紅層軟巖地區(qū)粉噴樁地基處治效果分析

摘要：紅層軟巖地區(qū)軟基承載力低，處治不當(dāng)會產(chǎn)生較大的工后沉降。為檢驗水泥粉噴樁對紅層軟基的處治效果，文章依托某高速公路高填方段施工，通過在施工現(xiàn)場建立試驗段，采取現(xiàn)場監(jiān)測確定路基變形情況。結(jié)果表明：地基頂面累積沉降較小，路堤頂面工后沉降＜20 cm，坡腳水平位移也較小，說明采用粉噴樁處治后紅層軟基承載力得到明顯提升，路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，處治效果良好。

關(guān)鍵詞：紅層軟巖；粉噴樁；處治效果；沉降；水平位移

中文分類號：U416.1+6A130412

0引言

在公路施工沿線，當(dāng)挖方路基棄方為紅層軟巖時，為降低施工成本可將其用作路堤填料。而紅層軟巖硬度低，開挖后易風(fēng)化，遇水后穩(wěn)定性較差，直接用作路堤填料工后容易產(chǎn)生豎向和水平位移［1］，必須采取措施加強(qiáng)壓實以提高路堤的穩(wěn)定性。另外，紅層軟巖地區(qū)軟土地基強(qiáng)度低，在外部荷載作用下容易產(chǎn)生較大的壓縮變形，其含水量高、透水性差［2］、承載力低，不能進(jìn)行路堤填筑，如不采取措施加固處理［3-4］，完工后易產(chǎn)生較大的工后沉降。本文以某高速公路途經(jīng)紅層軟巖地區(qū)軟基粉噴樁處治為研究案例，建立試驗段，根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果確定粉噴樁施工方案，工后采用現(xiàn)場監(jiān)測法對路基變形展開監(jiān)測，分析地基與路堤變形監(jiān)測結(jié)果以確定紅層軟基粉噴樁處治效果。

1工程概況

1.1工程簡介

某高速公路途經(jīng)紅層軟巖地區(qū)，沿線分布有多處軟土地基，地基承載力嚴(yán)重不足。線路處于紅層丘陵地段，地勢起伏較大，最大高差為100 m，沿線巖層節(jié)理發(fā)育，產(chǎn)狀多變。沿線出露地層為棕紅和磚紅色泥巖，部分地層為泥巖夾砂巖，地基土天然含水量較高，土質(zhì)均勻性較差。道路所在地區(qū)夏季降雨量較大，年最高氣溫為41.2 ℃，年均降雨量為1 200 "mm左右。紅層軟巖地區(qū)路堤填土主要采用紅層軟巖巖石，路堤填料主要采用挖方路段紅層軟巖棄方。紅層軟巖主要成分為泥巖、粉砂巖、泥質(zhì)砂巖，另含有少量石膏、褐鐵礦?，F(xiàn)場取樣得出其中石英石含量為22.6%，方解石含量為19.8%，水云母鱗片集合體含量為45.9%，黏土礦物含量為4.3%，褐鐵礦含量為2.6%，石膏含量為1.6%，其他為3.2%。

1.2試驗段紅層軟基地質(zhì)概況

道路沿線分布有多處紅層軟基，本文取填方高度較大的K22+385～K22+500段作為研究對象，路堤填料為就近選擇挖方路段紅層軟巖。在路堤填筑過程中采用重型壓路機(jī)加強(qiáng)碾壓，以提升路基壓實質(zhì)量。K22+385～K22+500段長度為115 m，該路段地基土紅層軟層厚度為9～15 m。地基土最上層為人工填土，呈軟塑狀，層厚為0～3.0 m；第二層為褐灰色松軟土，呈軟塑-流塑狀，呈層狀分布，厚度為6.5～12.0 m；第三層為褐黃色粉質(zhì)黏土，呈硬塑狀，含有少量碎石，厚度為2.0～4.0 m；下層為泥巖夾砂巖，為紫紅色，風(fēng)化程度自上而下為全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化，總厚度為5 m左右。

1.3紅層軟基粉噴樁處治方案

K22+385～K22+500段路堤中心最大填方高度為11 m，路基邊坡采用拱形骨架植草防護(hù)，路基分層攤鋪，單層松鋪厚度≤40 cm。為提升地基承載力，采用粉噴樁對紅層軟土地基進(jìn)行加固處理，加固范圍為路堤坡腳以外3 m。粉噴樁樁徑為50 cm，采用梅花形布置，樁間距為3 m，最大樁長為16 m，可穿過軟弱層深入下部持力層≥1 m。水泥粉噴樁選用P.O 32.5普通硅酸鹽水泥，室內(nèi)成型試塊并測試90 d抗壓強(qiáng)度≥1.25 MPa，通過試樁確定每延米水泥用量為40 kg。粉噴樁頂部鋪設(shè)兩層雙向土工格柵，上部鋪設(shè)50 cm砂墊層。砂墊層碾壓完成后對地基承載力進(jìn)行檢測，＞150 kPa方可進(jìn)行路堤填筑施工。

2紅層軟基路基變形監(jiān)測方案

2.1監(jiān)測內(nèi)容和方法

現(xiàn)階段現(xiàn)場監(jiān)測法仍然是研究路基變形規(guī)律最準(zhǔn)確的方法［5］。本文建立試驗段，開展監(jiān)測驗證粉噴樁對紅層軟基的處治效果。本項目監(jiān)測內(nèi)容包括地基頂面沉降、路堤頂面沉降和路基坡腳水平位移，其中地基頂面沉降和路堤頂面沉降通過分別布置剖面沉降管和沉降觀測樁監(jiān)測，路堤坡腳水平位移通過布置測斜管開展監(jiān)測。

2.2監(jiān)測設(shè)計方案

本文選擇試驗段K22+400、K22+440和K22+480三個監(jiān)測斷面作為研究對象，其中剖面沉降管布置在地基頂面，從路堤填方施工開始監(jiān)測。路堤頂面沉降觀測樁在路堤填挖完工后分別布置在沉降監(jiān)測斷面路基中心和兩側(cè)路肩位置，在工后利用水準(zhǔn)儀按照二等水準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn)開展監(jiān)測［6-7］。測斜管埋設(shè)在路堤左側(cè)坡腳位置，三個斷面埋入深度均為18 m，且均達(dá)到基巖，利用測斜儀對不同深度水平位移開展監(jiān)測。測點布置如圖1所示。

3路基沉降變形監(jiān)測結(jié)果分析

3.1地基頂面沉降分析

自路堤填筑施工開始，分別在路堤填筑高度3 m、6 m和11 m處對地基頂面沉降開展監(jiān)測，工后繼續(xù)開展沉降監(jiān)測，持續(xù)到工后180 d，累計監(jiān)測時間為270 d。本文取沉降量較大的K22+440斷面作為研究對象，收集數(shù)據(jù)繪制不同施工階段地基頂面沉降曲線如圖2所示，不同部位地基頂面沉降曲線如圖3所示。

分析圖2曲線可知，隨填筑高度的增加，地基頂面沉降隨之增加，工后沉降量增速逐漸下降，路基中心部位沉降量最大，向兩側(cè)路肩逐漸下降。這是由于路基自重荷載增加了路基變形。填方高度為3 m時路基中心位置沉降量為16.4 cm，填方高度達(dá)到11 m時沉降量達(dá)到24.6 cm，沉降量增加明顯。工后地基沉降量增速呈現(xiàn)先快后慢的趨勢，工后30～91 d路基中心位置地基頂面沉降量從28.6 cm增加至36.3 cm，而91～180 d僅增加了2.4 cm，沉降速率明顯下降。

分析圖3曲線得出，路基中心位置地基頂面沉降較大，兩側(cè)路肩沉降量相對較小，其中左側(cè)路肩沉降量略高。在路基填筑施工的前91 d沉降量增幅較大，工后120 d沉降速率明顯下降，監(jiān)測完成后基本穩(wěn)定，路基中心位置及左、右路肩沉降量分別穩(wěn)定在38.7 cm、34.6 cm和33.2 cm。地基頂面工后沉降量較小，且已基本穩(wěn)定，說明采用粉噴樁處治后紅層軟基穩(wěn)定性得到明顯提升。

3.2路堤頂面沉降分析

路堤填筑完成后在路堤頂面埋設(shè)沉降觀測樁，利用精密水準(zhǔn)儀開展監(jiān)測。整理各部位路堤頂面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制沉降曲線如圖4所示。

分析圖4監(jiān)測結(jié)果可知，在工后前91 d路堤頂面沉降量增加幅度較大，而后逐漸趨緩，122 d以后逐漸穩(wěn)定。工后前91 d路堤頂面沉降增幅較大，路基中心與左、右路肩累計沉降量分別達(dá)到10.3 cm、8.7 cm、7.9 cm；90～122 d期間三個位置沉降量分別增加0.9 cm、0.8 cm、0.26 cm；122 d以后路堤頂面沉降逐漸穩(wěn)定，在監(jiān)測結(jié)束時分別穩(wěn)定在12.1 cm、10.3 cm、9.4 cm。工后路堤頂面累計沉降量最大值為12.1 cm，出現(xiàn)在路基中心位置，遠(yuǎn)小于設(shè)計要求的20 cm，滿足設(shè)計要求。

3.3路堤坡腳水平位移分析

自路堤填筑施工開始利用測斜儀進(jìn)行坡腳水平位移監(jiān)測，K22+400斷面不同施工階段水平位移如圖5所示。整理K22+400、K22+440和K22+480三個斷面左側(cè)坡腳水平位移監(jiān)測結(jié)果，得到不同施工階段路堤坡腳水平位移如圖6所示。

分析圖5曲線可知，隨路堤填筑高度增加坡腳水平位移隨之增加，且在路堤填筑施工階段增幅較大，工后隨監(jiān)測時間增加增幅減小，隨深度增加水平位移逐漸減小。路堤水平位移最大值均出現(xiàn)在地基頂面位置，在路堤填筑高度達(dá)到3 m時，最大值為27.2 mm，填筑高度達(dá)到6 m、11 m時水平位移最大值分別為36.1 mm、45.3 mm，增幅較大。工后30 d坡腳水平位移最大值為52.2 mm，工后91 d增加至58.4 mm，增幅為11.5%；工后180 d水平位移最大值為61.9 mm，增幅為6.9%，增幅明顯變小。

分析圖6曲線，得出在路堤填筑施工階段坡腳水平位移增幅較大，工后逐漸趨緩并穩(wěn)定。在路堤填筑施工的前91 d，坡腳水平位移最大值達(dá)到49.8 mm，K22+400、K22+440和K22+480三個斷面累計變形量分別為47.1 mm、49.8 mm、44.5 mm。工后前30 d坡腳水平位移增幅也較大，三個斷面分別增加了3.0 mm、3.2 mm、3.0 mm；122～182 d三個斷面別增加了4.0 mm、4.1 mm、3.5 mm；182 d以后三個監(jiān)測斷面水平位移增幅均較小，逐漸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在監(jiān)測結(jié)束時，三個監(jiān)測斷面坡腳水平位移最大值分別為58.1 mm、61.9 mm、55.2 mm，路堤水平位移總變形不大，進(jìn)一步說明粉噴樁處治后路基穩(wěn)定性良好。

4結(jié)語

為分析紅層軟基粉噴樁處治效果，建立試驗段采用現(xiàn)場監(jiān)測法進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

（1）路基填筑施工階段地基頂面沉降速率較高，路基中心位置沉降量最大，路基填筑階段總沉降量為24.6 cm，工后總沉降量為38.7 cm，且監(jiān)測完成時基本穩(wěn)定，說明粉噴樁處治后地基穩(wěn)定性明顯提升。

（2）在路堤填筑完成前91 d，路堤頂面沉降增速較快，平均沉降速率最大值為1.13 mm/d，而后增速逐漸下降，在監(jiān)測完成后路堤頂面沉降最大值為12.1 cm，工后沉降＜20 cm，說明粉噴樁處治后路堤穩(wěn)定性良好。

（3）在路堤填筑施工階段坡腳水平位移增幅較大，平均增速最大值為0.55 mm/d，工后坡腳水平位移增速下降，監(jiān)測結(jié)束時坡腳水平位移最大值為61.9 mm，累計變形量較小，說明路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，采用粉噴樁處治紅層軟基達(dá)到了預(yù)期的加固效果。

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作者簡介：張彥鵬（1992—），工程師，研究方向：公路與橋梁。