預壓技術在高填方淺層非自重濕陷性黃土路基拓寬工程的應用

章亮　辛強

【摘 要】本文結(jié)合赤承高速公路改建段落加寬段路基施工，介紹了預壓技術在高填方淺層非自重濕陷性黃土路基拓寬工程的應用

【關鍵詞】預壓；非自重濕陷性黃土；拓寬工程

非自重濕陷性黃土濕陷變形具有突發(fā)性、不連續(xù)性以及不可逆性 因此，在非自重濕陷性地基土上拓寬公路如果不考慮黃土濕陷效應的影響，將會產(chǎn)生因濕陷沉降而引起的新老路基的差異沉降。本文以大廣高速（G45）赤峰至承德K48+600-K48+700段落拓寬部分為研究對象采用分層沉降儀、測斜儀、孔隙水壓力計等原位監(jiān)測手段對應用預壓處理的路基變形進行監(jiān)測，最后根據(jù)現(xiàn)場測試結(jié)果對比分析探討該技術在高填方淺層非自重濕陷性黃土段拓寬工程的適用性。

1.非自重濕陷性黃土研究現(xiàn)狀

由于黃土的非自重濕陷性變形具有突發(fā)性、不連續(xù)性等特性，僅強度或微結(jié)構突變失穩(wěn)觀點出發(fā)研究黃土的本構關系均不能完全解釋黃土的濕陷變形特性，對于黃土地基，工程上多采用強夯、置換、復合樁基等方

法進行處理。馮志焱，林在貫等采用DDC法處理濕陷黃土地基，可以很有效的改善深層黃土的非自重濕陷性，為處理深厚濕陷黃土提供的新的思路。邵生俊、于清高等建議根據(jù)黃土層的厚度、地下水位的高度、降水量等不同條件采取不同的淺層阻水、淺層排水、淺層防水等淺層處理方式，雖然是處理黃土地基的一種新方式，但卻缺乏工程應用。赤承高速沿線非自重濕陷性黃土分布廣泛，冬季凍深1.5m，地基受凍脹效應影響明顯，因此對于非自重濕陷性黃土地基處理方式研究具有重要意義，為以后同類地質(zhì)設計與施工提供借鑒。

2.試驗前準備工作

2.1試驗段落地質(zhì)情況

該段的地質(zhì)情況取自K48+650斷面，地下水位在3～4m。從該表中可以看出，該段土質(zhì)屬于自重非自重濕陷性黃土，黃土地基會隨著含水量的增高發(fā)生很大的非自重濕陷性變形，對路基造成嚴重損壞。

2.2試驗方案及試驗原件布置圖

本段路基擬采用預壓高度3.5m，預壓時間大于90天超載預壓方式。本段設置了2個觀測斷面，分別為K48+600、K48+650，其中K48+600為主觀測斷面，K48+650為輔助觀測斷面。預壓施工圖見圖1。試驗元件平面布置示意圖見圖2。

3.結(jié)果與分析

3.1沉降變形結(jié)果與分析。由于K48+650老路肩的深層沉降管被破壞后進行了修復，且分層沉降管被堵塞，僅能監(jiān)測到地下7m。測試數(shù)據(jù)處理計算沉降管上磁環(huán)標高時，假定7m處為不動的基準點，這樣計算得到的地基沉降與實際沉降變形不符，導致所得到的沉降量偏小，該測試結(jié)果僅作參考。本文主要以K48+600斷面的測試結(jié)果進行討論。預壓段K48+600斷面地基分層沉降隨荷載和時間變化曲線見圖3、5，地基分層沉降隨深度變化曲線見圖4、6，沉降板所示沉降隨填土層數(shù)變化曲線見圖7。

1）從圖3、圖4、圖5、圖6看K48+600新路肩最大沉降量為51mm、老路肩最大沉降量為46mm；圖7所示沉降板測得的兩老路肩沉降值在45～50mm之間。因此，可以認為圖3、圖4、圖5、圖6所示K48+600的沉降特性曲線可以大體代表該區(qū)段地基的沉降特性。當然以地面下14m作為不動點得到的測試數(shù)據(jù)，忽略了14m以下的沉降量，所得數(shù)據(jù)硬幣實際沉降量偏小。同時沉降在60天內(nèi)可以達到穩(wěn)定。

3.2地基水平位移結(jié)果與分析

K48+600預壓地基水平位移隨深度變化曲線，如圖8所示。本文以沉降變化曲率利用沉降變化曲率來表示施工工程中路基深度范圍內(nèi)沉降量的變化規(guī)律，曲率在數(shù)學上是表征曲線偏離直線的程度，本文將這一概念引入到表征路基沉降變化規(guī)律上，具體計算方法為：利用數(shù)值模擬數(shù)據(jù)或?qū)崪y數(shù)據(jù)擬合沉降曲線，求取該曲線的多項式方程，計算該曲線的曲率表達式，帶入公式1計算其平均值。從圖中可以看出：利用超載預壓處理地基，新路基沉降變化曲率為0.35，老路基沉降變化曲率為0.32，在路堤填土期間總體上地基側(cè)向位移量不大，最大側(cè)向位移在1.5mm間擺動。當施加超載后，側(cè)向位移增大到8～10mm，但是在超載作用期間保持穩(wěn)定。這表明路基穩(wěn)定，不可能發(fā)生失穩(wěn)破壞。

3.3孔隙水壓力分析結(jié)果

K48+600預壓段地基不同時間孔隙水壓力隨填土變化曲線見圖9所示。由于孔隙水壓計在填土施工過程中都遭到破壞，隨后經(jīng)修復，只有K48+600處5m深度的孔隙水壓力測試數(shù)據(jù)具有參考意義。隨填土荷載的增加，孔隙水壓力增加，最大超靜孔隙水壓力為6kPa加載完畢孔隙水壓力也可較快消散。

4.數(shù)值模擬及分析

對采用預壓處理的路基進行了填土施工期沉降和工后沉降的數(shù)值模擬，圖10、圖11應力分布云圖，圖12、圖13是沉降位移云圖。

從圖14可見：經(jīng)預壓處理后最大沉降為80mm，最大沉降位置在老路基坡腳處，沉降自該處向路中逐步減小，處理后新路基平均沉降曲率：0.27，處理后老路基平均沉降曲率：0.25。

施工期的沉降，在新路肩處為61mm，在老路肩處為48mm，比實測數(shù)據(jù)略大。在路面荷載和車輛運行荷載作用下的總沉降，最大值為80mm，在新路肩處為70mm；工后沉降最大值為12mm左右，發(fā)生在路中，新路肩處工后沉降為7mm左右。

5.結(jié)語

試驗段K48+600～K48+700段為淺層非自重濕陷性黃土路基，填方高度均6.5m。

采取了預壓試驗方案對路基進行處理，根據(jù)測試結(jié)果和數(shù)值分析結(jié)果的綜合分析，得到如下結(jié)果：

（1）利用預壓處理高填方淺層非自重濕陷性黃土段路基，在填土完成后約60天路基沉降即可穩(wěn)定，在預壓作用下，黃土孔隙率降低，濕陷效應得以改善，并且，地基在預壓作用下提前固結(jié)，可以降低工后沉降，減小新、老路基的差異沉降。

（2）預壓處理能夠保證拓寬新路堤施工過程以及道路運行期間所產(chǎn)生的路基沉降不會對路基路面結(jié)構產(chǎn)生明顯不良影響，新拓寬路堤填土施工所產(chǎn)生的地基沉降都可以在路堤填土施工期間基本完成，且從經(jīng)濟效益與施工難度角度上看，超載預壓適合高填方高填方淺層非自重濕陷性黃土段路基的處理。

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