水泥攪拌樁在公路軟基拓寬處理中的應用

曹習明

(湖南漣邵建設工程(集團)有限責任公司，湖南 婁底 417000)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的日益發(fā)展，各城市之間的聯(lián)系越來越緊密，高等級公路的車流量愈發(fā)飽和，重要城市之間早期修建的公路已經(jīng)不能滿足日益增長的交通發(fā)展要求，拓寬原有道路成為了首要選擇［1，2］，工程技術方面，由于舊有道路在車輛荷載的作用下路基沉降已經(jīng)穩(wěn)定，而拓寬部分工后沉降則相對較大，新老路銜接處出現(xiàn)差異沉降導致路面開裂，特別是深厚軟基處的拓寬路基處理顯得尤為重要［3，4］。

本文通過沉降計算及數(shù)值分析水泥攪拌樁處理拓寬路段軟基的實例，得出一定深度范圍內(nèi)的軟土處理，采用水泥攪拌樁處理拓寬路基，新老路基工后差異沉降滿足設計要求，取到較好的處治效果。

1 軟基拓寬處理方案選擇

某項目為老路拓寬，原有道路寬24.5m，拓寬后為32m，路面進行破碎拆除處理，k5+005～k6+785，k9+105～k11+465等段落廣泛分布淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土等軟土，根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料，大部分軟土深度為4.5～12.8m左右。對本地區(qū)使用成熟、效果可靠的軟土路基處理方式進行系統(tǒng)對比分析，見表1，本拓寬路段選擇水泥攪拌樁進行拓寬段軟基處理。

表1 軟基處理方案對比

續(xù)表1 軟基處理方案對比

2 水泥攪拌樁設計及施工

2.1 水泥攪拌樁設計

本項目軟基處理水泥攪拌樁采用漿噴樁。樁直徑0.5m，樁間距根據(jù)各路段計算情況確定，一般為1.3～1.5m。樁的長度由沉降及穩(wěn)定計算的結(jié)果確定，原則上全部穿透軟土層，并打入持力層≥0.5m，主要用于處理深度小于14m的軟土地基。

漿噴樁在平面上呈正三角形布置(布置區(qū)域邊線與構造物基礎輪廓線平行)，見圖1。布置范圍至路基坡腳外或錐坡坡腳外1m。漿噴樁處理段采用等載預壓，預壓期90d。樁身設計無側(cè)限抗壓強度為:R28=0.6MPa，R90=1.2MPa。

圖1 軟基拓寬處理設計圖(單位:cm)

為了保證漿噴樁的質(zhì)量，要求施工時漿噴樁必須進行全程復攪。

2.1.1 承載力［5，6］

水泥攪拌樁復合地基承載力標準值一般可通過現(xiàn)場復合地基載荷試驗確定，也可根據(jù)下式計算:

式中:fsp為水泥攪拌樁復合地基承載力標準值;c為水泥攪拌樁樁土置換率;Rk為水泥攪拌樁單樁承載力標準值;Ad為水泥攪拌樁截面面積;α為承載力折減系數(shù)，一般可取0.5～1;fs為原有天然地基承載力標準值。

2.1.2 沉降［7，8］

水泥攪拌樁復合地基的沉降量一般較少，主要包括以下兩部分:樁身以內(nèi)復合地基的壓縮變形S1和樁端往下未處理土基的壓縮變形S2。其中:

式中:S1為復合地基的壓縮變形;P1為群樁體底面處平均自重壓力;P2為群樁體底面處平均附加壓力;L為水泥攪拌樁有效樁長;Eps為復合地基的壓縮模量。

2.1.3 典型斷面沉降量計算

原有老路歷經(jīng)多年通車運營，已固結(jié)沉降穩(wěn)定。本項目設計標高比老路標高抬高0.7～1.8m左右。設計時對老路部分及拓寬部分的沉降和穩(wěn)定分別進行分析計算，判斷水泥攪拌樁處理方法是否能滿足差異沉降要求，根據(jù)設計經(jīng)驗本項目新老路差異沉降控制在6cm以內(nèi)。以k5+005～k6+785路段沉降計算為例。

本段采用雙側(cè)加寬方式，設計標高比原有道路高約0.7～1.2m。拓寬路段比原地面高約1.5～2.4m。老路基范圍內(nèi)未采取地基處理措施，拓寬路段采用水泥攪拌樁處理。沉降計算結(jié)果見表2。

表2 k5+005～k6+785沉降計算表

從以上計算結(jié)果分析，原有路基抬高以后，工后沉降均滿足設計要求(小于0.3m)，新老路基差異沉降量均滿足設計要求(小于0.06m)，說明水泥攪拌樁處理該處新老路基拓寬可以滿足設計要求，本段落僅對加寬側(cè)進行水泥攪拌樁復合地基處理。

2.2 材料要求

材料要求:水泥采用32.5級普通硅酸鹽水泥，所購置的水泥應是國家的免檢產(chǎn)品，且在有效期內(nèi)使用;嚴禁使用受潮、結(jié)塊、變質(zhì)的劣質(zhì)水泥。對非免檢廠生產(chǎn)的水泥，應分批提供有關標號、安定性等試驗報告［9］。水灰比一般采用0.4～0.45。

2.3 施工質(zhì)量控制及質(zhì)量檢驗

2.3.1 質(zhì)量控制

施工時的質(zhì)量控制應符合以下規(guī)定:

1)漿液拌制必須按預定的配合比進行。拌制好的漿液應無離析現(xiàn)象，且放置時間不宜超過2h;

2)開始泵送作業(yè)前，應保持管路處于潮濕狀態(tài)，一遍漿液順利輸入?，F(xiàn)場施工時應對漿液拌制、泵送施工全過程進行記錄。

3)正式施工前應進行試樁試驗，得出全面開展施工的的技術參數(shù)，再行開展大面積施工。試樁試驗過程應全程記錄，如:每米下沉時間、提升時間、送漿時間、停漿時間等參數(shù)。

4)提供使用的漿液必須拌合均勻，施工中供漿必須連續(xù)。如果因不可抗因素停漿，為避免斷樁，應將噴漿攪拌機放置停漿面以下1.0m處，等供漿回復正常后再噴漿提升。

5)噴漿施工過程中攪拌機施工至地面以下2m左右時提升速度應減慢;當噴漿口施工至地面時，應暫停提升，攪拌噴漿10s左右以保證樁頭施工質(zhì)量。

6)漿噴樁施工過程中如果噴漿量不足使得該樁失去設計功效時，必須在旁邊補充一根新樁，補充的新樁施工與其它樁施工質(zhì)量相同。

7)噴漿施工過程時，必須嚴格按試驗得到的鉆進深度、?；視r間、噴粉時間、送漿時間等，確保施工質(zhì)量，以電流大于60A作為控制電流，確保樁體穿透軟土層進入持力層50cm。

8)漿噴樁施工結(jié)束28d，并經(jīng)檢驗合格后，方可以填筑路基。

2.3.2 質(zhì)量檢驗

1)施工允許偏差。施工允許偏差檢驗項目包括樁長、樁徑、樁距、單樁噴漿量(由水泥摻量及水泥漿水灰比換算得出)和強度等，見表3。

表3 漿噴樁施工允許偏差

2)成樁7a內(nèi)，應進行挖樁頭檢驗，觀察樁體成型情況及攪拌均勻程度，如實做好記錄，檢查頻率為1%，開挖深度不小于1.5m，如發(fā)現(xiàn)凝體不良等情況，應報廢補樁。

3)成樁28d后，對不同軟土地質(zhì)條件、不同樁長路段，分別在整樁長度范圍內(nèi)進行鉆芯取樣，并進行無側(cè)限抗壓強度試驗，要求其上、中、下部(按樁長1/3等分)強度的平均值≥0.6MPa，最小值≥設計強度的1/3，抽檢頻率≥樁數(shù)的2%。

3 軟基處理效果觀測

為施工安全考慮，軟基處理設計時設置沉降板和孔隙水壓力計，由觀測數(shù)據(jù)指導現(xiàn)場施工［10］?？⒐を炇占巴ㄜ囘\行后的沉降觀測數(shù)據(jù)見表4。

表4 k5+005～k6+785沉降觀測表

由表4可知，拓寬路段軟基經(jīng)過水泥攪拌樁處理后，原有舊路沉降量與拓寬新建部分的工后差異沉降值均控制在設計規(guī)定值內(nèi)，說明水泥攪拌樁處理拓寬段軟基能防止新老路基產(chǎn)生過大的差異沉降，進而預防差異沉降反射至路面面層引起的開裂，水泥攪拌樁處治軟基段的路基拓寬達到預期效果。

4 結(jié)論

軟土地區(qū)的公路拓寬改建，拓寬新建部分與原有老路差異沉降的要求較為嚴格，這對軟土處理提出了更高的要求，選擇剛度較大的復合地基處理方式來對拓寬新建部分進行軟基處理顯得尤其重要，因此，本文通過工程實例，說明一定深度范圍內(nèi)的軟土路基，水泥攪拌樁處理拓寬部分軟基能使新舊路基的差異沉降控制在設計要求的范圍之內(nèi)。

1)對不同軟土深度及不同工期要求的軟基處理，應結(jié)合經(jīng)濟合理、技術可行的處治原則，在控制沉降變形及工期允許的的前提下，應選擇造價更為經(jīng)濟的處治方式。

2)公路拓寬新建部分的軟基處理應優(yōu)先選擇偏剛性的復合地基處理方式，以控制差異沉降，復合地基施工工期較短，也能為公路拓寬施工期的交通組織減輕壓力。

3)水泥攪拌樁處理14m以下深度的軟土路基拓寬，能滿足工后沉降的要求，達到設計的預期效果，同類公路拓寬軟土處理工程可參照使用。

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