魚(yú)塘深淤泥段路基開(kāi)裂處治方案

余 群 沈 寬

(中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 武漢 430056)

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)及施工概況

武漢某施工工地原施工圖設(shè)計(jì)魚(yú)塘段，長(zhǎng)約110 m，地基軟土層厚約15 m，軟土地表處理方案為CFG樁處理。2016年1月，施工單位完成該魚(yú)(藕)塘段軟土地表處理施工，2月下旬進(jìn)行CFG樁樁檢，檢測(cè)結(jié)果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。2016年8-9月進(jìn)行路堤填筑，填筑時(shí)間為1個(gè)月，路堤填筑完成后施工水泥穩(wěn)定碎石基層，在水泥穩(wěn)定碎石層鋪筑2層后路基出現(xiàn)裂縫。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，裂縫平面形態(tài)呈圈椅狀，裂縫延續(xù)長(zhǎng)度約80 m，裂縫寬2～6 cm，距左側(cè)路肩邊緣0～12.5 m，，裂縫深度約3 m，出現(xiàn)明顯的失穩(wěn)特征，開(kāi)裂情況見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 水穩(wěn)層開(kāi)裂現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景圖

圖2 水穩(wěn)層開(kāi)裂示意圖(1～8號(hào)為沉降觀測(cè)點(diǎn))

設(shè)計(jì)文件對(duì)軟土地基路堤填筑過(guò)程及填筑以后的沉降、穩(wěn)定觀測(cè)提出了具體要求。當(dāng)水穩(wěn)層出現(xiàn)裂縫后，施工單位根據(jù)設(shè)計(jì)要求做好沉降位移等監(jiān)測(cè)工作，并對(duì)已有裂縫進(jìn)行填塞處理，防止雨水下滲浸泡路基[1]。

1.3 裂縫產(chǎn)生的原因

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況綜合分析，產(chǎn)生裂縫的主要原因有：①不能確定填土后樁體是否有效；②施工工期緊，填土速率快，沉降穩(wěn)定監(jiān)測(cè)未能及時(shí)反饋異常信息；③過(guò)快堆載形成超靜孔隙水壓力，有效應(yīng)力降低，造成穩(wěn)定性降低；④裂縫形成后，雨水入滲浸泡路基，降低了路堤整體穩(wěn)定性；⑤由于道路施工，重載車(chē)輛來(lái)回行駛，加速了裂縫的擴(kuò)展[2]。

1.4 地質(zhì)概況

魚(yú)(藕)塘段地層自上而下依次為。

1) 素填土。淺紅色，主要由粘性土組成，呈稍密狀態(tài)，厚度2.2～5.5 m。

2) 淤泥質(zhì)黏土。褐灰色，含少量鐵錳質(zhì)結(jié)核和腐植質(zhì)，稍具臭味，含水量較高，壓縮性較大，呈軟塑狀，厚度變化較大，最大厚度為13.2 m，地基承載力特征值為80 kPa。抗剪強(qiáng)度參數(shù)c=11.93 kPa,φ=8.01°。

3) 粉質(zhì)黏土。黃褐色、褐黃色，含少量粉土、粉砂，偶見(jiàn)高嶺土斑及鐵錳質(zhì)氧化物，呈可塑～硬塑狀，厚度變化較大，地基承載力特征值為240～300 kPa，是良好的持力層。抗剪強(qiáng)度參數(shù)c=39.76 kPa,φ=14.36°，Es1-2=11 MPa。

4) 泥質(zhì)砂巖。褐紅色，泥質(zhì)砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，巖芯呈碎塊狀、土柱狀，巖質(zhì)軟，手掰易碎，地基承載力特征值為350 kPa，是良好的持力層[3]。

2 參數(shù)反算

原軟基設(shè)計(jì)采用理正巖土6.5版本，軟土路堤、堤壩設(shè)計(jì)軟件，計(jì)算結(jié)果表明CFG樁處理后工后沉降和穩(wěn)定安全系數(shù)均滿(mǎn)足規(guī)范要求。計(jì)算方法采用簡(jiǎn)化Bishop法。

2.1 計(jì)算模型

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)典型斷面見(jiàn)圖3。

圖3 開(kāi)始出現(xiàn)裂縫時(shí)實(shí)測(cè)斷面示意圖(單位：m)

2.2 參數(shù)取值

由于路基已經(jīng)出現(xiàn)失穩(wěn)跡象，滑動(dòng)面已經(jīng)形成，按照最不利原則，考慮裂縫對(duì)穩(wěn)定性的影響，認(rèn)為圈椅狀裂縫范圍內(nèi)的CFG樁失效。由于填土速率快，淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土滲透性小，過(guò)快堆載形成超靜孔隙水壓力，未能及時(shí)消散，造成有效應(yīng)力降低，從而降低了整體穩(wěn)定性。計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土抗剪強(qiáng)度參數(shù)c=8.3 kPa,φ=4.5°時(shí)，路堤處于臨界平衡狀態(tài)，符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，認(rèn)為調(diào)整的參數(shù)合理可用，巖土參數(shù)取值見(jiàn)表1。

表1 巖土參數(shù)取值

3 處治方案

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在分析裂縫產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，總結(jié)裂縫產(chǎn)生的2個(gè)根本要素：荷載(加載快，填土高，荷載大)和地基(地基強(qiáng)度弱)。

有針對(duì)性地提出以下處理方案：以減輕路堤荷載為主要目的的輕質(zhì)土方案；基于控制沉降變形和穩(wěn)定性考慮的地基加固處理的管樁處理方案；綜合考慮減載和加固地基的聯(lián)合處理的輕質(zhì)土+管樁處理方案。

3.1 換填輕質(zhì)土

氣泡混合型輕質(zhì)土是一種新型微孔類(lèi)輕質(zhì)環(huán)保材料，具有輕質(zhì)、自立、自密、容重和強(qiáng)度可調(diào)節(jié)、施工便捷等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于軟土路堤、橋臺(tái)臺(tái)背回填等填筑工程。在提高了路堤穩(wěn)定性的同時(shí)可有效減少工后沉降[4]。

換填輕質(zhì)土方案需將路面結(jié)構(gòu)層開(kāi)挖，將一定厚度的路堤土換填。路床80 cm范圍內(nèi)輕質(zhì)土設(shè)計(jì)參數(shù)為濕容重≥5.0 kN/m3，設(shè)計(jì)強(qiáng)度≥0.8 MPa；路床底面以下范圍內(nèi)輕質(zhì)土設(shè)計(jì)參數(shù)為濕容重≥4.0 kN/m3，設(shè)計(jì)強(qiáng)度≥0.5 MPa。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 換填輕質(zhì)土穩(wěn)定性計(jì)算

由于反壓護(hù)坡道填土壓實(shí)度較差，且長(zhǎng)期被魚(yú)塘水浸泡，現(xiàn)狀高度較高穩(wěn)定性較差，建議對(duì)反壓護(hù)坡道進(jìn)行修整，一級(jí)平臺(tái)寬度保持不變，一、二級(jí)平臺(tái)邊坡按照1∶1.5坡率放坡，二級(jí)平臺(tái)寬7.45 m， 三級(jí)平臺(tái)邊坡按照1∶1.75坡率放坡至魚(yú)塘底部[5]。

綜合考慮，采用換填輕質(zhì)土方案，換填輕質(zhì)土厚度2.5 m，換填方案示意見(jiàn)圖4。

圖4 換填方案示意圖(單位：高程，m；尺寸，cm)

3.2 路基范圍內(nèi)施打管樁

路堤范圍內(nèi)施打管樁，在承載力滿(mǎn)足要求的前提下，主要解決沉降變形和穩(wěn)定性問(wèn)題。布樁形式一般采用正方形布置，管樁頂部設(shè)置樁帽，可有效地將路堤荷載傳至樁帽，再由樁帽傳至樁體，使得處理后的復(fù)合地基承載力顯著提高。同時(shí)，管樁屬于剛性樁，沉降和工后沉降都比較小。

經(jīng)計(jì)算，樁長(zhǎng)22 m，樁間距2.4 m，樁端進(jìn)入持力層不小于2 m，單樁承載力特征值420 kN，管樁處理方案見(jiàn)圖5。

處理后路基整體穩(wěn)定性和沉降滿(mǎn)足規(guī)范要求。

圖5 路基范圍內(nèi)施打管樁+修整護(hù)坡道示意圖(單位：m)

3.3 路基范圍外施打管樁

路堤范圍外施打管樁主要解決穩(wěn)定性問(wèn)題。三角形布樁可獲得更大的面積置換率，保證樁體整體性，有效抵抗路堤荷載傳至樁體的側(cè)向土壓力，使處理后的復(fù)合地基穩(wěn)定性顯著提高。管樁路基外加固穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 管樁路基外加固穩(wěn)定性計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，樁長(zhǎng)20 m，樁間距2 m，正三角形布置，設(shè)置6排樁，穩(wěn)定性滿(mǎn)足規(guī)范要求，具體處理方案見(jiàn)圖6。

圖6 路基范圍外施打管樁+修整護(hù)坡道示意圖(單位：m)

3.4 換填輕質(zhì)土+管樁

該方案具有換填輕質(zhì)土和施打管樁的雙重優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)沉降和穩(wěn)定進(jìn)行分別處理，穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 管樁路基外加固穩(wěn)定性計(jì)算

經(jīng)計(jì)算可按樁長(zhǎng)20 m，樁間距2 m，正三角形布置，設(shè)置3排樁，樁頂設(shè)置連系梁(由于樁體排數(shù)極少，增加連系梁有利于樁體的整體性)，同時(shí)在左幅路基范圍內(nèi)換填1.5 m輕質(zhì)土。

4 方案比選

從施工技術(shù)成熟度、施工工期、對(duì)周邊環(huán)境的影響程度、工程造價(jià)等4個(gè)方面對(duì)處治方案進(jìn)行技術(shù)比較分析，見(jiàn)表5。

表5 處治方案對(duì)比表

綜合考慮各方案的優(yōu)缺點(diǎn)、工期及經(jīng)濟(jì)性等因素，推薦方案二，增加工程造價(jià)253.2萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

在分析裂縫產(chǎn)生原因基礎(chǔ)上，分別擬定了換填輕質(zhì)土、管樁加固、換填輕質(zhì)土+管樁加固處理方案，綜合考慮每種方案的優(yōu)缺點(diǎn)、工期和經(jīng)濟(jì)性等因素后，推薦采用路基范圍內(nèi)打管樁處理方案。處理完成后，通過(guò)連續(xù)的沉降變形觀測(cè)，位移變形基本穩(wěn)定。截至目前，本路段已通車(chē)運(yùn)行，尚未發(fā)現(xiàn)裂紋等病害，取得了良好的工程和社會(huì)效益，同時(shí)為處理類(lèi)似工程病害提供參考。

[1] 公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范:JTG D30-2015[S].北京:人民交通出版社,2015.

[2] 公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則:JTG/T D31-02-2013[S].北京:人民交通出版社,2013.

[3] 華中科大土木工程檢測(cè)中心.軟土地基監(jiān)測(cè)報(bào)告1～15[R].武漢：華中科大土木工程檢測(cè)中心，2016.

[4] 氣泡混合輕質(zhì)土填筑工程技術(shù)規(guī)程:CJJ/T 177-2012[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

[5] 趙寧雨，吳志偉，唐冉松，等.軟弱地基路堤的反壓護(hù)道設(shè)計(jì)方法研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2015(8):79-82.