青藏高原邊緣凍融地區淤泥質路基基底加固技術研究

徐朝峰(中鐵二十局集團市政工程有限公司,甘肅 蘭州 730000)

0 引 言

軟基處理是路基工程的難點和關鍵控制點,而且也是后期病害多發處。究其原因,基本均為路基基底未進行有效處理所致。尤其當處于青藏高原邊緣地區時,淤泥質軟基增多,凍融誘發的路基基底不均勻沉降和隆起、褶皺等病害會更加嚴重。因此,青藏高原邊緣凍融地區淤泥質軟基加固,是該地區路基施工的重大難點,也是后期維護費用增加的關鍵點。

1 工程概況

青藏高原邊緣地區隴漳高速公路某段路基地質水文情況如下:

該段路基范圍為淤泥質土厚為3～10 m,黑灰色,濕-飽和,軟塑,有縮孔現象,腐殖質含量較高,味臭,夾少量礫石,地下水埋深約7 m;淤泥質層下方為砂巖。

淤泥質土孔隙比平均值為0.82,平均天然密度為1.95 g/cm3,平均天然含水率為25.30%,飽和度為66.96%,液限含水率為28.86%,塑限含水率為19.13%,液性指數標準值為0.88,屬流塑至軟塑,鉆探揭露局部軟塑。壓縮系數標準值為0.35 MPa-1,屬中壓縮性土。

2 凍融淤泥質路基加固施工實踐的意義

近年來,國內眾多學者對軟土路基以及青藏高原路基加固處理施工技術進行了研究:王躍[1]針對軟土路基加固處理提出了真空聯合堆載預壓法并進行了應用實踐;王飛虎[2]針對高速公路軟土路基的特點,通過分析提出了垂直排水+擠密的加固技術;徐凱[3]介紹了采用的水泥、粉煤灰、碎石樁(CFG樁)復合地基加固處理技術;王回府[4]闡述了公路工程軟土路基的特點和危害以及形成的原因;霍曉東等[5]采用有限差分法FLAC3D軟件,分析了凍脹對路基影響的范圍;雷宗輝[6]通過室內三軸試驗和凍融循環試驗研究了凍融循環對不同塑性路基土剪切強度的影響;張有安等[7]采用容許總凍脹理論進行了路基路面抗凍計算。

由以上可知,路基軟土加固雖有成熟的技術,但是在凍融條件下,研究只有理論影響,沒有具體的處理措施,沒有說明怎么避免或者減少影響。在凍融條件下進行路基軟土處理,并沒用理論支撐和應用實例。為避免后期公路缺陷整治費用的增加以及安全隱患的消除,本文以隴漳高速公路某路基凍融淤泥質路基基底加固施工實踐為例,研究、總結凍融地區淤泥質路基基底加固技術。

3 凍融淤泥質路基的特點及危害

淤泥質土主要特點為含水率大,較為飽和,一定程度上有流塑性,且含有大量微生物和腐殖質等,因而具有低強度、高壓縮性、高塑性等特點,無法成為受力結構;軟土路基滲透性低,難以在垂直方向上滲透,對排水、加固有很大的障礙,并且在路基建設初期出現較大的孔隙水壓,對基礎的抗壓性能有很大的影響。

青藏高原邊緣地區處于季節性凍土地帶——冬季凍結,夏季消融。凍融對淤泥質土的影響極大,淤泥質土含水率較大,具有極大的凍脹性,極易造成路基隆起和塌陷。

總結下來,凍融淤泥質土對路基的病害需要解決兩個方面問題:一是承載力不足的不均勻沉降問題,二是凍融引起的隆起和塌陷問題。

4 具體方案設計

4.1 易不均勻沉降的處理

采用CFG樁+50 cm天然砂礫層(褥墊層)+土工格柵復合地基加固技術處理,一是解決承載力問題,二是可以達到整體受力的目的,具體如圖1所示。

圖1 CFG樁+50 cm天然砂礫層(褥墊層)

4.1.1 褥墊層

這是CFG樁復合地基的重要組成部分,可對路基所受的垂直荷載調整分布,均勻傳遞給樁和樁間土,改善樁和樁間土的受力狀態。樁體以承擔豎向垂直荷載為主,褥墊層的設置,約束樁頂部分的水平位移,調節樁土應力比。

4.1.2 CFG樁

CFG樁起到承擔上部荷載的作用,承擔公路45%～75%的荷載作用力,其單樁承載力主要由樁側向摩阻力和樁端阻力構成。在路基自重及列車荷載作用下,樁體出現下沉,與樁間土形成相對位移,樁側向摩阻力逐漸發揮作用,使樁體和樁間土共同承擔荷載作用力。另外,樁體還起到擠密土體的作用。

4.1.3 土工格柵

采用雙向土工格柵,設置在褥墊層之間,起到約束橫向變形的作用和調整豎向差異變形的功能。從而達到增大路基的承載力、延長路基使用壽命的目的。

4.2 凍融引起的塌陷和隆起處理

據調查,此地區的最大凍土深度為1.2～1.5 m,因此,在冬季時,淤泥質肯定會受天氣影響而產生凍脹,進而造成路基的隆起或者塌陷。而且淤泥質土含水率較高,飽和度較高,屬于流塑-軟塑,極易發生凍脹和凍融。

采用滲水盲溝形式,減弱淤泥質土的含水飽和度,降低土體的含水率,避免和減少凍融對路基的影響。路基頂面以下埋深1.5 m位置設置寬60 cm滲水盲溝(圖2)。

圖2 60 cm滲水盲溝大樣圖

5 結果驗證

5.1 CFG樁檢測

該CFG樁混凝土強度C20,采用長螺旋鉆機成孔,樁徑D=50 cm,樁長14 m,深入淤泥層以下50 cm,從波形可見進入基巖有明顯的反向反射,為地層的反映。具體檢測數據見表1。

表1 樁身完整性檢測表

檢測結果表明,該段CFG樁施工效果良好,各項指標達到設計和行業規范要求。

5.2 壓實度檢測

天然砂礫填筑路基按照94區檢測。量砂密度為1.38 g/cm3,最佳含水率為8.6%,最大干密度為2.06 g/cm3。檢測結果見表2。

表2 壓實度檢測

檢測結果表明,該段道路路基施工效果良好,各項指標達到設計和行業規范要求。

6 關鍵技術質量控制

(1) 當淤泥層設計厚度與實際不符,通過設計及時調整樁長,確保樁深入淤泥層以下50 cm。

(2) 樁頭采用大刀片環切法切樁頭,防止環切深度不足,以及工人使用大錘強行鑿除時造成樁身質量缺陷。

(3) 滲水盲溝溝底的坡度務必確保合適,確保水流暢通。

(4) 滲水盲溝務必確保開挖深度,以防止滲水效果不足。

(5) 務必控制好樁頂標高,確保樁頭嵌入砂礫層最少5 cm,形成整體咬合結構。

7 結 論

通過對淤泥質地層采用CFG樁+滲水盲溝+砂礫褥墊層+土工格柵進行加固處理,達到了良好的效果。

(1) CFG樁+砂礫褥墊層+土工格柵解決了淤泥質地層路基后期不均勻沉降的問題。

(2) 滲水盲溝減少了凍土范圍內的淤泥質土體含水量,避免了在青藏高原邊緣地區淤泥質地層凍融對路基的影響問題。

(3) 施工過程的關鍵點質量控制,也是影響路基施工質量指標的因素之一。

本文通過對隴漳高速公路某路基凍融淤泥質路基加固技術的研究,對施工實踐進行總結。以期對后期遇到類似地層加固中,起到一定借鑒意義。