组合桩法处理既有道路湿陷性黄土路基沉降病害应用研究

陈 梦，张 涛

(1.山西省交通建设工程质量检测中心(有限公司)，山西 太原 030000；2.山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030000)

0 引 言

路基沉降病害是既有运营公路最常见、最典型的病害类型之一，由于其产生原因复杂，一直以来都是道路养护管理部门的重点养护工作。特别是早期建设的高速公路，未能在建设期对湿陷性黄土场地的地基及路堤采取有效处治措施，导致道路通车运营后路基湿陷沉降，地基土及高填路堤边坡产生侧向位移，并产生大量附加沉降。

为了保证湿陷性黄土地区既有道路的正常使用，减少路基进一步变形，需对已发生的路基沉降及推移等病害进行有效处治。目前常用处治方法有挤密桩法、旋喷桩法等，通过形成复合地基技术消除湿陷性、控制沉降变形，达到提高地基及路堤承载力的目的。此类方法工艺成熟，但仍存在以下问题：对于黄土地基以及路侧隔水的关注较少，易导致地表水侧向或斜向渗透浸入路基下地基土体，进而发生地基沉降，从而引起上部路基沉降的发生；大多只考虑了竖向方向的湿陷及压缩变形，忽略了路基侧向变形及其附加沉降带来的影响。

采用单一地基处理方法存在局限性，且有较大病害复发可能。随着我国公路养护技术的不断发展，采用两种或两种以上综合处理方法，即组合桩法逐渐推广应用。本文结合宁夏高速公路路基沉陷病害处治工程，对组合桩技术在湿陷性黄土地区既有公路路基沉降病害加固处治中的研究应用作详细阐述。

1 组合桩法在宁夏高速公路中的应用方案

1.1 工程概况

本文所结合的实体工程位于宁夏南部的黄土丘陵区，属典型的黄土丘陵地貌，沿线黄土湿陷性等级在自重湿陷Ⅱ级-自重湿陷Ⅲ级。受道路沿线周边季节性灌溉农田的影响，部分路基存在集中连续、不均匀且较为严重的路基沉陷病害情况，相关养护管理部门积极采取了沥青混合料加铺调平的应急方案，最大加铺厚度达到105 cm，但至今大部分路段仍存在不同程度的沉陷病害，特别是桥头和涵洞两侧沉陷最为明显。由于路基沉陷，导致沿线波形梁护栏严重变形，中央分隔带砌体预制块下陷、开裂，部分路段存在纵向裂缝，桥头搭板翘曲变形，边坡防护片石砌体变形、塌落，排水沟砌体沉陷、破坏，严重影响道路的使用质量和行车安全。

1.2 路基沉降原因

(1)地质原因

道路沿线原状土颗粒组成以粉粒(0.075～0.005 mm)为主，具有明显多孔性，肉眼可见大孔隙、虫孔，含有部分盐分结晶，为典型的湿陷性黄土。经过对典型土样进行湿陷性试验，发现沿线黄土湿陷等级以自重Ⅱ级湿陷为主，少量为自重Ⅲ级和Ⅳ级。另外通过对典型土样进行含盐量试验，发现该路段黄土以硫酸盐渍土和亚硫酸盐渍土为主，并且盐渍化程度以弱盐渍土为主，分布有少量中盐渍土，具有较强的溶陷性。

(2)水的影响

无论是黄土的湿陷性，还是盐渍土的溶陷性，只有在“水”的作用下，这些性质才能体现出来。公路运营期期间，路基两侧水环境发生较大变化，由旱地变为水浇地，农田的季节性灌溉使得灌溉水不同程度下渗至路基下的地基。另外，沿线路基沉降路段多为低洼聚水部位，其相应的急流槽、排水沟多存在缺失、阻拦或破损等情况，不能起到有效、及时排除地表水的作用，地表水通过不完善的排水系统下渗至黄土地基后导致路基发生沉陷。

1.3 组合桩法加固方案

本文所结合的实体工程采用的路基沉陷加固方案为“路基高压旋喷桩”和“路侧夯实水泥土桩”，具体为。

(1)路基段及桥梁、涵洞台背位置采用高压旋喷桩进行满面处治

通常路基沉降病害在桥梁、涵洞位置最为明显，且沉陷量最大，其余一般路基段则较为均匀。针对工程实际情况和病害原因，采用高压旋喷桩对沉陷严重路段基底和桥涵台背进行加固处理，旋喷桩采用梅花形布桩，一般路基段桩间距2 m，桥涵台背位置桩间距采用1.5 m过渡至2 m的方式。为保证高压旋喷桩起到桩顶支撑作用，并有效防止上部构造物进一步沉降，其桩长应穿透整个湿陷性黄土层，最好可达到下部岩层等持力层。根据工程地质勘察结果和现场试桩情况，确定高压旋喷桩采用单管法实施，其成桩直径要求为最小截面大于40 cm，桩长为原地面下6～14 m。为了保证状体与原路基形成有效整体，加强地基和路基的有效过渡和荷载传递，并提高处治后复合地基的承载能力，旋喷桩处治长度向路基内嵌入不小于1 m。

(2)在路侧坡脚位置设置夯实水泥土桩隔水帷幕墙

为了减小由于灌溉水下渗导致的路基湿陷下沉，依托工程在坡脚位置同时设置夯实水泥土桩，其主要有以下两个目的：一方面通过设置连续的夯实水泥土桩形成隔水帷幕防止水分侧向渗入路基导致湿陷下沉，另一方面通过夯实水泥土桩的“围箍”加固作用限制基底侧向变形减小路基下沉。

采用高压旋喷桩和夯实水泥土桩相结合的路基沉陷病害处治方案，不仅可以提高地基承载力，隔断路基两侧地表水下渗，减小湿陷沉降，同时夯实水泥土桩在沉陷严重路段也可起到侧向围箍路基横向变形的作用，进一步保证处治效果。

2 组合桩法处理黄土路基沉降病害的效果分析

工程于2017年底完成全部地基加固建设并通车，项目建成后至今共经历了1个冻融期和2个雨季。为了观测组合桩法处治路基沉陷的效果，及时发现并反馈问题，总结和吸取工程经验，作者通过高程变化和行车舒适性两方面进行处治路段的跟踪观测和效果分析评价。其中，高程变化通过建立路面相对高程点，定期测量比较，行车舒适性通过平整度检测比较评价。

2.1 高程变化

项目建成通车后，开展了病害段落纵断面四等水准测量，测点间距为25 m，布设于上、下行中央分隔带和拦水带旁。将部分历史沉降严重路段纵断线测量结果与处治前原地面线和设计拉坡地面线进行对比，并汇总于图1。

图1 依托工程不同时期路基纵断面曲线

由图4中对比结果可知，工程沉降严重段落经处治后，路面纵断线形较处治前得到了极大的改善。受施工现场部分路段起伏较大的客观条件限制，路面找补加铺主要采用现场顺坡结合路面控制标高的方式，未能严格按照设计纵断面进行加铺处理，但处治后本次测量地面线与设计线基本一致，特别是历史沉降严重路段处治完毕后，经过1年半的通车运营，现状路面纵断线形仍然较为平顺，无明显大范围不均匀沉降现象，且与设计线形拟合程度较高，线形顺适度处于较高水平。

2.2 行车舒适性

行车舒适性评价通过累计颠簸累积仪测量路面平整度进行评价，表1为不同时期路面平整度检测结果对比。图2为处治前、后不同时期上、下行行车道RQI(行驶质量指数)技术等级对比图，由表2和图2可知：经处治后，路面平整度有明显改善，RQI技术等级为“优”的段落提升至94%以上；处治后的路面经过1年的运营，行车道平整度受路面坑槽、车辙等病害影响略有降低，但整体仍处于较高水平。

表1 不同时期平整度检测结果对比表

通过路基沉降观测和路面平整度检测数值分析、现场路况调查、养护单位调研、相关司乘人员满意度问询，工程采用的路基高压旋喷桩和路侧夯实水泥土桩相结合的“组合桩”对路基沉陷病害处理取得了较好的效果，整体路况、路容、路貌改观显著。

图2 不同年份行车道RQI对比图技术等级对比

3 结 论

湿陷性黄土地区路基沉陷病害的产生往往有多个影响因素，通过单一的地基处理方法进行处治往往存在较大的局限性，而通过采用组合桩法进行湿陷性黄土路基沉降病害处治，则更具针对性，根据对本文实体工程的实际应用及后期沉降处治效果评价结果发现，通过组合桩法对湿陷性黄土地基进行加固处治的效果是显著的，在形成复合地基提高承载力的基础上，引入了隔水、排水等预防性措施， 可有效防止路基沉降病害的再次发生， 是针对既有运营道路的一种成功、有效的湿陷性黄土路基沉降病害处治方案。