山區(qū)公路結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)設(shè)計(jì)探討

魏明崗　王軒隆

【摘 要】某高速公路，該工程里程K14+440～K14+620段路基處于一個(gè)多年亂采形成的廢棄礦坑范圍內(nèi)。礦坑長(zhǎng)約180m、寬5～30m，坑底距山坡地表5～35m。礦坑平面形狀不規(guī)則，現(xiàn)狀坑底地面起伏很大，初步調(diào)查，礦坑大部分范圍內(nèi)有堆積物，堆填的棄渣厚度及粒徑變化較大、無(wú)規(guī)律性，且堆填時(shí)間不詳。該段高速公路路基的兩端設(shè)計(jì)有兩個(gè)下穿的排水蓋板涵，涵洞長(zhǎng)41～61m，凈高4.8m，寬3.5m，上覆土厚2～8m，設(shè)計(jì)要求地基承載力不小于400kPa。該段高速公路路基、涵洞基礎(chǔ)所處的廢棄礦坑地形變化大，地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜，同時(shí)高速公路設(shè)計(jì)要求的地基承載力、路基沉降及差異沉降要求都很高，這給路基處理施工帶來(lái)了很大難度。建設(shè)單位和設(shè)計(jì)、施工單位多次開(kāi)會(huì)探討，均感覺(jué)地質(zhì)情況不明，礦坑處理難以進(jìn)行，因此委托我單位進(jìn)行礦坑的詳細(xì)工程地質(zhì)勘察工作，并要求提供適宜、可行的地基處理方案。

【關(guān)鍵詞】山區(qū)公路；礦坑；地基處理；強(qiáng)夯

1.工程地質(zhì)條件

1.1地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造較為發(fā)育，主要以東西向、北東向、北北東向褶皺、斷裂構(gòu)造體系為主，多集中成帶狀分布，其中以北東向和近東西向斷裂構(gòu)造變形最為強(qiáng)烈。受構(gòu)造作用影響，工程場(chǎng)地巖體較破碎～破碎，巖石風(fēng)化程度較高。

1.2地形地貌

工程場(chǎng)地處于秦嶺余脈的延伸地帶，為構(gòu)造剝蝕低山地貌，地形起伏中等。礦坑位于山體斜坡的下部。

1.3地層巖性

經(jīng)過(guò)對(duì)廢棄礦坑的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，該礦坑開(kāi)采礦區(qū)位于太古代片麻巖體內(nèi)，礦產(chǎn)種類(lèi)為鐵礦，大致于20世紀(jì)90年代后期開(kāi)始開(kāi)采，近期關(guān)閉后礦坑內(nèi)堆填有廢棄礦渣，因此礦坑具體的開(kāi)挖范圍、深度等情況不明。因此我們針對(duì)性地策劃了勘察方案，在加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查、測(cè)繪的同時(shí)，布置了勘探鉆孔，并在鉆孔中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫人和重型動(dòng)力觸探原位測(cè)試。

1.4地下水情況

勘探時(shí)發(fā)現(xiàn)礦坑內(nèi)堆積物中分布有地下水，分布不均勻，水位距坑底0.5～2.Om.為大氣降水人滲及周?chē)孛媪魅藚R集而成，屬滯水，水量隨季節(jié)具有較大變化。

2.勘察建議的地基處理方案

2.1場(chǎng)地整平

場(chǎng)區(qū)地形變化大，為便于機(jī)械施工，縮短工期，降低造價(jià)，勘察建議先進(jìn)行場(chǎng)地的整平工作，以為下一步地基處理工作打好基礎(chǔ)。填方整平的地面應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)路面高程并結(jié)合現(xiàn)狀地形回填整平（需要在回填過(guò)程進(jìn)行初步壓實(shí)）至涵洞基礎(chǔ)底面以下一定高度，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行下一步的路基及涵洞基底下地基加固處理亡作。

2.2方案及技術(shù)建議

場(chǎng)地整平后，考慮到目前已堆填礦渣以砂狀、碎屑狀為主，顆粒相對(duì)較均勻，整體上含水量較低?？辈靾?bào)告中提出以下三種路基及涵洞基礎(chǔ)的處理措施及技術(shù)建議，以供設(shè)計(jì)、施工比選。

2.2.1方案1—強(qiáng)夯法加漿砌片石回填

①?gòu)?qiáng)夯處理平面范圍及方案的設(shè)計(jì)、施工須嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)范執(zhí)行，確保強(qiáng)夯處理后的地基能夠滿足高速公路設(shè)計(jì)關(guān)于地基容許承載力、變形及地基穩(wěn)定性等方面的要求。

②強(qiáng)夯施工前須對(duì)目前礦坑區(qū)域內(nèi)表層已雜亂堆積的松軟土、雜物及樹(shù)木等進(jìn)行清除，做好整平工作。

③由于場(chǎng)地內(nèi)礦坑深淺不一，堆填物質(zhì)密度具有一定差異，在設(shè)計(jì)有效加固深度、單位夯擊能基礎(chǔ)上，結(jié)合場(chǎng)地地層條件，合理設(shè)計(jì)夯點(diǎn)布置、夯擊方法及夯擊次數(shù)。

④建議在施工現(xiàn)場(chǎng)選擇代表性場(chǎng)地作為試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行試夯或試驗(yàn)性施工，根據(jù)預(yù)計(jì)加固處理效果，選擇適宜的施工機(jī)械，在現(xiàn)場(chǎng)試夯時(shí)，要根據(jù)夯沉量或地面隆起情況、起錘難度等及時(shí)調(diào)整夯點(diǎn)布局及夯擊次數(shù)，局部坑深、土質(zhì)松軟處，可適當(dāng)加大夯擊遍數(shù)。施工過(guò)程中要實(shí)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)，及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案。

⑤強(qiáng)夯施工過(guò)程中的質(zhì)量控制及加固效果檢測(cè)等均須嚴(yán)格按照國(guó)家及行業(yè)現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)范執(zhí)行。

2.2.2方案2—復(fù)合載體夯擴(kuò)樁法

①經(jīng)加固處理以后的復(fù)合地基須滿足設(shè)計(jì)對(duì)地基承載力、地基變形及穩(wěn)定性控制的要求。復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值須根據(jù)復(fù)合地基的載荷試驗(yàn)等原位測(cè)試結(jié)果，結(jié)合地基處理的設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)綜合確定。

②具體復(fù)合地基加固處理方案可根據(jù)本工程建筑設(shè)計(jì)條件、地基土層分布特點(diǎn)，結(jié)合地基處理的設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)綜合確定。

③應(yīng)按相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，加強(qiáng)對(duì)復(fù)合地基施工質(zhì)量控制及加固效果的檢測(cè)工作。

2.2.3方案3—對(duì)于涵洞基礎(chǔ)亦可以考慮大直徑（擴(kuò)底）灌注樁方案

①樁端應(yīng)進(jìn)入坑底下強(qiáng)風(fēng)化片麻巖內(nèi)不少于1m，坑底形態(tài)陡變的斜坡處可適當(dāng)加大樁端嵌巖深度，建議不考慮側(cè)摩阻力，樁端片麻巖的飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值可按5MPa考慮，巖石按破碎考慮。

②樁端局部礦坑深度較大處，有可能分布滯水，需妥善排除。

③須采用安全、可靠的護(hù)壁方法，保證成孔、施工安全。

④成樁前樁端虛土或碎屑應(yīng)清除，樁端巖性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有不利于基坑穩(wěn)定的軟弱巖石時(shí)應(yīng)清除。

3.強(qiáng)夯處理方案的實(shí)施及效果

3.1強(qiáng)夯方案的選擇

該場(chǎng)區(qū)的主要特點(diǎn)是地形高差懸殊，坑底基巖面起伏不平，回填整平后土質(zhì)相對(duì)疏松。若采用夯擴(kuò)樁處理，由于基巖面起伏不平，樁長(zhǎng)很難控制，長(zhǎng)短不一的樁長(zhǎng)也使處理效果很難保證；若采用大直徑擴(kuò)底灌注樁方案，則由于土質(zhì)較疏松，局部分布有滯水，挖樁時(shí)容易塌孔，安全隱患大?？紤]到上述兩種方案均工程造價(jià)較高，施工工期相對(duì)較長(zhǎng)，因此本工程地基處理選擇強(qiáng)夯法。

3.2設(shè)計(jì)原理

強(qiáng)夯法又名動(dòng)力固結(jié)法或動(dòng)力壓實(shí)法，這種方法是反復(fù)將夯錘（一般為圓形，質(zhì)量10-40t）提到一定的高度使其自由落下（落距一般為10～40m），給地基以沖擊和振動(dòng)能量，從而提高地基的承載力，降低地基壓縮性，改善地基性能。其加固原理基于動(dòng)力壓密理論，沖擊型動(dòng)力荷載瞬間使土體中孔隙體積縮小，土體密實(shí)，承載力提高。非飽和土夯實(shí)變形主要是由于土顆粒相對(duì)位移重新排列而引起，亦是土中孔隙中氣相（空氣）被排出的過(guò)程，經(jīng)強(qiáng)夯處理后，土體達(dá)到最密實(shí)狀態(tài)。

3.3強(qiáng)夯施工

針對(duì)填土情況、現(xiàn)有設(shè)備及施工經(jīng)驗(yàn)，主夯：2000-3000KN.m，滿夯：2000KN.m。（2）分層厚度每層虛鋪5～6m，經(jīng)推土機(jī)初步壓實(shí)后再進(jìn)行強(qiáng)夯作業(yè)，整體上需鋪3層。（3）施工機(jī)械采用25t履帶式吊車(chē)，夯錘為直徑2.5m左右的鑄鐵錘（18-20t），帶自動(dòng)脫鉤裝置。

3.4強(qiáng)夯處理效果檢測(cè)

從已完成的處理效果檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，處理效果良好，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

4.結(jié)語(yǔ)

對(duì)于山區(qū)復(fù)雜場(chǎng)地的工程建設(shè)，通過(guò)勘察查明地質(zhì)情況對(duì)于治理工作的設(shè)計(jì)與施工至關(guān)重要?？辈祀A段應(yīng)充分搜集已有資料，運(yùn)用多種勘察手段查明地層空間變化、巖土物理力學(xué)性質(zhì)及場(chǎng)區(qū)不良地質(zhì)作用。由于目前的地基處理方法五花八門(mén)，每種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，因此經(jīng)濟(jì)、合理、高效的地基處理方案應(yīng)該在詳細(xì)的勘察結(jié)果基礎(chǔ)上比選、優(yōu)化。河南山區(qū)公路建設(shè)方興未艾，在建和待建的高等級(jí)公路還有多條。但在山區(qū)分布有較多的廢棄礦山（多形成于20世紀(jì)90年代末），生態(tài)環(huán)境亟需要逐步恢復(fù)，地質(zhì)災(zāi)害及不良地基條件需要進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估或評(píng)價(jià)，這樣才能保證工程建設(shè)的安全。希望本篇文章所闡述的勘察、設(shè)計(jì)、治理思路能為類(lèi)似建設(shè)工程中巖土工程問(wèn)題的合理解決起到拋磚引玉的作用。