銑刨或挖除底基層，再將原土路基挖至設(shè)計(jì)新路床底以上20cm，采用寶馬路拌機(jī)將路床底以上20cm土路基翻松整平，外摻8%石灰，形成20cm路拌石灰土封層，上面再換填60cm級配良好的砂礫或銑刨料，分層填筑。
3.2北半幅加固方案
根據(jù)南半幅的施工經(jīng)驗(yàn)和實(shí)施效果，對老路基加固方案進(jìn)行了調(diào)整優(yōu)化，北半幅老路加固方案如下：
?。?）路基填高小于1.62m的路段
換填120cm級配良好的砂礫或水泥穩(wěn)定碎石基層銑刨料。
?。?）路基填高大于1.62m路段
換填深度為150cm；其中設(shè)計(jì)路床底以下70cm可采用粒徑稍大的礫石做墊層，80cm路床采用級配良好的砂礫或水泥穩(wěn)定碎石基層銑刨料。對于路基填高大于3.5m的路段，每隔60m設(shè)一道碎石盲溝。
?。?）病害嚴(yán)重和高填方路段
對于路基路面已出現(xiàn)縱向、橫向、弧形裂縫和沉陷等病害嚴(yán)重的土質(zhì)填方路段，根據(jù)路況調(diào)查結(jié)果，確定干拌水泥碎石樁加固施工路段和路基填高≥5m的路段，采用級配良好的砂礫換填，在換填路基底面以下進(jìn)行干拌水泥碎石樁施工，干拌水泥碎石樁（樁徑30cm，樁間距1.3m）加固到原地面以下1米。
3.3橋頭涵（臺）背加固方案
橋頭涵（臺）背加固采用換填和干拌水泥碎石樁進(jìn)行加固處理，然后進(jìn)行注漿加固。路床80cm采用水泥穩(wěn)定碎石，80cm以下采用級配良好的砂礫換填換填深度同相鄰一、二車道路基；換填深度以下采用干拌水泥碎石樁（樁徑30cm，樁間距1m）加固到原地面以下1米；注漿寬度為路基橫向全斷面寬度，長度為臺背回填縱向長度（橋梁為8米、通道為6米）。
4干拌水泥碎石樁施工工藝
根據(jù)西寶高速的實(shí)際情況，方案中較多的采用了水泥碎石樁，其施工工藝及技術(shù)關(guān)鍵如下所述：
4.1 原材料準(zhǔn)備
骨料應(yīng)選擇質(zhì)堅(jiān)干凈的10~30mm規(guī)格碎石和石屑（0~5mm），水泥采用強(qiáng)度等級P.C 32.5R以上水泥，參考配合比組成為：碎石：石屑：水泥=3.3:2.6:1（重量比），通過試樁情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
4.2 施工工藝
（1）成孔
樁位經(jīng)監(jiān)理檢驗(yàn)合格后開始進(jìn)行此道工序，將鉆孔對準(zhǔn)樁位，然后按設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高鉆孔。孔位偏差≤10cm，垂直度偏差≤1.5%，成孔直徑≥30cm。
?。?）集中拌和
干拌水泥碎石樁混合料采用集中拌和的方式保證質(zhì)量的穩(wěn)定。拌和時嚴(yán)格按給定配合比上料，做到配料計(jì)量準(zhǔn)確，保證攪拌時間不少于120秒。
?。?）成樁
先用夯錘將孔底虛土夯實(shí)，落錘高度不小于1m，重復(fù)這一步驟，自下而上的制作樁體，直至孔口。
4.3 質(zhì)量檢查驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)
干拌混合料的拌和必須采用拌和設(shè)備嚴(yán)格按照配合比進(jìn)行，不得采用人工拌和的方式，干拌水泥碎石樁驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。
5 結(jié)語
干拌水泥碎石樁適應(yīng)于高含水量、低密度的路基，其設(shè)備操作簡單，施工工期短，能對濕陷性黃土路基進(jìn)行較好的處理，處理的路基穩(wěn)定，加固效果顯著，在眾多的工程中使用效果良好。
西寶高速公路改擴(kuò)建工程于2011年10月通車，經(jīng)過兩年時間的觀察，目前路基使用效果良好，無明顯病害發(fā)生。建立的觀測點(diǎn)，進(jìn)行長期的跟蹤觀測，驗(yàn)證其耐久性能，為今后陜西省以及其他濕陷性黃土分布較多地區(qū)的高速公路改擴(kuò)建工程提供技術(shù)參考。
