深厚軟弱地基處治施工實(shí)例分析

(福清交通建設(shè)發(fā)展有限責(zé)任公司，福州350004)

深厚軟弱地基處治施工實(shí)例分析

■劉玲霞

(福清交通建設(shè)發(fā)展有限責(zé)任公司，福州350004)

本文在分析數(shù)種公路工程軟土地基處治工法優(yōu)缺點(diǎn)及適用工況的基礎(chǔ)上，針對濱海海岸深厚軟弱地基的處治，提出了超傳統(tǒng)樁擠密砂樁加固地基方案，并通過試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)和監(jiān)控量測數(shù)據(jù)對處治和工后質(zhì)量進(jìn)行了分析和驗(yàn)證，證明處治方案合理，效果良好，確保了深厚軟弱地基施工安全。

軟基處治粉噴樁CF G樁深層攪拌樁超長砂樁監(jiān)控量測

1 引言

公路路基工程修筑過程中經(jīng)常會(huì)碰到軟土地基段，其基底無法提供足夠的承載力，必須經(jīng)過軟基處理方能確保路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)總結(jié)出較多的工法，用以解決軟土地基問題，主要是解決工后沉降、保持路基結(jié)構(gòu)層穩(wěn)定性。

2 軟土地基處理的工法

按軟基厚度來劃分，主要包括淺層軟基處理和深厚軟弱地基處理，目前常用的軟基處理工法有兩類：一是復(fù)合地基處理方法，包括粉噴樁、擠密砂樁和深層攪拌樁、CFG樁等；二是排水固結(jié)處理方法，包括堆載預(yù)壓和真空聯(lián)合堆載預(yù)壓等。

其中對于深厚軟弱地基處治主要采用復(fù)合地基處理的方法。幾種常用的工法分析總結(jié)適用情況如下：

(1)粉噴樁法

粉噴樁處理軟基是利用粉噴樁成樁機(jī)械將粉體固化劑(水泥、石灰等)噴出后在地基深處就地與軟土強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)，在原地基中形成強(qiáng)度、剛度較大的樁體，樁與樁間土體形成復(fù)合地基共同承擔(dān)外荷載。

(2)CFG樁法

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁，與樁間土、褥墊層一起形成復(fù)合地基，有利于地基孔隙水排出及地基的固結(jié)，增強(qiáng)地基的抗液化能力；通過樁體置換，改善地基土結(jié)構(gòu)，提高地基的強(qiáng)度、整體穩(wěn)定性和承載力；通過CFG、樁間土及墊層組成整體共同起作用，當(dāng)上部荷載小時(shí)，整體受力，當(dāng)上部荷載大時(shí)，CFG樁承受大部分力，能均勻適用各種荷載作用，減小路基工后沉降。

(3)深層攪拌樁法

深層攪拌樁處理軟基是利用水泥或石灰等其它材料作為固化劑的主劑，通過特別的深層攪拌機(jī)械，在地基深處將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理一化學(xué)反應(yīng)，形成堅(jiān)硬拌和柱體，與原土層一起起到復(fù)合地基的作用。

(4)擠密砂樁法

擠密砂樁處理軟基是采用振動(dòng)或沖擊荷載在軟弱地基中成孔，再將砂擠壓入土中，形成大直徑的密實(shí)柱體。擠密砂樁的主要作用是將地基擠實(shí)排水固結(jié)，從而提高地基的整體抗剪強(qiáng)度與承載力，減少地基的沉降量和不均勻沉降。

3 深厚軟弱地基處理實(shí)例

福清濱海大通道江陰段K0+584～K3+177.099段，路線從海岸地貌穿越，地基上伏松散砂層均厚達(dá)7.69m，下伏為淤泥質(zhì)土，粉質(zhì)粘土和圓礫軟石等地質(zhì)構(gòu)成，其中淤泥層厚在5.4～29m之間，其含水率高達(dá)40%(見圖1)。

圖1 工程地質(zhì)剖面圖

(1)方案比選

地勘資料顯示，該軟基地段主要的特點(diǎn)是：淤泥層深且厚，最厚達(dá)29m，淤泥含水量近40%。根據(jù)各工法的特點(diǎn)，依據(jù)《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/ TD31-02-2013)中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行了方案比選。

①工法1：粉噴樁法，有效加固長度一般只有10～15m左右，且淤泥層含水量超大基本處于飽水狀態(tài)，淤泥與粉料無法有效均勻攪拌，成樁的強(qiáng)度和剛度無法得到保障。且規(guī)范規(guī)定樁長不宜大于12m。予以排除。

②工法2：CFG樁法，由于淤泥層過厚且含水量超大，成孔難且易塌孔，安全質(zhì)量無法得到保障。且規(guī)范規(guī)定樁長不宜大于30m。予以排除。

③工法3：深層攪拌樁法，由于淤泥層過厚且含水量超大基本處于飽水狀態(tài)，水泥或者石灰無法有效均勻攪拌，粘合度差，成樁的強(qiáng)度和剛度無法得到保障。且規(guī)范規(guī)定樁長不宜大于20m。予以排除。

④工法4：擠密砂樁法，能較好的在富水淤泥層成樁，對于飽和軟土的處理主要起置換作用，并具有豎向排水通道的作用，達(dá)到對地基擠實(shí)排水固結(jié)的效果，并在其上回填0.3m的級(jí)配碎石墊層，雙向土工格柵放置在級(jí)配碎石墊層中間。通過設(shè)置墊層及土工格柵來保證樁與土共同承擔(dān)荷載，增強(qiáng)路基整體強(qiáng)度，減少不均勻沉降有效解決地基的沉降量和不均勻沉降。選用。

(2)處治方案

按照比選結(jié)果，選用擠密砂樁做為該段深厚軟弱地基的處治方案。砂樁在平面上按梅花形布置，樁徑為0.5m，樁距為1.5～1.6m，按照地勘資料，本著樁打穿軟土層進(jìn)入下臥層不得小于1.5m的原則，設(shè)置樁長26～35.25m不等，其中砂樁樁頂以下5m范圍內(nèi)樁身材料采用砂碎石，砂、石比例為6∶4，5m以下樁身材料采用優(yōu)質(zhì)中砂。

砂樁施工完成后，在其上回填0.3m的級(jí)配碎石墊層，雙向土工格柵放置在級(jí)配碎石墊層中間。通過設(shè)置墊層及土工格柵來保證樁與土共同承擔(dān)荷載，增強(qiáng)路基整體強(qiáng)度，減少不均勻沉降，并對軟基處理進(jìn)行欠載預(yù)壓6個(gè)月，以使工后沉降差能滿足行車的要求。

整體復(fù)合地基示意圖如圖2所示。

圖2 軟基處理示意圖

(3)施工控制要點(diǎn)

超長砂樁的施工與普通擠密砂樁的施工設(shè)備和施工流程基本相同，難點(diǎn)在于超過20m以后的成樁質(zhì)量控制。為達(dá)到超長砂樁的處理效果，施工質(zhì)量要點(diǎn)控制如下：

①成樁：采用振動(dòng)沉管法施工工藝，樁靴采用擴(kuò)大頭活瓣樁靴。樁管下沉速度嚴(yán)格控制在2～3m/min至設(shè)計(jì)高程，控制樁底高程偏差不大于10cm。樁管下沉過程中注意觀察樁管偏斜情況，若發(fā)現(xiàn)樁管偏斜時(shí)及時(shí)扶正樁管。樁機(jī)就位對中完成后，對照砂樁設(shè)計(jì)長度，做好原始記錄。然后提升樁管離地面50cm，將樁管平底活瓣閉合，加壓、振動(dòng)樁管，使樁管下沉到要求深度后上拔0.5～1.0m，清除樁尖真空吸力，并張開活瓣。

②樁管灌砂：沉管頂應(yīng)高出地面1m，并在管內(nèi)灌滿水后再灌滿砂。根據(jù)沉管的刻度，當(dāng)樁管沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，按1.3倍設(shè)計(jì)砂量灌入，若樁管一次性裝不下全部灌砂量，在振動(dòng)擠密過程中補(bǔ)足。填料分批加入，一般每次填料0.5～1.0m3,保證試樁標(biāo)定的裝料量。向管內(nèi)填砂的同時(shí)，向管內(nèi)通水，利于砂排出樁管外。

③拔管、振動(dòng)擠密:待樁管內(nèi)灌砂后，首次拔管應(yīng)將樁管提升1～2m，振動(dòng)擠壓20s～30s。擠密時(shí)每次提升樁管1.5m/min以內(nèi)，將落入樁孔內(nèi)的砂壓實(shí)，確保每m灌砂量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。拔管前留振≥1min。擠壓時(shí)間以樁管難以下沉為宜，如此反復(fù)升降壓拔樁管，直至所灌砂樁將地基擠密固結(jié)。

④施工順序：砂樁沿路基邊坡坡腳線往外多打一排樁，施工順序?yàn)閺牡缆吠鈧?cè)向道路中線推進(jìn)。

⑤嚴(yán)控砂的質(zhì)量：采用滲水率較高的潔凈中粗砂，含泥量不應(yīng)大于3%，細(xì)度模數(shù)不小于3.0，有機(jī)質(zhì)含量不大于1%，滲透系數(shù)不小于5×10-3cm/s。

⑥樁頂加筋墊層施工、填土堆載預(yù)壓、卸載及監(jiān)測等嚴(yán)格按照相關(guān)施工規(guī)范組織施工。

(4)處治效果

①試驗(yàn)前后地基承載力對比

現(xiàn)場選取了2個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行試驗(yàn)，試樁靜載試驗(yàn)結(jié)果滿足規(guī)范要求。具體見表1。

②監(jiān)控量測成果

縱向每100m設(shè)置一個(gè)觀測斷面，在路堤中心及兩側(cè)路肩布設(shè)3個(gè)沉降觀測點(diǎn)，路基坡腳外布設(shè)位移邊樁；路基坡腳處加設(shè)測斜管，以加強(qiáng)對路堤穩(wěn)定性監(jiān)測。共設(shè)置觀測斷面36個(gè)。

在預(yù)壓期完的工后監(jiān)測結(jié)果顯示：最不利監(jiān)控?cái)嗝鍳QK2+900斷面最大沉降速率為0.1mm/d，小于預(yù)警速率10mm/d；GQK2+900斷面左側(cè)最大側(cè)向位移發(fā)生在深度0.5m的位置，最大位移量-13.5mm，最大位移速率為-

表1 試驗(yàn)前后地基承載力對比分析。

0.55 mm/d，GQK2+900斷面右側(cè)最大側(cè)向位移發(fā)生在深度0.5m的位置，最大位移量-21.9mm，最大位移速率為-0.23mm/d，小于預(yù)警位移速率3mm/d；可推斷GQK2+900監(jiān)測斷面現(xiàn)階段處于穩(wěn)定狀態(tài)。

預(yù)壓期后，沉降速率累計(jì)連續(xù)兩個(gè)月應(yīng)小于5mm/月，同時(shí)推算的工后沉降小于設(shè)計(jì)容許值后，該段路基順利進(jìn)行了結(jié)構(gòu)底施工，并順利實(shí)現(xiàn)了通車。

4 結(jié)束語

軟弱地基，特別是深厚軟弱地基的處治要嚴(yán)格依據(jù)地勘資料，掌握不良土質(zhì)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，針對性地選用合適工法，方能達(dá)到處治效果。

[1]JTG/TD31-02-2013,公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則[S].

[2]JTGD30-2004,公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]阮劍鋒.水泥攪拌樁施工在軟基處理中的應(yīng)用.公路，2015，06.

[4]徐立紅,等.基于連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)的路基壓實(shí)質(zhì)量評價(jià)方法.公路，2017,04.

[5]殷永高,等.公路地基處理.2002，11.