某公路桥头路基液化土地基分析及处治设计

2020-08-27李艳明

山西交通科技 2020年3期

李艳明

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西太原 030032）

1 工程概况

图1 工程地质断面图

某一级公路K0+210—K0+235段桥头路基以填方形式穿越河漫滩，填方高度在3.1～3.5 m，河漫滩工程地质岩组主要为松散土体类型，该岩组主要分布于项目区的河谷冲积平原区，包括第四系上更新统及全新统地层。岩性主要由填土、粉土、砂土、卵砾石层组成，分别属人工堆积、冲洪积成因，地形起伏不大，地势平坦，由于路线方案沿黄河河漫滩展布，地下水位埋深较浅，且处在Ⅶ度震区范围，所以影响路线方案的不良地质主要为砂土液化，对路基及桥涵稳定性有一定安全隐患。根据地质调绘和钻探揭示（见图1），由于路线均位于黄河漫滩和低阶地地貌单元，地下水位埋深较浅，一般在3.6～5.0 m，属潜水类型，由河流及大气降水共同补给，地下水埋深与季节密切相关。土体在地下水的长期浸泡下，土质松散湿软，具较高压缩性，较低承载力；砂类土呈松散、潮湿—饱和状态，且处在Ⅶ度震区范围，地表以下20 m深度范围内的Q4al+pl砂性土由于黏粒含量低，土质疏松，当这些土层位于地下水位以下时，在地震条件下易发生地基土层液化，造成地面沉降、塌陷[1]，直接影响地基稳定性，易发生交通事故。为保证桥头路基和桥头路基地基的稳定，拟对桥头路基液化土地基进行处理。

2 液化土判别、液化指数计算分析及等级确定

2.1 液化土判别

拟建公路地面下20.0 m或15.0 m深度范围内存在有第四系全新统（Q4）冲洪积的饱和砂类土、饱和粉土层时首先进行液化初判，结合地质钻探及土工试验综合成果表，经初判，该区间内的饱和粉土黏粒含量7.0%～10.1%，部分饱和粉土存在液化可能，饱和砂土存在液化的可能。

2.2 液化指数计算分析及液化等级确定

根据初判可能液化的结果，采用标准贯入试验法对桥头路基地基液化土做进一步的液化判别，计算液化土的液化指数，确定液化等级，计算公式[2]如式（1）、式（2）：

式中：Ncr为标准贯入锤击数临界值；N0为液化判别标准贯入锤击数基准值（本项目区为Ⅶ度区，基本地震加速度为0.15g，基准值取值10）；dw为地下水位深度，m；ρc为黏粒含量百分率，当小于3或为砂土时按3考虑；IlE为液化指数；n为在判别深度范围内每个钻孔标准贯入试验点的总数；Ni为第i个点实测标准贯入锤击数；Ncri为第i个点标准贯入锤击数；di为第i个点所代表的土层厚度；Wi为第i个点土层厚度的层位影响权函数。

根据式（1）、式（2）对 CZK1、CZK2、CZK3 钻孔资料进行分析计算得，CZK1液化指数22.48，液化等级为严重；CZK2液化指数15.24，液化等级为中等；CZK3液化指数22.70，液化等级为严重，其液化指数及液化等级计算表见表1。

表1 液化指数级液化等级计算表

根据表1计算结果可知，K0+210—K0+235段桥头路基地基土存在液化，液化指数为22.70，液化等级为严重，需对桥头路基地基液化土进行处治，全部消除地基液化沉陷，保证桥头路基的稳定。

3 桥头路基液化土地基处治设计

为防止地震条件下砂类土液化而造成路基沉降、塌陷，对于路基填土高度大于等于3 m、上覆非液化土层厚度或地下水位的深度小于5 m及对应地面以下5 m深度内液化土层的累计厚度大于2 m且路堤高度大于5 m的路段进行液化处理。考虑K0+210—K0+235段桥头路基地基土为严重液化、桥头路基填土高度3.1～3.5 mm、地下水位的深度4.8 m等因素，对桥头路基地基液化土进行处治设计，全部消除地基液化沉陷，桥梁范围内液化土桩长计算时应考虑桩侧摩阻力的液化土折减。

3.1 处治方案设计

消除液化土沉陷主要处治措施有换填土法、振冲法、振动加密法、挤密碎石桩法、冲击碾压法、强夯法、同步爆扩法、预制桩法、桩基法[3-4]等。

本项目液化土厚21.2 m，考虑采用预制桩法进行处治，预制桩法通过打入的预制桩来挤密液化土，提高标贯锤击数而达到处治液化土的目的。预制桩一般不受桩长限制，它可以通过焊接形成较长的桩长，同时它施工方便、施工速度较快、处治效果较好、且不存在泥浆等环境污染等优点，现广泛运用于软土、液化土等地基处治。结合本项目液化土层厚较厚、液化等级严重的特殊性，且位于桥头路基过渡段内，综合考虑采用预制管桩来对桥头路基地基液化土进行处治。管桩按混凝土强度等级或有效预压应力分为预应力混凝土管桩（PC）、预应力高强混凝土管桩（PHC）、预应力混凝土薄壁管桩（PTC），同一桩径条件下，PTC一般造价比PC和PHC相对便宜，考虑本项目处治长度在20 m左右及工程造价等原因，对K0+210—K0+235段桥头路基液化地基土采用PTC进行处治。