灰土挤密桩在处治湿陷性黄土地区公路桥头跳车现象中的应用

高东升

（闻喜至合阳高速公路建设管理处，山西 运城 044000）

桥头跳车指的是桥台构造物和与之相衔接的路基填土之间产生较大差异沉降，在衔接处附近形成陡坡或错台，导致车辆行驶至这一区域产生颠簸跳跃的现象。山西省地处我国中西部地区，是典型的黄土高原地貌。在公路修建过程中，湿陷性黄土地段的桥头路基处理是一个绕不开的话题。从目前已建成通车高速公路的运营情况来看，因黄土的湿陷性产生的路基不均匀沉陷从而导致的桥头跳车加剧的现象是一个工程上普遍存在且又比较棘手的问题。

1 湿陷性黄土地区桥头跳车成因分析

1.1 湿陷性黄土

黄土是一种天然含水率小、孔隙率高的黄褐色粉质黏土。湿陷性黄土是一种特殊却普遍存在的黄土，广泛分布于我国的黄河中游地区。湿陷性是指黄土遇水后，在黄土自重应力或外加应力的作用下，土体结构中的粒子与水发生物理化学反应，导致土体组织中的骨架结构被破坏，强度降低而产生湿陷变形。黄土的湿陷性根据黄土浸水后是在外荷载作用还是自重作用下产生湿陷变形可分为非自重或自重湿陷性黄土。

黄土的湿陷性可根据其压缩性进行判定，区分为湿陷性黄土和非湿陷性黄土。湿陷性等级依据湿陷变形量划定为非自重湿陷Ⅰ、Ⅱ级和自重湿陷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级。

1.2 桥头跳车成因分析

桥头跳车的发生原因一般认为是因为桥梁与路基的刚度差异较大，桥梁段相对填方路基的沉陷量要小很多，在桥路衔接段产生不均匀沉陷，道路的平顺性得不到保障，影响行车的安全性和舒适性。桥头跳车的诱发因素主要有：地基沉陷、路基填料的二次固结、桥台搭板破损、桥路衔接段排水不畅导致填土流失引起的路基下陷等。在进行桥头路基过渡段的实施时，一般要求台后填筑水稳定性强、工后变形小的砂砾、灰土、碎石等材料，并通过提高桥台台后路基的压实度等措施确保台后路基填筑的强度和耐久性，从而避免了因桥台台后路基填土的失稳和不均匀沉降引起桥头跳车发生的可能性。因此，在湿陷性黄土地区，地基土遇水湿陷便成为了引起桥头跳车的一个主要因素。

在湿陷性黄土地区，自重和非自重湿陷性黄土地基沉陷的发生一般都离不开水的作用，由于黄土湿陷导致的不均匀沉降，降低了地基的承载力，使路基产生各种开裂、塌陷等破坏。由于桥梁地基沉降量相较于路基微乎其微，在车辆外荷载的反复作用下，在桥台与路基顺接段就会产生错台而出现桥头跳车现象。

2 灰土挤密桩加固机理分析

2.1 灰土挤密桩的概念及适用范围

灰土挤密桩是指通过在原地基上成孔过程中的横向挤压作用，使桩孔内土向四周挤密，并将灰土分层填筑于桩孔中，达到压实度要求，夯填至设计标高位置。

根据《公路路基设计规范》[1]中的相关规定，灰土挤密桩适用于处理地下水位以上的Ⅱ级及以上自重湿陷性黄土地基，可处理地基的厚度一般在3～15 m范围内。

2.2 灰土挤密桩的作用机理

灰土挤密桩作为一种常见的柔性桩复合地基，在工程中被普遍采用。根据以往工程经验及大量的研究实验，可知灰土挤密桩主要通过成孔过程中的桩间土横向挤压作用与灰土桩本身的桩体作用来增强地基承载力，加固地基。

灰土挤密桩在成孔过程中，原地基土体会产生横向挤压，桩孔周边土体被挤压密实，可显著提高原地基土体的密实度。对于湿陷性黄土地基而言，这种桩间土之间的横向挤压作用不仅可以降低压缩性，提高地基土强度，还可以很好地消除湿陷性。

采用掺灰量为6%～10%的石灰土进行分层夯实挤密，形成灰土桩体。石灰土与水发生一系列的物理化学反应，形成胶结团聚体，随着时间的推移，灰土桩体的固化作用与强度逐渐提高。

3 工程实例

闻合高速公路采用四车道高速公路标准建设，设计速度采用100 km/h，路基宽度为26 m，设计汽车荷载等级为公路－Ⅰ级。西沟大桥0号、N号桥台桩号分别为K4+000.5和K4+245.5，根据项目地勘报告中湿陷性黄土段落可知，该段路线处于自重湿陷性黄土路段，湿陷等级为Ⅲ级(严重)，湿陷厚度8～13 m。

3.1 灰土挤密桩设计方案

根据《路基设计规范》[1]中关于湿陷性黄土地基的处理意见，宜选用灰土挤密桩对桥头路基进行处理。灰土挤密桩设计方案主要因素有：灰土桩桩长、桩孔间距、桩直径、桩位布置形式等。根据地勘揭示桥位处地质特点，拟定灰土桩布设方案：灰土桩采用6%灰土，桩长为13 m，桩位布置采用等三角形布置，桩中心间距采用1 m，桩直径为0.4 m，处理范围应在坡脚线外1 m，根据路基基底下湿陷性土层厚度确定灰土桩桩长。灰土桩平面布置图如图1所示。

3.2 灰土挤密桩施工控制

灰土挤密桩施工前需根据设计图纸及地勘报告对具体工点的桩数、桩长进行测算，确定地基处理范围。在施工过程中应注意以下施工要点：

图1 灰土桩平面布置图（单位：cm）

a）开挖基坑时应在设计标高以上预留20～30 cm土层，然后再确定出具体的桩孔位置，这部分预留土层应在铺设灰土垫层前予以挖除。

b）在选定成孔方法后应再次确认土的含水量是否在合理范围内，否则应采取必要措施对土层进行加湿或晒干处理[2]。

c）由于桩长较深，在成孔后应及时对桩孔进行清底夯实，夯击次数不小于8击，并及时将拌好的灰土填料分层夯实填筑，另所选夯锤最大直径应小于30 cm。

d）成孔和回填夯实均应先外排后里排，同排内应间隔1～2孔进行，以免缩孔或塌孔。

3.3 灰土挤密桩质量检验

灰土桩在施工过程中，应进行桩孔位置、成孔垂直度、桩径和孔深的检测，其中，桩孔位置允许偏差为50 mm，成孔垂直度允许偏差为1.5H/100，其中H为挤密桩长度。桩径和孔深则根据不同的成孔方法检验标准不同，本文不再赘述。灰土桩施工结束后，对于一般路基工程可通过检测灰土桩桩间土的干密度、承载力检验灰土挤密桩的挤密效果。

在灰土桩施工完毕14～28 d后对其承载力及桩间土的各项物理力学指标进行检验，具体检测结果见表1和表2。

表1 灰土挤密桩承载力检测结果

表2 桩间土物理力学指标检测结果

4 结语

桥头跳车是由于桥台与路基填土的不均匀沉降引起的，是桥路衔接段最常见的病害。本文通过具体工程实例，论述了在湿陷性黄土地区防治桥头跳车的工程措施，即采用灰土挤密桩来处理湿陷性黄土地基、用6%灰土来填筑台背以及选用合适的桥头搭板来防治路面损坏。该方案处理过的西沟大桥0号、N号桥台处桥头路基，在建成初期进行的沉降与稳定观测结果显示，累计沉降值分别是9 mm（图2）和9 mm（图3），满足《公路路基设计规范要求》[1]。经过两年的运营期之后，桥路衔接段纵坡平顺，路面完好无损，成功地防止了桥头跳车的发生。

图2 西沟大桥0号桥台台背时间－沉降曲线图

图3 西沟大桥N号桥台台背时间－沉降曲线图