CGMT 桩处理路基沉陷的应用

2022-08-05赵鹏

山东交通科技 2022年3期

赵鹏

（中国公路工程咨询集团有限公司，北京 100089）

引言

湿陷性黄土广泛分布于我国西北部地区，随着西部地区尤其是宁夏回族自治区经济的快速发展，在湿陷性黄土地区修建的公路工程项目越来越多。虽然在填筑路基时已对湿陷性黄土进行了处理，但由于公路沿线湿陷性黄土的厚度变化较大，加上地下水、地表水的来源较为复杂，造成的湿陷性黄土地区路基工后沉陷问题较为普遍。如何有效处理湿陷性黄土地区路基工后沉陷问题成为工程界的重要课题。王四巍等［1-2］通过室内试验，对CGMT（干拌水泥碎石桩）桩的加固效果进行了研究，结果表明采用CGMT 桩加固后路基的不均匀变形变小，路基的承载力和变形性能得到改善；陶弘等［3］通过工程实践，对CGMT 桩用于旧路病害处理的问题进行了研究，结果表明CGMT 桩对路基填料有明显的挤密作用，并可有效降低路基内的含水量；林承洲、苑伟强等［4-5］通过实际工程，对CGMT 桩的施工工艺进行了研究，并总结了施工过程中的注意事项；赵铁军［6］通过实例分析对CGMT 桩加固路基的理论和方法进行了研究，并提出了经济性的优化措施；王红梅和赵根根［7］以路基沉陷速率和压实度为评价指标，对CGMT 桩处理湿陷性黄土路基沉陷的效果进行了评价，结果表明CGMT 桩可有效地减小路基的孔隙比，增加路基的压实度，提高路基的承载能力。

1 依托工程

宁夏省道103 线同心至海原公路属黄土丘陵地貌，区内沟壑发育，冲沟横断面多呈“V”或“U”型沟谷。场区工程地质分区为Ⅱ区，即陇东—陕北—晋西地质分区。特殊性岩土主要为湿陷性黄土，且以马兰黄土为主，均为自重湿陷性黄土，湿陷等级为Ⅳ级。

2 病害情况简述及分析

2.1 道路现状

据现场调查，K12+980—K13+015 段下行线路基出现明显沉陷，现场硬路肩内侧出现纵向裂缝，缝宽约3～5 cm，长度约34 m，路肩边部排水槽与手摆卵石之间存在3～5 cm 宽裂缝。第一级边坡有横向滑移迹象，但第二级边坡未发生明显变形，路堤边沟未发生明显的位移变形。K12+900—K12+980 段下行线路基及左侧排水设施沉陷明显，沉陷区域目前采用沥青混凝土填补，未出现路面裂缝。

2.2 钻孔及试验结果

为探究路基沉陷的原因，于路基沉陷处布设5处钻孔，并进行采样，见表1。

表1 钻孔布置

根据钻孔的结果显示，路面以下0～6 m 均采用粉土、粉质黏土、黄土状粉土填筑。K13+000 处路基填土下为黄土及泥岩，依据《膨胀土地区建筑技术规范》（GBJ 112—2013）规定，对该处泥岩取样做自由膨胀率试验，结果显示该处泥岩的膨胀率平均值为38.5%，属无膨胀性土。由标贯试验结果可知，K13+000 距路肩1.5 m 处路面以下1～12 m 击数变化不大，其余4 个芯样路面以下1～5 m，击数偏低，在4～11 次；路面以下5 m 击数明显提高。

4 个钻孔从路面以下2 m 起，每1 m 取的芯样含水率基本偏高，K13+000 外侧（裂缝左侧）钻孔的含水率比K13+000 内侧（裂缝右侧）芯样的含水率高，3 个路基边坡下2 m 位置有2 处土样含水率偏高，具体结果：K12+910 路面以下2～5 m 含水率偏高，为14.9%～21.6%；K12+958 路面以下2～8 m 含水率偏高，为15.5%～20.3%；K12+989 路面以下2～10 m 含水率偏高，为13%～21.4%；K13+000 距路肩1.5 m 路面以下2～20 m 含水率偏高，为14.4%～24.8%；K13+000 距路肩5 m 路面以下2～7 m 含水率偏高，为17%～21%，7～10 m 含水率正常，为11.3%～12.9%，K12+989、K13+000 的路基边坡下2 m 土样的含水率为19.4%～20%。

2.3 路面弯沉检测

弯沉检测采用贝克曼弯沉仪进行，测试车采用双轴、后轴双侧4 轮的BZZ-100 型标准车，并对行车道和超车道分别进行检测，检测间距为10 m。弯沉值检测结果见表2，由结果可知，K12+900—K13+040 段左侧行车道弯沉明显大于验收弯沉值17.8，K12+960—K13+040 段左侧超车道弯沉大于验收弯沉值17.8。

表2 弯沉检测结果

2.4 路基沉陷原因分析

查阅施工图资料得知，路基填筑时的填料最佳含水率为11.7%左右，但从芯样的含水率检测结果可知，沉陷段的路基含水率明显偏高。根据现场调查发现，该段路基前后为湿陷性黄土挖方路堑，边沟采用现浇混凝土浇筑，截水沟、排水沟采用预制混凝土拼装。由于自然降水从土体与混凝土间的缝隙渗入，引发黄土湿陷，导致排水设施的基底掏空，产生变形破坏。当排水设施破坏后，自然降水便在破坏处形成漫流，沿填挖交界处渗入路基范围内，导致路基填料含水率增高。由于K13 处路基基底为黄土及泥岩，在水的作用下发生形变，引发该处的路基边坡发生变形，导致路面与硬化土路肩之间产生纵向裂缝。由于裂缝的出现，路面水便从路面直接流入路基内，进一步加剧了路基含水率的升高，引发一系列连锁反应，导致路基沉陷严重。

3 处治方案

由于该段路基沉陷主要是由排水设施破坏导致路基含水率升高引发的，因此，处治时首先考虑修复和完善排水设施，降低路基的含水率。根据相关研究成果，CGMT 桩可在不开挖路面的条件下增加路基的承载力，同时吸收路基内的水分，降低路基内的含水率，因此，考虑采用CGMT 桩来处理该段的路基沉陷问题。

3.1 K12+900—K12+960 段

（1）该段长60 m，对行车道及硬路肩，采用CGMT 桩处理，桩底加长到原地面线下3 m。桩径采用15 cm，正三角形布置，桩间距0.5 m。桩内填料水泥∶石灰∶碎石∶石屑的建议重量比为0.5 ∶0.5 ∶6.7 ∶2.3，桩顶25 cm 封口采用C30 混凝土封闭。（2）铣刨硬路肩、行车道及超车道原有用沥青混凝土加厚的部分，换填C15 混凝土。（3）铣刨、重新铺筑硬路肩、行车道及超车道的沥青混凝土面层。（4）重做路肩及波形梁护栏。（5）对边坡防护及排水设施进行修复加固。

3.2 K12+960—K13+040 段

（1）该段长80 m，对行车道、超车道及硬路肩，采用CGMT 桩处理，桩底加长到原地面线下3 m。桩径采用15 cm，正三角形布置，桩间距0.5 m。桩内填料水泥∶石灰∶碎石∶石屑的建议重量比为0.5 ∶0.5 ∶6.7 ∶2.3，桩顶25 cm 封口采用C30 混凝土封闭。（2）为更好地保证裂缝处路基的稳定，自路基边缘向内5 m 范围内铣刨重做基层、底基层，基层开挖成台阶状，基层台阶宽度25 cm；对行车道及超车道内有沉陷的部分亦铣刨重做基层及底基层。（3）重新铺筑硬路肩、行车道及超车道的沥青路面面层。（4）最上一级6 m 边坡及1 m 平台采用40 cm 后浆砌片石防护，对其余防护、排水设施进行修复。（6）重做路肩及波形梁护栏。

4 施工注意事项

（1）成孔后应及时进行回填施工。在向孔内填料前先夯实孔底3～5 锤，再进行分层回填夯实。逐层以量斗定量向桩孔内下料，每次虚填厚度不大于25 cm。（2）CGMT 桩回填夯实应连续施工，每个桩孔一次性分层回填夯实，不得间隔停顿或隔日施工以免降低桩的承载力。（3）提升和反插的速度必须均匀。（4）施工过程中应及时挖除桩管带出的泥土，孔口泥土不得掉入孔中。（5）施工顺序为从加固范围内的外侧向内侧连续施工。