基于连霍高速加宽工程的水泥搅拌桩复合地基处理工后沉降方法

王建勋

摘 要：本文基于连霍高速公路加宽工程，对水泥搅拌桩复合地基处理工后沉降方法进行研究。首先采用水泥搅拌桩处理地基，加强地基承载力，并加铺土工格栅来进一步防止桥头路堤过量沉降，极大地缓解了桥头跳车问题，提高行车的舒适性与安全性。其次，通过水泥搅拌桩和一定的路基处理措施来改善新旧路基不均匀沉降的问题。通过对其方案选择、施工环节的总结分析，对今后类似工程提供一定的借鉴。

关键词：水泥搅拌桩；工后沉降；新旧路衔接

中图分类号：TU47 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）05-0111-02

水泥搅拌桩复合地基是一种增强土体承载能力，降低地基沉降位移的一种技术方法。水泥作为一种常见且价格较为低廉的工程材料，被用作天然土体的固化剂，在特制的深层搅拌机械的作用下钻入地基深处，产生一系列物理化学反应，从而起到固化土体，提高强度的作用。因此，在公路建设中，此法也可用于处理路基工后沉降问题。

本文基于连霍高速加宽项目，在原有四车道基础上两侧各加宽两个车道变为八车道。沿线桥梁、立交较多，存在路基不均匀沉降的问题。拟建路段位于黃河以南的黄河冲、洪积平原，地形平坦，地表土层属第四系全新统地层，上层多为黄色、灰黄色低液限粉土和低液限粉质粘土，局部含灰黑色淤泥质软弱土夹层，层厚在8～18m，为软弱土。下层多为黄色或灰黄色中细砂层，工程性质较好。

因此，本文在上述工程实例的基础上，研究水泥搅拌桩复合地基处理路基工后沉降的方法。

1 桥头跳车病害处治

1.1 原理分析

桥头跳车是目前桥头路堤路段存在的主要病害之一，主要表现为当汽车行驶至路桥衔接部位时，由于路面沉陷不平，车辆突然地受到上下颠簸，不仅极大地影响了车辆的行驶的速度与舒适性，严重的甚至导致翻车，同时，车辆跳动造成的冲击会造成附加冲击荷载，加速桥梁部分结构的损坏，同时也加剧了轮胎的磨耗，降低了车辆的使用寿命，也增加了路面养护维修的成本。桥头跳车的产生主要是由于桥头路堤和桥台的不均匀沉降使得二者在连接处出现台阶。产生这种现象的原因主要可以归结为以下两个方面：客观因素与人为因素。其中，最主要的客观因素是路基与桥台之间的刚度差。主要包括桥头路堤段土质状况导致土基较大的沉降量，以及在反复的车辆荷载作用下对路基的再压实与工后沉降；另外，由于在路基设计或施工的过程中，由于人为因素会存在的误差也会导致过大的桥头路基沉降。

针对桥头路基不均匀沉降，最主要的是提高路基土的承载力，其常用的处理方法有换填法、注浆法、土工织物法等。

1.2 方案简述

在本项目中，综合考虑实际情况发现：上层土性质软弱，含水率高，且层厚达8～18m，不适宜进行换填和注浆进行土体增强；而下土层工程性质好，采用水泥搅拌桩既可以直接承担路基传递的荷载，又可以对土体产生挤密效应增加其承载力，同时也是最经济的选择。另外，若仅使用水泥搅拌桩提供支撑，桩之间的土体承载力依旧较差，而道路结构整体并不是纯刚性的结构，在汽车荷载的反复作用下可能会在桩之间的土体产生应力集中，进一步导致路面结构产生不均匀沉降。因此，为了减少应力集中和增加桥头路基土的承载力，在填筑至下路床底面时，采用水泥搅拌桩处理后，再加铺一层钢塑土工格栅，然后铺筑40cm碎石垫层。图1对是否加铺土工格栅的受力情况进行简单的对比。

从图中可明显看出，在桩处理后加铺土工织物格栅，可以增加各桩之间的联系，起到传递力，减少应力集中的作用。在土工格栅和水泥搅拌桩的共同作用下，道路结构被连接成为一个较为紧密的整体，极大的提升了土基承载力，同时也能够在一定程度上防止路基的不均匀沉降。

1.3 复合地基设计与施工

1.3.1 设计要点

水泥搅拌桩复合地基的设计参数主要包括以下几点：水泥搅拌桩几何参数、相关材料要求以及复合地基承载力要求。

水泥搅拌桩的几何参数有：桩长L， 桩径d、桩间距s，褥垫层厚度△H和桩身强度等级。本桩桩径d为0.4m，按正方形布置，桩间距s为1.6m，褥垫层厚度△H为40cm级配良好碎石，桩身强度fcu≥20MPa，桩长则根据所需高度有所不同。单桩竖向承载力应满足Rk≥400KN，加固后复合地基承载力应达到fspk≥250KPa。

制成水泥搅拌桩所需的材料则需满足以下要求：

水泥：采用强度等级32.5级及以上的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，其性能必须符合《通用硅酸盐水泥》GB175-2007的规定。水泥储存时间超过3个月时应重新取样试验，并按其检验结果使用。

水：宜采用饮用水。

碎石：碎石粒径多采用30-50mm。

砂：采用的砂应洁净，含泥量不大于5%。

垫层：桩顶垫层采用级配良好的碎石，其最大粒径不超过30mm，不含植物残体、垃圾等杂质。

1.3.2 施工要点

水泥搅拌桩施工采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩。正式施工前应先打工艺性试验桩。每个作业点施工前必须先打不少于5根的工艺试验桩，以检验机具性能及施工工艺中的各项参数。钻孔过程中应做好记录，进入地基持力层时记录钻压电流值。根据钻机钻杆上所标尺寸控制钻孔深度，钻至设计标高后停钻，并与动力头底面停留位置相对应的钻机塔身处做醒目标记，作为施工时控制桩长的依据。

当桩体施工结束后，设计桩顶标高以上桩身及浮土宜采用人工凿除及开挖，以保护桩头质量，最后增设40cm厚级配碎石垫层，垫层下加铺一层土工格栅，垫层铺设宜采用静力压实法，当基础底面下桩间土的含水量较小时，也可采用动力夯实法，夯填度（夯实后的褥垫层厚度与虚铺厚度的比值）不大于0.9。

2 新旧路衔接效果优化

2.1 方案简述

本项目是在原有四车道基础上两侧各加宽两个车道，因此必须解决在新旧路衔接处存在的不均匀沉降。为增强新老路基的整体稳定性，消减新老路基拼接拓宽的差异变形，对于本路段桥梁、分离式立交两侧路基；涵洞、通道基底及两侧路基；填高大于3.5m路基布设水泥搅拌桩。另外，对未进行水泥搅拌桩处理段的新加宽路基基底清表后采用冲击碾压，冲压后基底采用40cm碎石垫层处治。

2.2 施工要点

路基填筑前，首先对老路基边坡按50cm行削坡，对原地表进行清表20～30cm，边坡削坡沿老路土路肩外边缘开挖，边坡削坡后开挖台阶。若老路路基填高小于1.6m，开挖一级台阶即可。

（1）老路面的开挖。为了改善新老路衔接后的受力状况，老路面层的开挖线应避免形成单一垂直的衔接通缝，老路面面层的开挖要错台成阶梯状；半刚性基层路面硬路肩铣刨6cm后再加铺面层。

（2）新老路面的衔接。新加宽部分的路面结构层在新老路面衔接接缝处不易压实，易成为渗水的通道及形成路面的反射裂缝，为了保证新路面结构层的整体效果，本施工图设计新建路面底基层下设置40cm厚的4.0%水泥稳定土路床处理，新建基层与老路结合的垂直缝涂刷3mm热沥青。新老路面结合处在缝顶加铺1m宽聚酯玻纤布。

3 结语

本文以水泥搅拌桩复合地基为分析主题，主要解决了对在道路加宽工程中，由桥头路基土软弱造成的桥头跳车问题和新旧道路衔接的问题。

对于桥头路基软弱土层较厚，下层土工程性质又比较好时，可以在局部采用水泥搅拌桩复合地基对路基土进行加固，再辅以土工织物格栅将路基底部的应力均匀扩散到更大区域来减少软弱土层的受力。从而有效的解决由桥头路基承载力不足造成的不均匀沉降和桥头跳车问题。

为了保证新旧道路衔接良好，分别在构造物和路基填高较高处设置水泥搅拌桩，并对其余路段进行冲击碾压，并用碎石垫层处治。在施工过程中，也采取一系列工程措施来确保路基整体性与稳定性。

参考文献

[1]欧俊峰.水泥搅拌桩复合地基承载机理及其影响因素研究[D].重庆大学，2013.