高速公路大型预制堆载场地地基处治方法比选运用

苗秋福

（山西路桥建设集团有限公司 阳泉分公司，山西 阳泉 045000）

随着高速公路的飞速发展，高速公路建设施工技术和管理水平有了较大的提高，较好地完成了建设目标，但是施工过程中也暴露了施工期间控制能力不足，出现不少的质量问题，质量通病层出不穷。实践证明，推行高速公路标准化施工，加强施工过程监控是确保高速公路建设质量的有效措施。标准化施工包括标准化管理、标准化施工工艺流程、标准化预制构件等等。其中标准化预制构件就需要大型的预制工厂，统一进行预制构件的生产。为了保证施工的不中断及预制施工安全性等，预制场地本身的安全性尤为重要，其中堆载场地基稳定是不可忽视的主要因素之一。

1 堆载场地地基处治目的和作用

地基所面临的问题主要有以下几个方面：a）承载力及稳定性问题；b）压缩及不均匀沉降问题；c）渗漏问题；d）液化问题；e）特殊土的特殊问题。当天然地基存在上述五类问题之一或其中几个同时出现时，需采用地基处理措施以保证上部结构的安全与正常使用。

2 堆载场地地基处治原理

地基剪切破坏的具体表现形式有建筑物的地基承载力不够，由于偏心荷载或侧向土压力的作用使结构失稳；由于填土或建筑物荷载，使邻近地基产生隆起；土方开挖时边坡失稳基坑开挖时坑底隆起。地基土的剪切破坏主要因为地基土的抗剪强度不足，因此，为防止剪切破坏，就需要采取一定的措施提高地基土的抗剪强度，提高地基土的压缩模量，以减少地基的沉降和不均匀沉降。对于湿陷性黄土和膨胀土，就是消除或减少黄土的湿陷性或膨胀土的胀缩性。

3 工程概况

某高速公路大型预制堆载场地，跨度L=24.0 m，柱基础底面宽度b=4.0 m，基础埋深d=2.0 m，地基土0～30.0 m为粉质黏土、黏土，平均压缩模量Es=7.0 MPa，30.0 m以下为砂卵石及砂岩层，未见地下水。堆载纵向长度a=48.0 m，地面堆载荷载q=65.0 kPa，周围无其他建构筑物。

图1 地面堆载图（单位：cm）

在地面堆载荷载作用下，柱基内侧边缘处地基必然产生附加沉降，从而影响柱基产生不均匀沉降变形。当沉降变形超过一定的限值时，柱基沉降变形易造成上部结构破坏，给施工人员带来安全隐患，中断作业，从而影响高速公路建设工期等。

4 沉降变形计算

为避免柱基在地面堆载作用下出现较大的沉降变形，对堆载作用下柱基内侧边缘进行沉降变形计算分析。本文柱基内侧边缘中点处地基附加沉降变形按应力面积法进行计算，计算深度取30 m，公式[1]如式（1）：

式中：S为沉降变形量；n为沉降变形深度内的土层层数；p0为基底下的附加应力，kPa；Esi为基底下第i层土的压缩模量，MPa；zi、zi-1为基底下至第i层土、第i-1层土底面的距离，为基底下计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数[1]。

根据建筑地基基础设计规范附录N，荷载范围横向宽度24 m，超过柱基宽度4 m的5倍，按5倍荷载柱基础宽度进行计算分析。荷载柱基础两侧地面荷载计算时以每段0.5倍基础宽度为原则划分为10个区间，并计算等效均布地面堆载。等效均布地面堆载荷载按公式（2）进行计算：

式中：qep为等效均布地面荷载，kPa；βi为第 i区间的荷载换算系数，按建筑地基基础设计规范查取；qi为荷载柱基内侧第i区间的荷载值，kPa；pi为荷载柱基外侧第i区间的荷载值，kPa。

根据a/5b=48/(5×4)=2.5＞1，查建筑地基基础设计规范附录N得各个区间的换算系数βi。

等效均布地面荷载计算为：

计算荷载柱基内侧边缘中点的沉降变形量时，将荷载面积48 m×20 m分为两个24 m×20 m，总的附加应力系数为小矩形附加应力系数的2倍。附加应力系数见表1。

表1 附加应力系数表

根据沉降变形计算公式得荷载柱基内侧边缘中点的沉降变形量为：

查建筑地基基础设计规范7.5.5表，a=48.0 m，b=4.0 m，地基附加沉降允许值[S'g]=79.0 mm，S'=91.55 mm＞[S'g]=79.0 mm，不满足规范要求。

5 沉降处治方案比选

根据计算，在地面堆载荷载作用下，柱基内侧边缘中点的附加沉降量大于地基附加沉降允许值，不满足规范要求，需对地基进行处理。为了消除地基的附加沉降变形量，拟定3个设计方案进行比选论证，最终确定处理方案。

5.1 堆载预压方案

5.2 强夯法方案

强夯法[4-5]又称动力固结法，可以适用加固各类粉土、砂性土、一般黏性土、黄土等，尤其适应加固大块碎石类土及建筑生活垃圾或工业废料组成的杂填土。考虑预制场地的适宜性，本文强夯法方案采用1 000 kN·m的夯击能以梅花型布置对预制场地基土进行夯击，第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.5～3.5倍，第二遍夯击点应位于与第一遍夯击点之间，夯击能为600 kN·m。两遍夯击之间应有一定的时间间隔，间隔时间由土中超孔隙水压力的消散时间决定，本文无地下水，土质含水量较低，可根据现场试验进行确定。强夯处理范围每边超出柱基外缘宽度3 m。当最后两次夯击的平均夯击沉降量小于等于5 cm时可以停止夯击，强夯结束时间初步估计为15 d。

5.3 灰土挤密桩方案

灰土挤密桩[6]是由桩间挤密土和灰土桩桩体一起承担上部荷载的复合地基，其能够较大地提高地基土的承载力特征值和增强地基水稳定性。考虑提高地基承载力，减小地基沉降，对预制场地地基采用灰土挤密桩进行处理。灰土挤密桩桩径500 mm，桩长12 m，桩孔呈等边三角型布置，处理范围为预制场地两侧各加6 m。经过灰土挤密桩挤密及置换作用后，桩间土地基承载力特征值得到提高，土的压缩模量增大，预制场地基沉降有效减少。考虑桩施工完毕后14～28 d才能进行承载力检测，故复合地基方案结束时间初步估计1个月以上。

6 堆载场地处理方法优缺点对比

堆载预压方案优点是工程造价相对较低、施工方便、技术要求较低等，缺点是工期长、处治效果不佳；灰土挤密桩方案优点是能够有效提高地基承载力和压缩模量，减少地基沉降，处理效果好，缺点是工程造价高、施工复杂、工期相对较长等；强夯方案优点工程造价相对较低、施工方便、工期较短，缺点是易对周围建筑物产生振动影响。

根据上述地基沉降计算可知，未处理前地基沉降超高允许沉降约12 mm，要求处理的沉降量较小。预制场地经3种方案处理后均能满足规范要求，但灰土挤密桩方案及堆载预压方案工程造价相对较高、工期较长，综合考虑采用强夯方案。

7 处治效果

8 结语

根据强夯后沉降变形量计算结果可知，采用强夯法处理堆载场地后其沉降变形能够满足相关规范要求，有效地节约了工期，降低了工程成本，保证了工程质量，取得了较好的工程效果。强夯法由于其施工方便、工程成本较低，能够有效减少地基沉降、提高地基的承载力及地基压缩模量等，现已广泛用于各类土建工程中，处治效果较好。