西寶改擴建工程濕陷性黃土地區(qū)老路基加固技術的應用研究
2016-04-18
0 前言
濕陷性黃土在我國主要分布于三北地區(qū)即，東北、華北、西北，尤其黃河流域最為廣泛，多年來，濕陷性黃土的存在給交通的發(fā)展帶來了很多困難。在濕陷性黃土上修建的公路，路基易產生不均勻沉降，路面易出現(xiàn)裂縫，嚴重影響了公路的行駛質量，縮減了路面的使用壽命，造成了巨大的經濟損失。因此，在濕陷性黃土地區(qū)修建高速公路，路基必須加以處治。本文將以西寶高速公路改擴建工程為例，詳細闡述濕陷性黃土地區(qū)老路基病害處治、加固技術。
1 工程概述
西寶高速公路改擴建工程于2008年12月開工建設，東起西安繞城高速公路阿房宮立交，經西安市、咸陽市、楊凌示范區(qū)，止于寶雞市石嘴頭，途徑4市11縣（區(qū)），興平西吳至虢鎮(zhèn)東段為雙側拼接加寬為八車道高速公路，長103.248公里。西寶高速公路所經地區(qū)分布有大量濕陷性黃土，給改擴建施工帶了極大的困難。因此，選擇合適的加固處理方案十分重要。
2 老路基加固方案比選
2.1換填土層法
將地基一定深度范圍內的濕軟土層挖除，換以強度較大的砂礫、碎石、灰土或素土，以及其他性能穩(wěn)定無浸蝕性的土類，并予以壓實。換填深度一般在0.6~1.2m之間，太厚施工難，太薄效果差，換填土層后可以大幅度的提高地基承載力、減少地基沉降量。
2.2重錘夯實法
重錘夯實法是利用重錘從高空自由下落時產生的沖擊能，使地面下一定深度內土層達到密實狀態(tài)的地基處理方法。有效夯實深度取決于錘重、錘底直徑、落距和土類。重錘夯實法可以提高地基承載力、消除濕陷性地基的濕陷現(xiàn)象。重錘夯實法可分為表層夯實法和強力夯實法。
2.3擠密法
采用沉管、沖擊或爆破等方法土基成孔，然后在孔中灌灰土、石灰等材料，搗實而成直徑較大的樁體，利用橫向擠密作用，使地基土粒彼此靠緊，孔隙減少?？妆惶顫M和壓緊，形成樁體，樁體具有較高的承載力，群樁的面積約占松散土加固面積的20%和原土組成復合地基，達到加固的目的。
2.4樁加固
樁基礎是將上部荷載通過樁穿過較軟土層傳遞給下部堅硬土層的基礎形式。樁基礎能承受復雜荷載，并能良好地適應各種地質條件，廣泛用于處理濕陷性的黃土路基。樁的形式主要有：錘擊預制樁、預制鋼筋混凝土樁、振動沉管灌注樁、擴孔樁、人工挖孔灌注樁等
2.5干拌水泥碎石樁
干拌水泥碎石樁是在碎石樁、CFG 樁的基礎上發(fā)展起來的一項新的公路路基非開挖快速加固技術，具有施工簡便快速、施工周期短、不開挖路基保證道路通暢、環(huán)境污染小、節(jié)約材料、節(jié)省投資的優(yōu)點；同時具有可增加路基承載力，減少不均勻沉降、排水固結、抗液化和提高整體穩(wěn)定性等功能。
2.6方案的比選
老路基加固方法的選擇要因地制宜，西寶高速工程施工為改擴建工程，在施工過程中還要考慮行車安全及暢通。“半側通行、半側施工”的施工環(huán)境決定了不能采用施工周期長、作業(yè)面大、擾動大的路基加固方法。經過對以上濕陷性黃土路基處理方法的比選，采用換填土層法和干拌水泥碎石樁方法進行老路基的加固處理。
3老路基的加固處理方案
3.1 南半幅加固方案
南半幅老路路床底及硬路肩部位采用干拌水泥石灰砂礫樁進行加固處理，在底基層銑刨或開挖前進行。采用螺旋鉆成孔，樁徑30cm，樁間距為1.3m，呈梅花型布置，樁長要求伸入原地面下1.5m。
干拌水泥石灰砂礫樁加固完成后銑刨或挖除底基層，再將原土路基挖至設計新路床底以上20cm，采用寶馬路拌機將路床底以上20cm土路基翻松整平，外摻8%石灰，形成20cm路拌石灰土封層，上面再換填60cm級配良好的砂礫或銑刨料，分層填筑。
3.2北半幅加固方案
根據南半幅的施工經驗和實施效果，對老路基加固方案進行了調整優(yōu)化，北半幅老路加固方案如下：
?。?）路基填高小于1.62m的路段
換填120cm級配良好的砂礫或水泥穩(wěn)定碎石基層銑刨料。
（2）路基填高大于1.62m路段
換填深度為150cm；其中設計路床底以下70cm可采用粒徑稍大的礫石做墊層，80cm路床采用級配良好的砂礫或水泥穩(wěn)定碎石基層銑刨料。對于路基填高大于3.5m的路段，每隔60m設一道碎石盲溝。
?。?）病害嚴重和高填方路段
對于路基路面已出現(xiàn)縱向、橫向、弧形裂縫和沉陷等病害嚴重的土質填方路段，根據路況調查結果，確定干拌水泥碎石樁加固施工路段和路基填高≥5m的路段，采用級配良好的砂礫換填，在換填路基底面以下進行干拌水泥碎石樁施工，干拌水泥碎石樁（樁徑30cm，樁間距1.3m）加固到原地面以下1米。
3.3橋頭涵（臺）背加固方案
橋頭涵（臺）背加固采用換填和干拌水泥碎石樁進行加固處理，然后進行注漿加固。路床80cm采用水泥穩(wěn)定碎石，80cm以下采用級配良好的砂礫換填換填深度同相鄰一、二車道路基；換填深度以下采用干拌水泥碎石樁（樁徑30cm，樁間距1m）加固到原地面以下1米；注漿寬度為路基橫向全斷面寬度，長度為臺背回填縱向長度（橋梁為8米、通道為6米）。
4干拌水泥碎石樁施工工藝
根據西寶高速的實際情況，方案中較多的采用了水泥碎石樁，其施工工藝及技術關鍵如下所述：
4.1 原材料準備
骨料應選擇質堅干凈的10~30mm規(guī)格碎石和石屑（0~5mm），水泥采用強度等級P.C 32.5R以上水泥，參考配合比組成為：碎石：石屑：水泥=3.3:2.6:1（重量比），通過試樁情況進行適當調整。
4.2 施工工藝
?。?）成孔
樁位經監(jiān)理檢驗合格后開始進行此道工序，將鉆孔對準樁位，然后按設計樁底標高鉆孔?？孜黄?le;10cm，垂直度偏差≤1.5%，成孔直徑≥30cm。
?。?）集中拌和
干拌水泥碎石樁混合料采用集中拌和的方式保證質量的穩(wěn)定。拌和時嚴格按給定配合比上料，做到配料計量準確，保證攪拌時間不少于120秒。
（3）成樁
先用夯錘將孔底虛土夯實，落錘高度不小于1m，重復這一步驟，自下而上的制作樁體，直至孔口。
4.3 質量檢查驗收標準
干拌混合料的拌和必須采用拌和設備嚴格按照配合比進行，不得采用人工拌和的方式，干拌水泥碎石樁驗收標準。
5 結語
干拌水泥碎石樁適應于高含水量、低密度的路基，其設備操作簡單，施工工期短，能對濕陷性黃土路基進行較好的處理，處理的路基穩(wěn)定，加固效果顯著，在眾多的工程中使用效果良好。
西寶高速公路改擴建工程于2011年10月通車，經過兩年時間的觀察，目前路基使用效果良好，無明顯病害發(fā)生。建立的觀測點，進行長期的跟蹤觀測，驗證其耐久性能，為今后陜西省以及其他濕陷性黃土分布較多地區(qū)的高速公路改擴建工程提供技術參考。
