黄土地区涵洞地基处理效果研究

李 燕

（山西交通养护集团有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

涵洞作为公路工程排水中的重要一环，在公路工程中发挥着重要作用。黄土由于其水敏性、湿陷性等特点是许多学者的研究方向，如赵永虎等[1]对不同地基类型的涵洞进行沉降观测并得到相关的结论。陈保国等[2]对地基承载力受基础埋深、沉降不均匀等影响进行了研究。娄奕红等[3]研究了洞顶填土压力对涵洞的影响。荣露等[4]对黄土地区的地基处理进行了研究。朱兴华等[5]研究了黄土地区地质灾害引发的灾害链放大效应。

山西属于典型黄土地区，黄土的湿陷性、大孔隙等特点极易引起黄土地区涵洞不同程度病害，如涵洞渗漏、局部沉降、开裂等轻微病害，严重时还会破坏涵洞结构，影响公路的正常运营。地基处理不当会引起涵洞结构的损害，相关调查表明近三成的涵洞病害与地基处理不当相关[6]。

本文以山西某工程项目为依托，以其沿线黄土地区的涵洞为工程实例，采用水泥土搅拌桩对地基进行处理，分析水泥土搅拌桩处理地基后，地基湿陷系数变化情况，为黄土地区涵洞地基处理提供技术指导。

1 工程概况

该项目路线全长12 km，位于黄土地区，箱涵净宽4 m、净高2 m，箱涵顶板、底板和侧板厚度均为40 cm，基础宽度5.2 m，厚度0.1 m，箱涵涵顶覆土厚度平均为4.1 m，涵顶填土重度为16 kN/m3。对涵洞处地基开挖探井，并对不同深度土样进行物理力学试验，结果见表1。

表1 地基土物理性质指标表

由表1检测数据结合涵洞地基处黄土层厚度，计算得出总的自重湿陷量ΣΔzs=488.9 mm，总的湿陷量ΣΔs=687.1 mm。根据规范可判定此涵洞地基土为Ⅲ级自重湿陷性黄土。

2 地基处理措施

消除地基的湿陷性，常见的方法有垫层法、夯实法（强夯、重夯）、挤密法、预浸水法以及化学加固法等[7]。为保证涵洞地基的稳定性，项目对涵位处地基采用水泥土搅拌桩进行处理。

图1 水泥土搅拌桩处理后地基断面图（单位：m）

箱涵地基处理深度为10 m（有效桩长9.5 m，保护桩头 0.5 m），桩径 0.5 m，梅花型布桩，桩距1.2 m。涵洞基础底与桩顶间设置0.3 m的三七灰土褶垫层，灰土重度为16 kN/m3。涵洞台身两侧设置过渡段，采用回填砂砾的方式，过渡段纵向长度为4 m+涵洞洞身高度，处理示意图如图1所示。

3 地基沉降量分析

《公路桥涵地基与基础设计规范》[8]4.3.4条规定的基础最终沉降量公式为：

式中p0=80.3 kPa是基础底面处附加压应力，附加压应力的参数是表1中的相关数据。根据式（1）与计算简图（如图2）计算出地基处理后基础的最终沉降量s=20.3 mm。

图2 地基沉降计算简图(单位：m)

图3 涵洞地基土湿陷系数影响曲线

水泥土搅拌桩处理前后涵洞地基土湿陷系数的影响曲线见图3。由图3可以看出，对涵洞地基进行水泥土搅拌桩处理后，湿限系数呈减小的趋势，说明黄土在水泥土搅拌桩处理后湿陷性减弱。分析图3的数据，采用水泥土搅拌桩处理后，深度10 m范围内地基土的处理效果较好，湿限系数由处理前0.036～0.068，变为处理后 0.003～0.018。

为了解地基处理后的沉降情况，在涵洞的进出口和涵洞中心处均设置2个变形观测点，观测位置设置如图4和图5所示，对涵洞进行了1年的沉降变形观测。3个观测点中6组数据的平均值为涵洞的沉降量，涵洞累计沉降量影响曲线如图6所示。从累计沉降量曲线图可以看到：地基处理后，涵洞1年的累计沉降量为17.4 mm，完成地基最终理论沉降量的86%，涵洞累计沉降量的变化趋势为先增大后平缓。综合来看，地基处理的前3个月，涵洞沉降量较大，同时涵底土体也发生着固结，随着时间的推移，涵洞的沉降量变小直至趋于稳定。

图4 涵洞中心断面观测点布置图

图5 涵洞进出口断面观测点布置图

图6 涵洞累计沉降量影响曲线

4 结论

以山西某项目的箱涵为实体工程，对其涵底土体进行水泥土搅拌桩处理后，分析涵洞地基土湿陷系数、涵洞累计沉降量，得出下面结论与认识：

a）水泥土搅拌桩法可以作为消除黄土湿陷性的有效方法，提高地基承载力的效果较明显。

b）对涵底地基土体进行水泥土搅拌桩处理后，涵底10 m以内黄土的湿陷系数变化较明显，黄土的湿陷性得到明显改善，水泥土搅拌桩对地基土的处理效果良好。

c）通过对涵洞进行沉降观测，得到该箱涵地基1年的累计沉降量为17.4 mm，地基最终理论沉降量为20.3 mm，箱涵地基实际累计沉降量完成了最终理论沉降量的86%，地基处理后的累计沉降量变化趋势为先增大后平缓。

d）水泥土搅拌桩处理后的涵洞地基沉降变形在可控范围，水泥土搅拌桩处理可有效降低地基土的湿陷性，明显提高了涵洞的地基承载力。