西宝改扩建工程湿陷性黄土地区老路基加固技术的应用研究
2016-04-18
0 前言
湿陷性黄土在我国主要分布于三北地区即，东北、华北、西北，尤其黄河流域最为广泛，多年来，湿陷性黄土的存在给交通的发展带来了很多困难。在湿陷性黄土上修建的公路，路基易产生不均匀沉降，路面易出现裂缝，严重影响了公路的行驶质量，缩减了路面的使用寿命，造成了巨大的经济损失。因此，在湿陷性黄土地区修建高速公路，路基必须加以处治。本文将以西宝高速公路改扩建工程为例，详细阐述湿陷性黄土地区老路基病害处治、加固技术。
1 工程概述
西宝高速公路改扩建工程于2008年12月开工建设，东起西安绕城高速公路阿房宫立交，经西安市、咸阳市、杨凌示范区，止于宝鸡市石嘴头，途径4市11县（区），兴平西吴至虢镇东段为双侧拼接加宽为八车道高速公路，长103.248公里。西宝高速公路所经地区分布有大量湿陷性黄土，给改扩建施工带了极大的困难。因此，选择合适的加固处理方案十分重要。
2 老路基加固方案比选
2.1换填土层法
将地基一定深度范围内的湿软土层挖除，换以强度较大的砂砾、碎石、灰土或素土，以及其他性能稳定无浸蚀性的土类，并予以压实。换填深度一般在0.6~1.2m之间，太厚施工难，太薄效果差，换填土层后可以大幅度的提高地基承载力、减少地基沉降量。
2.2重锤夯实法
重锤夯实法是利用重锤从高空自由下落时产生的冲击能，使地面下一定深度内土层达到密实状态的地基处理方法。有效夯实深度取决于锤重、锤底直径、落距和土类。重锤夯实法可以提高地基承载力、消除湿陷性地基的湿陷现象。重锤夯实法可分为表层夯实法和强力夯实法。
2.3挤密法
采用沉管、冲击或爆破等方法土基成孔，然后在孔中灌灰土、石灰等材料，捣实而成直径较大的桩体，利用横向挤密作用，使地基土粒彼此靠紧，孔隙减少。孔被填满和压紧，形成桩体，桩体具有较高的承载力，群桩的面积约占松散土加固面积的20%和原土组成复合地基，达到加固的目的。
2.4桩加固
桩基础是将上部荷载通过桩穿过较软土层传递给下部坚硬土层的基础形式。桩基础能承受复杂荷载，并能良好地适应各种地质条件，广泛用于处理湿陷性的黄土路基。桩的形式主要有：锤击预制桩、预制钢筋混凝土桩、振动沉管灌注桩、扩孔桩、人工挖孔灌注桩等
2.5干拌水泥碎石桩
干拌水泥碎石桩是在碎石桩、CFG 桩的基础上发展起来的一项新的公路路基非开挖快速加固技术，具有施工简便快速、施工周期短、不开挖路基保证道路通畅、环境污染小、节约材料、节省投资的优点；同时具有可增加路基承载力，减少不均匀沉降、排水固结、抗液化和提高整体稳定性等功能。
2.6方案的比选
老路基加固方法的选择要因地制宜，西宝高速工程施工为改扩建工程，在施工过程中还要考虑行车安全及畅通。“半侧通行、半侧施工”的施工环境决定了不能采用施工周期长、作业面大、扰动大的路基加固方法。经过对以上湿陷性黄土路基处理方法的比选，采用换填土层法和干拌水泥碎石桩方法进行老路基的加固处理。
3老路基的加固处理方案
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砾桩进行加固处理，在底基层铣刨或开挖前进行。采用螺旋钻成孔，桩径30cm，桩间距为1.3m，呈梅花型布置，桩长要求伸入原地面下1.5m。
干拌水泥石灰砂砾桩加固完成后铣刨或挖除底基层，再将原土路基挖至设计新路床底以上20cm，采用宝马路拌机将路床底以上20cm土路基翻松整平，外掺8%石灰，形成20cm路拌石灰土封层，上面再换填60cm级配良好的砂砾或铣刨料，分层填筑。
3.2北半幅加固方案
根据南半幅的施工经验和实施效果，对老路基加固方案进行了调整优化，北半幅老路加固方案如下：
（1）路基填高小于1.62m的路段
换填120cm级配良好的砂砾或水泥稳定碎石基层铣刨料。
（2）路基填高大于1.62m路段
换填深度为150cm；其中设计路床底以下70cm可采用粒径稍大的砾石做垫层，80cm路床采用级配良好的砂砾或水泥稳定碎石基层铣刨料。对于路基填高大于3.5m的路段，每隔60m设一道碎石盲沟。
（3）病害严重和高填方路段
对于路基路面已出现纵向、横向、弧形裂缝和沉陷等病害严重的土质填方路段，根据路况调查结果，确定干拌水泥碎石桩加固施工路段和路基填高≥5m的路段，采用级配良好的砂砾换填，在换填路基底面以下进行干拌水泥碎石桩施工，干拌水泥碎石桩（桩径30cm，桩间距1.3m）加固到原地面以下1米。
3.3桥头涵（台）背加固方案
桥头涵（台）背加固采用换填和干拌水泥碎石桩进行加固处理，然后进行注浆加固。路床80cm采用水泥稳定碎石，80cm以下采用级配良好的砂砾换填换填深度同相邻一、二车道路基；换填深度以下采用干拌水泥碎石桩（桩径30cm，桩间距1m）加固到原地面以下1米；注浆宽度为路基横向全断面宽度，长度为台背回填纵向长度（桥梁为8米、通道为6米）。
4干拌水泥碎石桩施工工艺
根据西宝高速的实际情况，方案中较多的采用了水泥碎石桩，其施工工艺及技术关键如下所述：
4.1 原材料准备
骨料应选择质坚干净的10~30mm规格碎石和石屑（0~5mm），水泥采用强度等级P.C 32.5R以上水泥，参考配合比组成为：碎石：石屑：水泥=3.3:2.6:1（重量比），通过试桩情况进行适当调整。
4.2 施工工艺
（1）成孔
桩位经监理检验合格后开始进行此道工序，将钻孔对准桩位，然后按设计桩底标高钻孔。孔位偏差≤10cm，垂直度偏差≤1.5%，成孔直径≥30cm。
（2）集中拌和
干拌水泥碎石桩混合料采用集中拌和的方式保证质量的稳定。拌和时严格按给定配合比上料，做到配料计量准确，保证搅拌时间不少于120秒。
（3）成桩
先用夯锤将孔底虚土夯实，落锤高度不小于1m，重复这一步骤，自下而上的制作桩体，直至孔口。
4.3 质量检查验收标准
干拌混合料的拌和必须采用拌和设备严格按照配合比进行，不得采用人工拌和的方式，干拌水泥碎石桩验收标准。
5 结语
干拌水泥碎石桩适应于高含水量、低密度的路基，其设备操作简单，施工工期短，能对湿陷性黄土路基进行较好的处理，处理的路基稳定，加固效果显著，在众多的工程中使用效果良好。
西宝高速公路改扩建工程于2011年10月通车，经过两年时间的观察，目前路基使用效果良好，无明显病害发生。建立的观测点，进行长期的跟踪观测，验证其耐久性能，为今后陕西省以及其他湿陷性黄土分布较多地区的高速公路改扩建工程提供技术参考。
