高填方路基变刚度处理技术与设计

范 彬 余 佳

长江勘测规划设计研究有限责任公司



高填方路基变刚度处理技术与设计

范 彬 余 佳

长江勘测规划设计研究有限责任公司

随着社会经济水平的提升，交通运输行业的需求逐步增大。各级公路、铁路的建设取得了飞速的发展。在地势比较特殊的地段，出现了很多的高填方路基，具有面积大、范围广、工程复杂等的特点，这就需要路基具有稳定性和强度性。为了将道路安全隐患降到最小值，本文针对高填方路基变刚度的处理技术与设计作了总结性的探讨，希望能为高填方路基性能的提高提供一些可行性建议。

高填方路基；变刚度；后处理技术

引言

高填方路基通常出现在地质地形条件比较复杂的西部地区，因为山区斜坡存在着不稳定的因素，而公路本身的承载力大，再加上设计施工各方面步骤的干预，在自重应力的作用下，很有可能出现路基局部乃至整体出现压缩沉降的问题，会造成过往车辆在运行的过程当中出现剧烈的颠簸、跳跃等不良反应，影响了正常的交通运输速度和效率，严重的甚至会导致车辆因为过度遭受冲击而发生碰撞、侧翻等安全事故，无论对道路、桥梁等建筑还是车辆或者人员都带来巨大的伤害危险，形成一定的额经济损失。所以保证路基的平稳与强硬是建筑公路至关重要的第一步。对变刚度采取有效的措施进行处理，有助于预防一系列问题状况的发生，无疑是值得我们去加以思考并且探索的。

一、高填方地基变刚度处理思想的相关理论概述

变刚度思想最初是由高层建筑设计理念逐步演变到建筑工程项目的运用中去的。由于起初高层建筑中普遍容易产生楼栋之间的沉降问题，而传统的增加桩基的长度或者筏板厚度的办法被证实效果不佳而且会造成比较大的浪费，甚至技术处理不当还会适得其反。变刚度重在发展桩式复合地基的运用，因此被广泛接受并且由单纯的变刚度设计变化成复合路基的处理技术。根据我国现有的实践状况来看，一般的低等级的公路是不会运用到筏板的，除非遇上特殊的情况和位置条件，因此这种柔性基础的地基相对于刚性基础来说，应力分布与变形发生的程度都存在明显的差异。如果直接套用原始的建筑理论，必然导致部分数值产生偏差而影响使用效果，所以对于以刚性基础为主的高填方路基而言，现行研究集中在无砂混凝土小桩的地基后处理技术，另外常见的还有先处理技术。当然具体的采用哪种进行处理操作，应该要根据地基的情况分类来确定。

二、高填方地基的变刚度处理主要的技术设计介绍

前文已经大致清楚了变刚度处理思想在高填方地基中的应用演变。总的来说，在高填方路基处理中通常划分为先处理技术、后处理技术。两种技术各自适用于一定的地基基础中，各自有着优势和不足。而随着后期地基技术的发展，变刚度思想的运用很好地将这两者的不足进行弥补，同时充分融合了两者的优势，既能有效地化解高填方路基的承受危机，同时在取得良好经济效益的情况下实现地基的稳固性。下面分别就先处理技术和后处理技术的具体运用来讲解高基方的变刚度处理技术的设计。

（一）先处理技术。这种技术通常分为复合地基法和土性改善法。复合地基法是指运用材料置换或者通过设置加紧材料而让原始的自然地基局部的土体得到增强性的改变。按照桩体的特征性质的不同又可以分成粘结材料桩、散体材料桩。其中粘结材料桩复合地基的材料之间存在相互粘结的作用；而散体材料桩材料之间不具有粘结的作用；土性改善法按照处理的形式的不同分为强夯法、高压注浆法、灌浆法、排水固结法等，主要原理是通过改变地基土体的变形程度或者水的渗透性来提高抗液化能力。

（二）后处理技术。主要是无砂混凝土小桩技术。工作原理是通过成孔处理让土体的固结速度增加从而使土体应力增加。还具有让材料胶结的作用。由于在软土地区的高速公路高填方路基，在填筑的过程中软土的渗透系数很小，不能有效增加土体有效应力而影响路堤的沉降力度和稳定性能。总之，这种技术能够有效解决传统造价高、工期长、注浆压力大等问题，并且因其能够实现小范围内的机具配套施工、简单易操作，因而具备灵活度和较强的适应力，适合运用于各层土质和各种环境条件下的变刚度处理。

（三）变刚度处理技术。根据以上分析，变刚度复合地基的处理本质上是先处理与后处理技术的综合。具体的运作机理就是以复合地基承载力设计准则来确定先处理水平，即保证填土高度的增加，对路基进行预先处理，使整体的有效应力更趋于均衡分布的状态；同时用路基填筑的固结度设计来确定后处理水平，即根据前期的超空隙水压的消解程度来进行二次的土体密实度的增强处理。这样经过了前后两次的增强，高填方路基的土体强度实现最大化，能够让地基的不均匀沉降现象减到最小，从而取得良好的质量效应。具体技术要点控制如下：

先确定深度和位置，再根据设计好的方案插入注浆管，在初步的填土中形成附加应力以后，然后用碎石桩进行置换，第二次的时候使用压密注浆的办法往孔内压力注浆，让土体得到密实处理。在桩体处理环节中，随着桩身规模的增大，桩体承受的重量也更大，土体整体的应力减少，因此，桩体的轴向应力的适当位置应该是位于桩体的一半以上位置。如图1所示：

图1 高填方路基变刚度处理技术操作原理解析图

在灌浆的过程中，通常使用的材料是粉煤灰水泥浆，可以通过慢慢地增加压力，确定好灌浆的条件，来实施灌浆。灌浆时要考虑灌浆量的统计标准。在这个基础上，进行后期加固工程的处理。尤其值得注意的是，对于软土基础的基石地区，在高填方路基的处理过程中，由于桩体的作用会产生竖向变形，短期的小桩施工处理能够较大限度的增加路堤中间部位的沉降量，这样一来，路基两侧的凸起概率就会变小，路堤的总体稳定性能能够得到有力的保障。因此，使用小桩施工不仅减轻甚至彻底解除超孔隙压力，还能通过适当的桩长的增加而增强基石土体的承受力。另外还要注意的是在无砂小桩后处理填方施工之前可以先在地面铺设一定厚度的碎石，如此能够增加基石的刚性层次，能够有效的协调变形的程度。

三、结束语

在高填方路基的变刚度处理实施过程中，要充分发挥先处理技术与后处理技术的运用优势，将精准的数值计算和严谨的现场情况勘测结合在一起，在严格执行公路施工的规范标准的基础上，设计出合理的方案进行操作。当然，我国现阶段的变刚度处理技术还不够成熟，还有很大的空间去提升该技术的实施效果。因此，我们要不断加强实践经验的积累，在摸索和总结中丰富技术，为高填方路基的稳定工作尽献绵薄之力。