干拌水泥碎石桩路基加固技术

2014-03-20张铁军

交通运输研究 2014年10期

张铁军

（邯郸市交通运输局，河北邯郸 056001）

1 干拌水泥碎石桩加固路基的设计理念

高速公路的路面容易发生各种病害，如大型的翻浆、沉陷以及偶尔出现的车辙印迹。这种情况的出现主要是因为路基土的含水量过大，导致其强度降低，因此需要用干拌水泥碎石桩的方式来加固。在这种情况下，假定路面结构层的厚度、模量恒定，且为初始值，要想使其和原来的设计强度相同，就需要运用干拌水泥碎石桩加固的方式让路面整体达到相应的强度。

高速公路建成以后，再采取干拌水泥碎石桩加固路基的方式，归根结底就是在高速公路的路基土里加一层加固层（其厚度为hof、回弹模量为Eof）和下面的路基土结合在一起，为路面奠定基础，路基土创建的等效模型见图1。将复合路基土体与下面的路基土结合在一起，以路基土顶面弯沉等效方法为基础，将其等效成一层土体。其中等效后的路基土回弹模量是。

图1 路基土创建的等效模型

本文用干拌水泥碎石桩加固路基的设计思路见图2。

图2 设计思路

2 干拌水泥碎石桩加固路基的设计过程

2.1 干拌水泥碎石桩加固路基设计前的工作

进行干拌水泥碎石桩加固路基设计之前，要进行一系列的准备工作。准备工作以收集设计过程所需的技术资料为主，收集的技术资料涵盖路面、路基的结构资料、路基土的性质资料、设备、设施资料等。路基加固设计之前需做如下准备工作。

（1）筹备路面结构病害的资料及所需的公路设计资料等。在设计之前，首先要进行相关资料的调查工作；然后根据相关的信息资源，对加固路段的各项指标加以明确；再收集加固路段在新建时所涉及的资料和竣工资料等，对加固路段的路面，如基层、底基层、土基等结构类型加以明确，确定路面的厚度、模量等指标。同时检测路基土的含水量等。

（2）在设计之前，要筹备施工时所需要的设备设施等，掌握本地的钻孔、夯扩等设备的使用资料。

2.2 干拌水泥碎石桩加固路基设计工作

（1）干拌水泥碎石桩加固路基的范围

干拌水泥碎石桩加固路基的范围指的是路基加固的路段以及深度。加固路段平面的确定要以整个道路的损坏情况的调查数据为依据。

明确干拌水泥碎石桩需加固的路段后，就要明确路基的加固深度，即桩长，可用H表示。路基的加固深度要以路段的路基土填土高度为基础加以明确，通常情况下要在原地基土基础上深入1～2m。

（2）干拌水泥碎石桩加固路基的目标

以整个道路破损情况的调查数据为依据，在确定加固路基路段的平面、深度的范围之后，也就是在设计干拌水泥碎石桩加固路基以前，要确定干拌水泥加固路基的目标，即明确干拌水泥碎石桩加固路基所要达到的加固效果。本文中，干拌水泥碎石桩加固路基应该是以新建路段时的设计弯沉为基础目标的。

（3）原路基土回弹模量参数Eot

在设计干拌水泥碎石桩加固路基时，要确定原路基土的回弹模量参数。如果高速公路已经建成，不方便检测原路基土的回弹模量，则可通过采取如下方法进行估算。

首先，在高速公路的路堤的边坡、坡脚之上，钻出适当的孔进行取样，对其含水量进行检测，将此含水量的样本当作高速公路路基土的含水量。其次，对一些高速公路地区的塑限环境、液限环境进行调查取样，得到此高速公路路基土的稠度。再次，通过翻阅相关资料，对沥青路面的设计标准加以科学化、规范化。最后，根据土基的回弹模量、土的稠度、压实度的回归关系等计算出高速公路路基土的回弹模量。

（4）路基土加固区复合回弹模量Eof

设复合路基土厚度为hof（m）、原路基土回弹模量为Eot（MPa）、等效路基土回弹模量为E1o（MPa）、复合路基土回弹模量为Eof（MPa），可以得到以下等式：

在以上干拌水泥碎石桩的设计理念中，假如加固以后的等效路基土回弹模量，在数值上与路面设计基土回弹模量相等，即=Eo时，相当于达到其设计目标。

（5）路基土桩体抗压模量Eoz

试验数据表明：桩体抗压模量的参考取值范围是600～1000MPa。

（6）路基土的置换率m

经过一系列转换，可得出下式：

式中：Eof是复合路基土回弹模量（MPa）；Eot是加固前土的回弹模量（MPa）；Eoz是桩体弹性模量（MPa）；m是置换率（%）。

（7）路基土的桩径d

设计钻孔直径要与当地的施工机械情况有机地结合。如果桩径小的话，桩数则需要增多，同时成孔、回填夯扩的工作量也相应的加大；如果桩径大的话，桩间土的密度则应相应的减小，将影响到加固的相应效果，而且要求成孔、夯扩机械具有很大的能量，这对硬件设施的条件要求也会很高。总之过大的孔径将影响路面结构的完整性。

从我国目前的公路施工器械、设备情况出发，以所选用的成孔、夯扩等设施、设备为基础，一般选择成孔的直径为15cm或20cm。

（8）明确选择布桩的方式、间距

大量试验、施工信息、数据资源表明，正三角形的布置方式可以取得最好的紧密叠加效果。所以，要以正三角形布置方式来进行干拌水泥碎石桩路基加固设计。桩间距的计算公式是：

式中：L表示桩间距（m）；d表示桩径（m）；m表示置换率（%）。

3 干拌水泥碎石桩加固路基的实例设计

3.1 路基路面的基本情况

（1）路面的结构设计参数

经过查询新建路基的一些相关资料，路面结构组合、材料、厚度、模量参数见表1。

表1 路面结构设计参数表

（2）路基的路幅组成

路宽度26m，其中中间带4.5m；中央分隔带3m，左右路缘带分别为2×0.5m；土路肩宽度为2×0.75m。

（3）路基的横断面

路基的横断面见图3。

图3 路基横断面图（单位：cm）

本路段全部填土方，填土高度不超过8m，平均填土高度为4m，路基边施工的坡度为1∶1.5，其设计规范为平原微丘区高速公路标准。

3.2 路基设计方法的具体实施方案

根据上述方案、流程，确定了干拌水泥碎石桩的桩体参数。根据本文所提到的干拌水泥碎石桩加固路基的设计方案，确定碎石桩的参数如下：桩长为6m，桩体的模量为850MPa，正三角形布置桩径为15cm，桩间距1m。图4、图5分别为桩体布置的立面图、平面图。

图4 干拌水泥碎石桩布桩立面图（单位：cm）

图5 干拌水泥碎石桩布桩平面图（单位：cm）

运用干拌水泥碎石桩进行路基加固的方案：选择正三角形形状作为布防的模式，桩距1m，排距0.866m，桩径为15cm，从桩底至原地表下方深入2m，由于平均填土的高度是4m，加上深入的2m，所以桩长为6m。运用干拌水泥碎石桩对该路段路基加固五年以后，又进行了通车运营。路面本身再无新的纵向裂缝产生，同时路基也没有发生沉降现象。有效的控制了路基、路面病害的的发生。

实验数据及相关信息表明，本文关于干拌水泥碎石桩加固路基的理论与方法是切实可行的。