某高速公路工程中特殊路基处理的探讨

姚智勇

摘要：在公路建设中，路基工程因线路长其工程数量大、涉及面广、耗资大；特别对于山区公路，因各项技术指标(如计算行车速度、宽度、平纵曲线半径、纵坡等)有严格的规定，设计标准要求较高，投资额巨大，故对设计、施工水平要求更高。本文介绍了水泥搅拌桩与土工格栅相结合为主，开挖台阶、回填石灰土为辅的综合处理措施。检测结果表明：加固后的复合地基强度高，总沉降与工后沉降均较小，结合部强度高

关键词：高速公路：复合地基；水泥搅拌桩；土工格栅加筋垫层地基；单桩承载力

1、引言

随着经济的高速发展，原有的高速公路越来越不能满足发展的需要，老路加宽扩建势在必行。某地区高速公路路基加宽工程中，原有地基及路基沉降已基本完成，而新加宽部分地基及路基沉降刚刚开始。新旧路基在稳定性和路基承载力等方面的差异。使新旧路基之间产生相对较大的差异沉降。进而引起既有路基变形。新路基失稳通过某高速公路道路加宽工程特殊路基处理设计。

2、地质状况

在该工程所在位置设深度为55m的地质钻探孔。该孔揭示的地质状况由上而下为:素填土层2.6m，承载力标准值110kPa；全新统上组第一陆相层亚豁土层厚2.6m，黄褐色，含铁质及腐殖质，软塑，中压缩性土，侧阻力特征值为30kPa，承载力标准值105kPa；全新统一中组第I海相层层厚7m,主要由亚豁土组成，夹淤泥质土薄层，砂钻互层，砂性大，含贝壳，属中等压缩性土，侧阻力特征值为20kPa，承载力标准值100kPa；全新统下组第I[陆相沼泽相沉积层层厚2m，软可塑，顶部含有大量有机质，含蚌壳，属中等压缩性土，局部夹私土透镜体，侧阻力特征值为43kPa，承载力标准值120kPa；全新统下组第n陆相河床一河漫滩相沉积层亚砂土层厚2.8m，黄褐色，饱和，中密，含铁质和蚌壳，属中低压缩性土，侧阻力特征值为50kPa，承载力标准值150kPa；全新统下组第n陆相河床一河漫滩相沉积层亚赫土层厚3.4m，黄褐色，可塑，含铁质及少量姜石，属中压缩性土，水平方向分布连续，局部地区夹豁土透镜体，侧阻力特征值为50kPa，承载力标准值140kPa。

3设计计算

以填土高度4.2m为例进行计算。现状地表高程在3.1～3.9m内，经查阅资料，该段地表原地面高程为2.6m左右，近年来新填筑素土，达到目前高程。考虑到新填筑素土密实度差，有机质含量高、中间或有部分杂填物，为了保证新旧路基搭部分的路基稳定，对原地表高程平均清表0.9m至标高2.6m再进行特殊路基处理。结合某地区道路加宽经验，拟采用水泥搅拌桩为主进行地基处理，同时辅以聚丙烯土工格栅。

3.1单桩竖向承载力特征值计算

根据文献，单桩竖向承载力特征值采用下两式估算，取其中较小值:

式中:Ra为单桩竖向承载力特征值，kN；η为桩身强度折减系数，干法可取0.2～0.3，湿法可取0.25～0.33,本项目中采用0.33；持甀为与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块(边长为70.7mm的立方体，也可采用边长为50mm的立方体)在标准养护条件下90d龄期的立方体抗压强度平均值，kPa；Ap为桩的截面积，m2。

式中:up为桩的周长，m；n为桩长范围内所划分的土层数；qsi为桩周第i层土的侧阻力特征值，kPa,对淤泥可取6～12kPa，对软塑状态的豁性土取10～15kPa，对可塑状态豁性土可取12～18kPa；li为桩长范围内，第i层土的厚度，m；a为桩端天然地基土的承载力折减系数，可取0.4～0.6，承载力高时取低值，本项目取0.4；qp为桩端地基土未经修正的承载力特征值，kPa，可按有关规定确定。

根据式((1)确定单桩承载力。当普通硅酸盐水泥425号掺人量不少于20%时，90d龄期，桩身强度持甀攀㈢.0MPa，则:

根据式(2)确定单桩承载力。现状地面高程为3.1～3.9m，平均为3.5m，平均清表0.9m后得到清表后地面高程为2.6m。下设0.5m碎石垫层，得到搅拌桩桩顶高程为2.1m，即搅拌桩桩顶位于现状地面下1.4m。素填土侧阻力按0kPa计算。

水泥搅拌桩设计，主要是确定搅拌桩的置换率和长度。竖向承载搅拌桩的长度应根据上部结构对承载力和变形的要求确定，并宜穿透软弱土层到达承载力相对较高的土层。本次加宽处理综合考虑地质状况及水泥搅拌桩有效桩长等因素，桩底端置于侧阻较大(43kPa)、端阻较大(120kPa)的全新统下组第fl陆相沼泽相沉积层。

假设桩底置于距离全新统下组第n陆相沼泽相沉积层顶层1.2m处，桩长按12m计算，承载力:

经比较，单桩竖向承载力特征值取129.6kN。

3.2桩的面积置换率

综合考虑作用在路基上的车辆荷载、路基填土高度、碎石垫层高度，复合地基承载力:猁瀀欀=120kPa。取桩间土容许承载力: 猁欀=100kPa。复合地基置换率:

式中: 猁瀀欀为复合地基承载力特征值，kPa；猁欀为处理后桩间土承载力特征值，kPa，宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值；β为桩间土承载力折减系数，本项目取0.4。

3.3布桩设计

由式（4）、（5）得到：

式中:de为根桩分担的处理地基面积的等效圆直径，m；d为桩身直径，m；s为桩间距，m。

采用正方形布桩时，则由式(6)可得:

取s=1.2m，则：

由式（3）转换，得：

满足设计要求。

采用同样的方法可以得到其他填土高度的桩长、桩间距等，如表1所示。桩顶先铺设一层聚丙烯双向土工格栅，隔栅上填筑一层50cm厚碎石垫层，碎石层上表面再铺设一层聚丙烯双向土工格栅。

实际施做时，先测量放样，确定新加宽路基地面标高2.6m时的坡脚位置，然后清表。旧路基边坡坡度为1:2，新路基边坡为1:1.5。清表时，旧路基边坡还按1:2的边坡刷坡。

为了保证整个复合地基变形一致，最大程度降低工后沉降，同一横断面桩顶高程应一致。高程一致还可以避免旧路基搅拌桩施工所引起的破坏。

旧路基坡脚外侧搅拌桩桩顶铺设厚度为50cm碎石垫层，同样基于新旧路基差异沉降最小化及最大限度减少对旧路基的扰动考虑，在旧路基坡脚内侧不设置碎石垫层，但坡脚内外侧搅拌桩桩顶标高一致。

3.4聚丙烯双向土工格栅搭茬处理

新旧路基搭接处应开蹬处理，蹬宽1m,蹬高0.5m，开蹬处铺设2m宽聚丙烯双向土工格栅及向内侧2%的坡度。加宽路基回填10%灰土，1m厚素土包边；路堤填筑宽度每侧应宽出填筑层设计宽度30cm，压实宽度不小于设计宽度，最后削坡。坡脚以外至现状隔离栅(包括边沟)回填素土至原地面标高，并找平压实，压实度≥85%，然后开挖边沟。

4桩基测试

4.1开挖检查

开挖检查是检查成桩质量、测量桩径大小、了解排距、孔距是否符合设计要求的最可靠的检测方法。具体做法是开挖露出桩头，去掉浮浆，并向下开挖深达1m左右。经现场检查，所有开挖的水泥搅拌桩都比较完整，成桩性好，胶结较均匀，并有不少浆液渗人到土体裂隙中，使周围土体也得到了不同程度的加固。平均桩径达到0.53m，满足设计桩径妻0.5m的要求，排距、孔距符合要求。

4.2钻孔取芯、室内固结块强度试验

钻芯法是水泥搅拌桩检验单孔固结体质量的一项常用的方法。通过钻孔取芯检测，可以对桩身水泥土强度、桩的完整性、桩长及持力层性状能否满足设计及规范的要求进行判断。其中，桩身水泥土抗压等强度检测常常是钻芯检测的重要内容。