公路軟基深層水泥攪拌樁處治分析

張愿

作者簡介：

張 愿（1979—），工程師，研究方向：工程施工、交通運輸工程。

摘要：軟土地基在外部荷載作用下，會產(chǎn)生較大變形，進而造成其上部路基路面結(jié)構(gòu)的整體破壞。深層水泥攪拌樁可最大限度地利用原狀土體，施工速度快，適用性強，可有效提高軟土地基承載能力。文章結(jié)合公路軟基處治案例，分析了軟基施工工藝，并采用靜載試驗檢測復(fù)合地基的承載力，以進一步檢驗軟基處治效果，同時對路基沉降、側(cè)向位移進行了監(jiān)測分析。結(jié)果表明，采用深層水泥攪拌樁處治后軟土地基的承載力明顯提高，達(dá)到了預(yù)期的加固效果。

關(guān)鍵詞：公路軟基;深層水泥攪拌樁;靜載試驗;路基沉降

中國分類號：U416.1+1A160583

0 引言

軟土地基是公路施工過程中常見的一種不良地基形式，處治不當(dāng)會使路基產(chǎn)生沉降變形，進而造成路基路面結(jié)構(gòu)的整體破壞。深層水泥攪拌樁是將水泥等固化劑按照一定比例加入，與原狀土體拌和成為具有一定強度的樁體，對軟土地基進行加固[1]。采用深層水泥攪拌樁處治后的軟土地基，樁體與地基共同承受地基上部的荷載，可有效提高地基承載力，改善地基的受力狀態(tài)。深層水泥攪拌樁可處治淤泥質(zhì)土、黏性土、粉質(zhì)土等類型的軟土地基[2-3]，適用性較強。

本文基于貴合高速公路軟土地基處治施工實踐，結(jié)合施工現(xiàn)場實際情況制定施工方案，對水泥攪拌樁的施工工藝進行了闡述。完工后開展靜載試驗，對復(fù)合地基承載力進行了檢測，驗證深層水泥攪拌樁處治效果。在路基施工過程中布置測點，對路基沉降變形和側(cè)向位移進行監(jiān)測，作為分析地基穩(wěn)定性的主要依據(jù)。

1 工程概況

廣西貴合高速公路建設(shè)項目軟土分布較廣泛，局部軟土層厚度大，力學(xué)性能差。該高速公路施工沿線分布有多段軟土地基，軟土類型主要為淤泥質(zhì)黏土，部分路段分布有淤泥，呈軟塑狀，天然含水量較高，具有高壓縮性，在外界荷載作用下極易產(chǎn)生側(cè)向滑移和不均勻沉降，承載能力嚴(yán)重不足。軟土層厚度為8～13 m，結(jié)合前期勘察設(shè)計資料，軟土地基承載力僅為50 kPa。為了提高軟土地基承載能力，設(shè)計采用深層水泥攪拌樁對地基進行加固處治。

2 軟土地基處治方案

2.1 深層水泥土攪拌樁設(shè)計

該路段軟土地基處治設(shè)計采用深層水泥攪拌樁，設(shè)計樁徑為0.5 m，最大樁長為15 m，按正方形布置，樁間距為1.3 m，填方路基坡腳以外設(shè)置一排樁。深層水泥攪拌樁布置如圖1所示。

深層水泥攪拌樁水泥選用42.5普通硅酸鹽水泥，水泥摻量為15%，且每延米水泥用量≥50 kg，水灰比控制在0.45～0.5。樁體設(shè)計強度（28 d無側(cè)限抗壓強度）≥1.2 MPa，地基承載力≥130 kPa。持力層位置為軟土層以下2 m的位置，該層為含砂黏土。施工中樁體進入持力層≥2 m。

2.2 深層水泥攪拌樁處治工藝

深層水泥攪拌樁施工選用安進達(dá)AJD-D068型深層攪拌樁機，鉆孔直徑為150～800 mm，鉆孔深度可達(dá)到3～16 m，回轉(zhuǎn)角度為360°，動力頭功率為7.5 kW，動力頭轉(zhuǎn)速為98 rpm。壓漿機選用LMCJA智能壓漿機，最大工作壓力為1.5 MPa，壓漿流量為3 m3/h。

深層水泥攪拌樁鉆進過程中嚴(yán)格控制樁長、樁間距、垂直度等指標(biāo)，樁間距偏差≤50 mm，垂直度偏差≤1%。深層水泥攪拌樁施工采用“四噴四攪”成樁工藝，施工過程中嚴(yán)格控制水灰比（0.45～0.5），提漿速度≤1.2 m/min。深層水泥攪拌樁施工中首先進行場地平整，達(dá)到要求后機械進場，進行樁機就位，然后使用壓漿機配制水泥漿，操作深層攪拌樁機攪拌成樁，成樁后移位進行下一個攪拌樁施工。

3 深層水泥攪拌樁加固效果分析

3.1 單樁復(fù)合地基靜載荷試驗結(jié)果分析

深層水泥攪拌樁成樁28 d后，選定有代表性的試驗點開展靜載試驗檢測單樁復(fù)合地基承載力[4-5]。靜載試驗分9級加載，最大加載值為300 kPa。選取其中三個試驗點進行單樁復(fù)合地基靜載試驗（如表1所示），靜載試驗P-S曲線如圖2所示。

分析三個試驗點的靜載試驗P-S曲線，曲線變化趨勢平緩，且三個測點曲線變化趨勢基本相同。s/d=0.006所對應(yīng)的承載力特征值為150 kPa，結(jié)合《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2011）中的相關(guān)規(guī)定，承載力特征值不得超過最大加載壓力的一半，說明地基承載力滿足設(shè)計要求。

3.2 路基變形監(jiān)測結(jié)果分析

為了驗證深層水泥攪拌樁地基加固效果，在路基填筑施工過程中布置測點，進行路基沉降和側(cè)向水平位移監(jiān)測。沉降板和測斜儀布置如圖1所示。

3.2.1 路基沉降監(jiān)測結(jié)果分析

為了進一步確定地基的穩(wěn)定性，在路基填筑施工過程中，分別在路基中心和兩側(cè)路肩位置的深層水泥攪拌樁樁頂和樁間土位置埋設(shè)沉降板，進行路基沉降監(jiān)測。選取K35+000、K35+200和K35+400三個監(jiān)測斷面，監(jiān)測時間為300 d。由于三個監(jiān)測斷面的監(jiān)測結(jié)果基本一致，選取K35+200斷面監(jiān)測結(jié)果作為研究對象，其樁頂和樁間土沉降量隨監(jiān)測時間變化曲線如圖3所示。

分析圖3所示的K35+200斷面樁頂和樁間土沉降量隨時間變化曲線，監(jiān)測前期沉降變化速度較快，75 d以后沉降速度明顯下降，且逐步趨于平緩。樁頂沉降量較樁間土大，這是由于二者模量不同造成的，樁體模量大于樁間土模量，沉降較小。前75 d沉降變化速度較快，這是由于該時間段正在填筑路基，施工荷載和地基上部填土增加所致。75 d以后路基填筑施工結(jié)束，路基沉降逐步趨于穩(wěn)定。沉降監(jiān)測結(jié)束后樁體和樁間土沉降量分別達(dá)到86 mm和91 mm，沉降變形已處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2.2 側(cè)向水平位移監(jiān)測結(jié)果分析

為了確定不同深度路基側(cè)向水平位移，分別在K35+000、K35+200和K35+400三個監(jiān)測斷面路基坡腳布置測斜儀。選取K35+400斷面監(jiān)測結(jié)果作為研究對象，其不同深度側(cè)向水平位移監(jiān)測結(jié)果如圖4所示。

分析圖4的K35+400斷面不同深度側(cè)向水平位移變化曲線，自地表向下10 m內(nèi)，側(cè)向水平位移值較大，10 m以下逐步下降，其中最大側(cè)向位移出現(xiàn)在7 m位置，最大位移為7.92 mm，位移值很小，所產(chǎn)生的變形不會對路基坡腳造成影響。這是由于深層水泥攪拌樁可有效控制地基土的側(cè)向變形，使地基處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)語

本文結(jié)合高速公路軟土地基深層水泥攪拌樁施工實踐，從施工方案的制定、攪拌樁施工質(zhì)量檢測、路基沉降變形和側(cè)向水平位移監(jiān)測等方面進行全面闡述，收集試驗數(shù)據(jù)進行分析得出以下結(jié)論：

（1）分析試驗點單樁復(fù)合地基靜載試驗數(shù)據(jù)和P-S曲線可知，地基承載力代表值為150 kPa，滿足設(shè)計要求。

（2）分析路基沉降監(jiān)測結(jié)果可知，監(jiān)測前期樁頂和樁間土沉降變形速度較快，這是由于施工荷載造成的，后期逐步趨于平緩，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）分析路基側(cè)向水平位移監(jiān)測結(jié)果可知，地表以下10 m內(nèi)側(cè)向水平位移較大，10 m以下逐漸變小，其中最大側(cè)向水平位移為7.92 mm，不會對路基變形造成影響，路基穩(wěn)定性良好。

總之，通過分析上述試驗結(jié)果，深層攪拌樁成樁質(zhì)量滿足設(shè)計要求，處治后路基穩(wěn)定性良好，達(dá)到了預(yù)期目的。

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