高填方路基后处理技术机理研究

关于高填方路基后处理技术机理研究

摘要：随着社会经济快速稳定的发展，对高速公路的要求也越来越高。因此，对高速公路的扩建加宽是必然的，这就需要考虑到新老公路的贯通、融合以及新老路堤的相互影响等问题。当原有路堤已基本完成沉降过程，然而在其边坡上扩建加宽的施工，其荷载会引起新填的土方路基沉降，同时也会引起原有路基的附加沉降，严重时则导致路基出现拉裂的现象以及下沉过速等病害。无砂砼小桩后处理技术是针对上述情况的处理方法，该技术的应用为高速公路软基及不良地基处理提供了有效的解决途径，同时有着重大的技术经济价值和意义。

关键字：高填方沉降基后处理处理方法

中图分类号： [tu196.2] 文献标识码： a 文章编号：

1. 高填方路基后处理概述

随着高速公路的迅速发展，伴随着高填方路基不断的增加，由于高填方路基所处的环境非常复杂，病害越来越多发生在施工阶段，同时完工后的运营阶段外界造成的病害，且都比较难处理，是故需要更高要求的路基处理技术进行处理，然而传统的路基处理技术在路基处理应用上却表现出局限性和变形性。在这种工程背景下，产生并发展了一项工程应用技术——无砂砼小桩后处理高填方路基技术，这种路基后处理技术不仅提高了地基承载力，而且还缩短了路基沉降变形的时间，高填方施工过程中进行路基处理工期，这样可以避免路基承载力处理的工期，同时节省了路基沉降稳定时间。

无砂砼小桩后处理技术是一种有效加快高速公路路基处理施工效率同时还可以降低路基病害的应用方法。

2. 无砂砼小桩后处理机理

从机理方面看，高填方软弱路基变形稳定性进行处理的方法就是迅速消散下部软弱土层中的超静水压力从而提高土颗粒间有效的应力作用，进一步到达土体的主固结。无砂砼小桩施工工艺流程分为：成孔——插管投石——封孔注浆。在成孔的过程中，可以达到彻底释放下部软弱土层中的超静水压力的目的，同时土颗粒的有效应力作用变大，进而加快了主固结的过程；在插管投石并同时进行间隔压力注浆施工的过程中，第一步在压力作用下可以将桩间土的部分自由水通过邻近桩孔进行排出，接着在邻近桩孔中进行压力注浆，同时水泥浆可以将桩周土体中的自由水置换排出，进一步使桩体更加密实，由于桩周土体受到压密灌浆的处理，可以形成竖向的无砂砼小桩桩体和桩周水泥的复合土。注入的水泥浆液与周围介质混合作用并凝固成一体之后，此时便形成了复合地基，地基是由周围压力灌浆土体和位于中心部位的无砂砼小桩桩体共同形成的。一方面，中心桩体加强了对软土地基的置换；另一方面，在压力注浆的施工过程中，水泥浆体对桩周土体进行加固施工处理，很显著的提高桩周土体的受力性能。由于注入浆液在碎石桩的连续性和土体在桩周的分布情况，他们进行凝结同时形成强度的过程是具有同步性的，这样可以充分保证中心桩体与桩周土体间连接得到充分的接触。然而后期荷载作用过程中，中心桩体与桩周土体间作用下产生

了有效摩擦作用，同时两者之间还有机械咬合作用，由于有效的作用力使得中心桩体与桩周土体形成的复合地基具有高强度和稳定性。可以起到提高高填方软基的竖向承载力和压缩模量的作用。

3. 应力路径法反演路基加固处理

如图1所示，总应力路径用ab线表示，在软弱土层中某点产生的高填方路基荷载，表示路基下软弱土层的破坏界限，超过界限的路基则必需进行加固处理。

图1.路基后处理的应力路径

如图1所示，路基后处理的施工应力路径为adefb。开始施工阶段，不需要进行地基加固，则是直接对原地基土进行高填土路基的施工，孔隙水在饱和土中的很难排出，此时的应力路径为ad段；然后在路基处理阶段，成孔过程中原地基土中孔隙水压力可以排出，此时的应力路径为de段；在继续施工的阶段，上部填方路可以超出设计的标准高度，在这一过程中，孔隙水在复合地基中也是不能排出，此时的复合土层应力路径为ef段；随着土内孔隙水应力的逐步消散，同时有效应力不断地增加进而完成固结，此时的应力路径为fb段。

显而易见，只有当0、d、f三点在同一直线上，处理后复合土层达到线时，此时的应力路径恰好达到临界状态，与此同时高填方路基工程对软弱土层的处理要求最低。

4. 复合地基的承载力和竖向变形分析

计算无砂砼小桩复合地基的承载力的方法很多，大致可以分为两类：

（1）首先对桩体和桩间土的承载力分别进行计算，然后按一定的原则进行叠加进而得到复合地基的承载力。这种方法的关键点是如何确定桩土应力比n（即桩和桩间土的应力分担比例），同时要确定桩和桩间土的极限状态，进而确定两者承载力的强弱；

（2）从整体的角度来进行分析考虑，视桩体和桩间土组成的复合土体为一个整体，对整体的承载力进行分析计算。这种方法需要先确定复合土体的综合强度，如复合模量。

设桩体总长为,，等沉面位于小桩复合地基顶面下处,，等沉面以上的桩侧摩阻力为，等沉面以下桩侧摩阻力为。

其中，等沉面以上土体的压缩模量：，等沉面以下土体的压缩模量：。

无砂砼小桩复合地基，桩间土在桩体的作用下，较大的约束了桩间土的侧向变形，所以桩间土的变形较接近一维压缩情况。小桩复合地基的变形在后期荷载作用下进行分析，取水平向分布的平均值分别进行分析桩体的应力和桩间土的应力。无砂砼小桩后处理技术，施工前一般在地面铺设300-500mm厚碎石垫层，待小桩注浆后形成无砂砼刚性垫层，进而再与小桩桩体形成一个整体，两者之间相对变形为零。

5.复合地基基干变形的优化设计

高填方路基采用无砂砼小桩后处理法进行处理，通常要在填方施工前，铺300-500mm厚碎石垫层在自然地面上，待小桩注浆施工完成后进而形成一刚度相对比较大的无砂砼刚性垫层，这样可以更好的协调桩上之间变形，同时能够保证荷载作用向桩体的集中。

6.工程实例

（1）工程情况：河南某公路的改造工程，本项目高填路基共3段，路基区段为k21+520～k21+630（长110m）路基平均宽度32.01m、k23+110～k23+230(长120m)路基平均宽度22.11m、k24+390～

k24+545(长155m)、路基平均宽度48.53m。

（2）总体部署。本段高填方地段填料采用挖掘机及装载机装车，大吨位自卸汽车运输；采用分层水平填筑、分层压实、推土机平整的施工方案；压实度采用灌砂法检测；建立填方路堤沉降稳定观测站进行沉降稳定观测。施工队伍由经验丰富的施工作业班组进行施工

（3）高填方施工工艺。路堤填筑施工采用“三阶段、四区段、八流程”的施工工艺平行流水作业。“三阶段”包括准备阶段、施工阶段和整修阶段；“四区段”包括填筑区段、平整区段、碾压区段和检测区段；“八流程”包括施工准备、基底处理、分层填筑、摊铺平整、洒水晾晒、碾压夯实、检验签证和路基整修。

结语：

随着社会经济和科学技术的快速发展，我国的高速公路建设事业