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【摘 要】本文结合赤承高速公路改建段落加宽段路基施工，介绍了预压技术在高填方浅层非自重湿陷性黄土路基拓宽工程的应用
【关键词】预压；非自重湿陷性黄土；拓宽工程
非自重湿陷性黄土湿陷变形具有突发性、不连续性以及不可逆性 因此，在非自重湿陷性地基土上拓宽公路如果不考慮黄土湿陷效应的影响，将会产生因湿陷沉降而引起的新老路基的差异沉降。本文以大广高速（G45）赤峰至承德K48+600-K48+700段落拓宽部分为研究对象采用分层沉降仪、测斜仪、孔隙水压力计等原位监测手段对应用预压处理的路基变形进行监测，最后根据现场测试结果对比分析探讨该技术在高填方浅层非自重湿陷性黄土段拓宽工程的适用性。
1.非自重湿陷性黄土研究现状
由于黄土的非自重湿陷性变形具有突发性、不连续性等特性，仅强度或微结构突变失稳观点出发研究黄土的本构关系均不能完全解释黄土的湿陷变形特性，对于黄土地基，工程上多采用强夯、置换、复合桩基等方
法进行处理。冯志焱，林在贯等采用DDC法处理湿陷黄土地基，可以很有效的改善深层黄土的非自重湿陷性，为处理深厚湿陷黄土提供的新的思路。邵生俊、于清高等建议根据黄土层的厚度、地下水位的高度、降水量等不同条件采取不同的浅层阻水、浅层排水、浅层防水等浅层处理方式，虽然是处理黄土地基的一种新方式，但却缺乏工程应用。赤承高速沿线非自重湿陷性黄土分布广泛，冬季冻深1.5m，地基受冻胀效应影响明显，因此对于非自重湿陷性黄土地基处理方式研究具有重要意义，为以后同类地质设计与施工提供借鉴。
2.试验前准备工作
2.1试验段落地质情况
该段的地质情况取自K48+650断面，地下水位在3～4m。从该表中可以看出，该段土质属于自重非自重湿陷性黄土，黄土地基会随着含水量的增高发生很大的非自重湿陷性变形，对路基造成严重损坏。
2.2试验方案及试验原件布置图
本段路基拟采用预压高度3.5m，预压时间大于90天超载预压方式。本段设置了2个观测断面，分别为K48+600、K48+650，其中K48+600为主观测断面，K48+650为辅助观测断面。预压施工图见图1。试验元件平面布置示意图见图2。
3.结果与分析
3.1沉降变形结果与分析。由于K48+650老路肩的深层沉降管被破坏后进行了修复，且分层沉降管被堵塞，仅能监测到地下7m。测试数据处理计算沉降管上磁环标高时，假定7m处为不动的基准点，这样计算得到的地基沉降与实际沉降变形不符，导致所得到的沉降量偏小，该测试结果仅作参考。本文主要以K48+600断面的测试结果进行讨论。预压段K48+600断面地基分层沉降随荷载和时间变化曲线见图3、5，地基分层沉降随深度变化曲线见图4、6，沉降板所示沉降随填土层数变化曲线见图7。
1）从图3、图4、图5、图6看K48+600新路肩最大沉降量为51mm、老路肩最大沉降量为46mm；图7所示沉降板测得的两老路肩沉降值在45～50mm之间。因此，可以认为图3、图4、图5、图6所示K48+600的沉降特性曲线可以大体代表该区段地基的沉降特性。当然以地面下14m作为不动点得到的测试数据，忽略了14m以下的沉降量，所得数据硬币实际沉降量偏小。同时沉降在60天内可以达到稳定。
3.2地基水平位移结果与分析
K48+600预压地基水平位移随深度变化曲线，如图8所示。本文以沉降变化曲率利用沉降变化曲率来表示施工工程中路基深度范围内沉降量的变化规律，曲率在数学上是表征曲线偏离直线的程度，本文将这一概念引入到表征路基沉降变化规律上，具体计算方法为：利用数值模拟数据或实测数据拟合沉降曲线，求取该曲线的多项式方程，计算该曲线的曲率表达式，带入公式1计算其平均值。从图中可以看出：利用超载预压处理地基，新路基沉降变化曲率为0.35，老路基沉降变化曲率为0.32，在路堤填土期间总体上地基侧向位移量不大，最大侧向位移在1.5mm间摆动。当施加超载后，侧向位移增大到8～10mm，但是在超载作用期间保持稳定。这表明路基稳定，不可能发生失稳破坏。
3.3孔隙水压力分析结果
K48+600预压段地基不同时间孔隙水压力随填土变化曲线见图9所示。由于孔隙水压计在填土施工过程中都遭到破坏，随后经修复，只有K48+600处5m深度的孔隙水压力测试数据具有参考意义。随填土荷载的增加，孔隙水压力增加，最大超静孔隙水压力为6kPa加载完毕孔隙水压力也可较快消散。
4.数值模拟及分析
对采用预压处理的路基进行了填土施工期沉降和工后沉降的数值模拟，图10、图11应力分布云图，图12、图13是沉降位移云图。
从图14可见：经预压处理后最大沉降为80mm，最大沉降位置在老路基坡脚处，沉降自该处向路中逐步减小，处理后新路基平均沉降曲率：0.27，处理后老路基平均沉降曲率：0.25。
施工期的沉降，在新路肩处为61mm，在老路肩处为48mm，比实测数据略大。在路面荷载和车辆运行荷载作用下的总沉降，最大值为80mm，在新路肩处为70mm；工后沉降最大值为12mm左右，发生在路中，新路肩处工后沉降为7mm左右。
5.结语
试验段K48+600～K48+700段为浅层非自重湿陷性黄土路基，填方高度均6.5m。
采取了预压试验方案对路基进行处理，根据测试结果和数值分析结果的综合分析，得到如下结果：
（1）利用预压处理高填方浅层非自重湿陷性黄土段路基，在填土完成后约60天路基沉降即可稳定，在预压作用下，黄土孔隙率降低，湿陷效应得以改善，并且，地基在预压作用下提前固结，可以降低工后沉降，减小新、老路基的差异沉降。
（2）预压处理能够保证拓宽新路堤施工过程以及道路运行期间所产生的路基沉降不会对路基路面结构产生明显不良影响，新拓宽路堤填土施工所产生的地基沉降都可以在路堤填土施工期间基本完成，且从经济效益与施工难度角度上看，超载预压适合高填方高填方浅层非自重湿陷性黄土段路基的处理。
参考文献：
[1] 正汉，许镇鸿，刘祖典.关于黄土湿陷的若干问题.土木工程学报，1986，19（3）：86-94
[2] 乔国锋.浅谈非自重湿陷性黄土地基加固施工技术[J].山西建筑，2007，33（12）：119-120
[3] 冯志焱，林在贯，郑翔.孔内深层强夯法处理非自重湿陷性黄土地基的一个实例[J].岩石力学，2005，26（11）：1834-1837
[4] 邵生俊，于清高，王婷.深厚非自重湿陷性黄土地基综合整治新技术研究[J].土木工程学报，2007，40（12）：612-614
【关键词】预压；非自重湿陷性黄土；拓宽工程
非自重湿陷性黄土湿陷变形具有突发性、不连续性以及不可逆性 因此，在非自重湿陷性地基土上拓宽公路如果不考慮黄土湿陷效应的影响，将会产生因湿陷沉降而引起的新老路基的差异沉降。本文以大广高速（G45）赤峰至承德K48+600-K48+700段落拓宽部分为研究对象采用分层沉降仪、测斜仪、孔隙水压力计等原位监测手段对应用预压处理的路基变形进行监测，最后根据现场测试结果对比分析探讨该技术在高填方浅层非自重湿陷性黄土段拓宽工程的适用性。
1.非自重湿陷性黄土研究现状
由于黄土的非自重湿陷性变形具有突发性、不连续性等特性，仅强度或微结构突变失稳观点出发研究黄土的本构关系均不能完全解释黄土的湿陷变形特性，对于黄土地基，工程上多采用强夯、置换、复合桩基等方
法进行处理。冯志焱，林在贯等采用DDC法处理湿陷黄土地基，可以很有效的改善深层黄土的非自重湿陷性，为处理深厚湿陷黄土提供的新的思路。邵生俊、于清高等建议根据黄土层的厚度、地下水位的高度、降水量等不同条件采取不同的浅层阻水、浅层排水、浅层防水等浅层处理方式，虽然是处理黄土地基的一种新方式，但却缺乏工程应用。赤承高速沿线非自重湿陷性黄土分布广泛，冬季冻深1.5m，地基受冻胀效应影响明显，因此对于非自重湿陷性黄土地基处理方式研究具有重要意义，为以后同类地质设计与施工提供借鉴。
2.试验前准备工作
2.1试验段落地质情况
该段的地质情况取自K48+650断面，地下水位在3～4m。从该表中可以看出，该段土质属于自重非自重湿陷性黄土，黄土地基会随着含水量的增高发生很大的非自重湿陷性变形，对路基造成严重损坏。
2.2试验方案及试验原件布置图
本段路基拟采用预压高度3.5m，预压时间大于90天超载预压方式。本段设置了2个观测断面，分别为K48+600、K48+650，其中K48+600为主观测断面，K48+650为辅助观测断面。预压施工图见图1。试验元件平面布置示意图见图2。
3.结果与分析
3.1沉降变形结果与分析。由于K48+650老路肩的深层沉降管被破坏后进行了修复，且分层沉降管被堵塞，仅能监测到地下7m。测试数据处理计算沉降管上磁环标高时，假定7m处为不动的基准点，这样计算得到的地基沉降与实际沉降变形不符，导致所得到的沉降量偏小，该测试结果仅作参考。本文主要以K48+600断面的测试结果进行讨论。预压段K48+600断面地基分层沉降随荷载和时间变化曲线见图3、5，地基分层沉降随深度变化曲线见图4、6，沉降板所示沉降随填土层数变化曲线见图7。
1）从图3、图4、图5、图6看K48+600新路肩最大沉降量为51mm、老路肩最大沉降量为46mm；图7所示沉降板测得的两老路肩沉降值在45～50mm之间。因此，可以认为图3、图4、图5、图6所示K48+600的沉降特性曲线可以大体代表该区段地基的沉降特性。当然以地面下14m作为不动点得到的测试数据，忽略了14m以下的沉降量，所得数据硬币实际沉降量偏小。同时沉降在60天内可以达到稳定。
3.2地基水平位移结果与分析
K48+600预压地基水平位移随深度变化曲线，如图8所示。本文以沉降变化曲率利用沉降变化曲率来表示施工工程中路基深度范围内沉降量的变化规律，曲率在数学上是表征曲线偏离直线的程度，本文将这一概念引入到表征路基沉降变化规律上，具体计算方法为：利用数值模拟数据或实测数据拟合沉降曲线，求取该曲线的多项式方程，计算该曲线的曲率表达式，带入公式1计算其平均值。从图中可以看出：利用超载预压处理地基，新路基沉降变化曲率为0.35，老路基沉降变化曲率为0.32，在路堤填土期间总体上地基侧向位移量不大，最大侧向位移在1.5mm间摆动。当施加超载后，侧向位移增大到8～10mm，但是在超载作用期间保持稳定。这表明路基稳定，不可能发生失稳破坏。
3.3孔隙水压力分析结果
K48+600预压段地基不同时间孔隙水压力随填土变化曲线见图9所示。由于孔隙水压计在填土施工过程中都遭到破坏，随后经修复，只有K48+600处5m深度的孔隙水压力测试数据具有参考意义。随填土荷载的增加，孔隙水压力增加，最大超静孔隙水压力为6kPa加载完毕孔隙水压力也可较快消散。
4.数值模拟及分析
对采用预压处理的路基进行了填土施工期沉降和工后沉降的数值模拟，图10、图11应力分布云图，图12、图13是沉降位移云图。
从图14可见：经预压处理后最大沉降为80mm，最大沉降位置在老路基坡脚处，沉降自该处向路中逐步减小，处理后新路基平均沉降曲率：0.27，处理后老路基平均沉降曲率：0.25。
施工期的沉降，在新路肩处为61mm，在老路肩处为48mm，比实测数据略大。在路面荷载和车辆运行荷载作用下的总沉降，最大值为80mm，在新路肩处为70mm；工后沉降最大值为12mm左右，发生在路中，新路肩处工后沉降为7mm左右。
5.结语
试验段K48+600～K48+700段为浅层非自重湿陷性黄土路基，填方高度均6.5m。
采取了预压试验方案对路基进行处理，根据测试结果和数值分析结果的综合分析，得到如下结果：
（1）利用预压处理高填方浅层非自重湿陷性黄土段路基，在填土完成后约60天路基沉降即可稳定，在预压作用下，黄土孔隙率降低，湿陷效应得以改善，并且，地基在预压作用下提前固结，可以降低工后沉降，减小新、老路基的差异沉降。
（2）预压处理能够保证拓宽新路堤施工过程以及道路运行期间所产生的路基沉降不会对路基路面结构产生明显不良影响，新拓宽路堤填土施工所产生的地基沉降都可以在路堤填土施工期间基本完成，且从经济效益与施工难度角度上看，超载预压适合高填方高填方浅层非自重湿陷性黄土段路基的处理。
参考文献：
[1] 正汉，许镇鸿，刘祖典.关于黄土湿陷的若干问题.土木工程学报，1986，19（3）：86-94
[2] 乔国锋.浅谈非自重湿陷性黄土地基加固施工技术[J].山西建筑，2007，33（12）：119-120
[3] 冯志焱，林在贯，郑翔.孔内深层强夯法处理非自重湿陷性黄土地基的一个实例[J].岩石力学，2005，26（11）：1834-1837
[4] 邵生俊，于清高，王婷.深厚非自重湿陷性黄土地基综合整治新技术研究[J].土木工程学报，2007，40（12）：612-614