湿陷性黄土地基处理方案设计

高速公路高填路段涵洞、通道工程

湿陷性黄土地基处理方案设计

摘要：湿陷性黄土区高填路段涵洞、通道基底压力大，地基承载力低，湿陷变形量和压缩变形量大，采用常用的灰土垫层法、强夯法和灰土桩挤密法不能满足设计要求。工程实践验证振动沉管法施工工艺的水泥粉煤灰碎石高粘结强度桩是理想的处理方案，本文推荐的承载力计算公式可作为该处理方案的计算参考。

关键词：高速公路高填路段涵洞通道湿陷性黄土地基处理方案设计

1、前言

依据《中国湿陷性黄土工程地质分区略图》，我国湿陷性黄土主要分布在32°-47°之间， 34°-35°之间最为发育，而以黄土高原区的黄土分布最为集中，黄土沉积最为典型。黄土高原的范围是太行山以西、日月山以东、秦岭以北、长城以南，包括青海、宁夏、陕西、河南等省区的一部分或大部分，总面积达35.85万平方公里。由于其分布区内工业与民用建筑、水利、农田、铁路、电力、公路工程项目较多，所以涉及到该特殊性土的岩土工程勘察、设计研究成果较多，但也存在某些勘察、设计难点。本文是基于近几年来河南省洛阳、三门峡地区高速公路高填路段涵洞、通道湿陷性黄土地基处理及基础设计的实践总结，可供借鉴参考。

2、地基处理原则及其要求

2.1、建筑物类别确定

依《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）3.0.1条：“拟建在湿陷性黄土场地上的建筑物，应根据其重要性、地基受水浸湿可能性大小和在使用期间对不均匀沉降的严格要求程度”，并对照表3.0.1《建筑物分类》，认为高速公路涵洞、通道构造物符合该表中乙类其中的“地基受水浸湿可能性大的一般建筑”，规划为乙类。

2.2、地基处理原则及其要求

2.2.1、地基处理原则

当地基的湿陷变形、压缩变形或承载力不能满足设计要求时，应针对不同土质条件和建筑的类别，在地基压缩层内或湿陷性黄土层内采取处理措施。

2.2.2、地基处理要求

（1）平面处理范围：对分离基础，非自重湿陷性黄土场地时，每边应超出基础底面宽度的1/4，并不应小于0.5米。在自重湿陷性黄土场地，每边应超出基础底面宽度的3/4，并不应小于1米；对整体基础，基础外缘的宽度，每边不宜小于处理土层厚度的1/2，并不应小于2米。

（2）消除地基部分湿陷性的最小处理厚度：在非自重湿陷性黄土场地，不应小于地基压缩层深度的2/3，且下部未处理湿陷性黄土层的湿陷起始压力不应小于100KPa；在自重湿陷性黄土场地，不应小于湿陷性土层深度的2/3，且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量不应大于150mm；对基础宽度大或湿陷性黄土层厚度大，处理地基压缩层深度的2/3或全部湿陷性黄土层深度的2/3为宜，确有困难时，可在涵洞、通道范围内采用整层处理，其处理厚度：在非自重湿陷性黄土场地不应小于4米，且下部未处理湿陷性黄土层的湿陷性起始压力值不宜小于100KPa；在自重湿陷性黄土场地不应小于6米，且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量不宜大于150mm。

（3）地基处理后其下卧层顶面的承载力特征值，应满足《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）的6.1.7式。

3、地基处理方案设计

3.1、问题提出

基于黄土区冲沟发育，切割深度大，则高速公路通过其路段高填路基普遍。涵洞、通道构造物上覆填土厚度多大于10米，个别近20米，且跨度多为6米，其上部为钢筋混凝土拱形结构，片石混凝土墙体，分离式基础，基底压力多在300KPa左右。

依《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004），洛阳地区黄土为Ⅴ区河南黄土。该区勘察资料表明：湿陷性黄土厚度5-10米，承载力特征值大于150 KPa，多为非自重Ⅱ级湿陷等级；三门峡地区黄土为Ⅲ区关中黄土。该区勘察资料表明：湿陷性黄土厚度10-15米，承载力特征值多小于150 KPa，多为自重Ⅱ-Ⅲ级湿陷等级。

鉴于上述，对基底压力大的高填路段涵洞、通道、其承载力、湿陷变形和压缩变形难以满足设计要求，应进行地基处理。湿陷性黄土地基处理常用方法有垫层法、强夯法和挤密法。但垫层法换垫深度小，不能满足消除地基部分湿陷量最小处理厚度要求，且其下卧层顶面承载力特征值也不能满足《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）6.1.7式；强夯法中高夯击能虽然可满足消除地基部分湿陷量最小处理厚度要求，但夯实后的黄土承载力特征值也小于180 KPa，不能满足承载力设计要求；挤密法虽然可满足消除地基部分湿陷量最小处理厚度要求，但依据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）14.2.8条：“灰土挤密桩复合地基承载力特征值，不宜大于处理前的2倍，并不宜大于250 Kpa，对土挤密桩复合地基的承载力特征值，不宜大于处理前的1.4倍，并不宜大于180 Kpa，则承载力不能满足设计要求。”

3.2振动沉管挤密水泥粉煤灰碎石桩法是最佳处理方案

3.2.1振动沉管挤密水泥粉煤灰碎石桩特点

（1）水泥粉煤灰碎石桩为高粘结强度刚性桩，其受力和变形特性及加固机理与散体的粒料碎石桩和低粘结强度的水泥搅拌桩、灰土挤密桩是不同的。

（2）水泥粉煤灰碎石桩体强度多大于10 KPa，与素混凝土桩无大差别，在承载作用下其压缩性明显比桩间土小。因此，基础传给复合地基的附加应力变形逐渐集中到桩体上，桩土应力比高，特别是桩顶直接为基础混凝土承台条件下最为明显。

（3）水泥粉煤灰碎石桩作为刚性桩，在桩顶直接为基础混凝土承台时，可考虑桩群、桩间土及承合的相互作用效应。

（4）采用振动沉管灌注成桩施工工艺，可有效挤密桩间土，消除其湿陷性。

3.2.2地基处理方案设计

（1）桩体布臵与基于参数

桩平面布臵宜按梅花形在基础范围内布桩，桩径400-500mm，桩间距及桩长等均满足上述地基处理要求和设计的承载力，桩体强度10-15 MPa。

（2）承载力计算

基于《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）对各类桩的单桩竖向竖向承载力特征值和复合地基承载力特征值计算公式是基本相同的，则计算结果无大差