城市道路軟基處理中不同樁型的選擇對樁處理的效果比較

傅 誠

（杭州市城建設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310001）

0 引言

樁處理在城市道路軟基處理中占有非常重要的地位，本文主要從水泥攪拌樁、Y形沉管灌注樁、CFG樁三個樁型的選擇方面來具體闡述它們各自適用的情況。

1 水泥攪拌樁技術(shù)在道路軟基處理中的運用

1.1 設(shè)計方案與計算

在城市道路的具體工程中，荷載是通過路基傳遞給地基的，而路基的的剛度相對較小，這種地基也稱作柔性基礎(chǔ)下的復合地基，道路工程中的復合地基與建筑工程有很大的差異，建筑工程的基礎(chǔ)一般是剛性基礎(chǔ)。水泥攪拌樁是柔性樁，所以復合地基的主要特性就是在荷載作用下增強體與天然地基土體的變形協(xié)調(diào)關(guān)系，在設(shè)計時要將天然地基土的承載作用發(fā)揮到極致，要求樁土間的荷載分擔比在一個合適的范圍內(nèi)，這是復合地基設(shè)計的關(guān)鍵問題。

首先要確定水泥攪拌樁的技術(shù)參數(shù)。根據(jù)標準規(guī)范進行水泥土的配合比試驗確定水泥土的無側(cè)限抗壓強度，并確定水泥的強度等級、水泥用量、水灰比和樁徑。

1.2 橋臺后及高填土路段軟基處理

水泥攪拌樁法中的復合地基的沉降主要由兩部分組成，分別是加固區(qū)沉降和加固區(qū)下臥層沉降，計算方法都采用分層總和法，其中復合模量法運用在加固區(qū)，應(yīng)力擴散法運用在加固區(qū)下臥層中，路基的工后總沉降由固結(jié)度計算。根據(jù)計算結(jié)果，高填土路段和橋臺后30 m范圍內(nèi)進行水泥攪拌樁處理，具體的樁長和間距要根據(jù)填土高度和地質(zhì)情況的變化而確定，同時在樁頂設(shè)置一層50 cm厚度的土工格柵和級配碎石墊層用來分散應(yīng)力。

深層攪拌的具體工藝流程如圖1所示。

圖1 深層攪拌法的工藝流程圖

深層水泥攪拌樁孔位布置如圖2所示。

圖2 深層水泥攪拌樁孔位布置圖

1.3 效果分析與結(jié)論

（1）根據(jù)具體的實際工程作業(yè)后發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場水泥攪拌樁的樁體強度，以及經(jīng)過處理后的復合地基承載力度均滿足設(shè)計要求與規(guī)范。同時工程竣工后根據(jù)現(xiàn)場使用情況來看，水泥攪拌樁地基處理方法在減小路基沉降量方面和減少橋頭跳車現(xiàn)象的發(fā)生均有良好的效果。

（2）水泥攪拌的加固原理主要是固化水泥和天然土，然后再形成強度滿足要求的土基，因此，為了達到道路沉降更小的目的，在復合地基設(shè)計過程中，布樁方案采取短而密的方式有利于提高一定深度范圍內(nèi)復合地基的壓縮模量。

（3）通過與剛性基礎(chǔ)下的復合地基的比較，城市道路工程柔性基礎(chǔ)下復合地基中設(shè)計合理的褥墊層有利于傳遞荷載，并且能最大程度地發(fā)揮處理樁間土的作用。

（4）水泥攪拌樁的處理效果能否達標，在很大程度上取決于設(shè)計參數(shù)的選擇和施工過程中的成樁質(zhì)量控制。

（5）通過檢查工程實例過程中的質(zhì)量發(fā)現(xiàn)，水泥土的攪拌均勻程度極大地影響著樁身強度，目前水泥攪拌樁施工作業(yè)中采用兩攪兩噴的施工工藝比較多，但是換成四攪四噴的施工工藝，在一定程度上可以提高樁身的強度。

2 Y形沉管灌注樁在處理高速公路橋頭軟基中的應(yīng)用

2.1 方法簡要介紹

長期以來，影響軟土地基上高速公路建設(shè)的質(zhì)量問題就是橋頭跳車問題，這種現(xiàn)象的直接原因就是剛性橋臺結(jié)構(gòu)物與柔性路堤在道路上荷載的不斷作用下，人工填土發(fā)生變形、天然土基自身發(fā)生固結(jié)沉降等產(chǎn)生的較大的差異沉降變形。所以要對橋頭路基進行特殊處理才能解決橋頭跳車問題。Y型沉管灌注樁是一種異型灌注樁，它派生于傳統(tǒng)的沉管灌注樁，但有自身的特點。其斷面形狀是曲邊三角形，由三段弧線弧面向內(nèi)組成，它的成樁工藝還是采用普通的沉管樁，但是要將原有的圓管型樁模變成Y型樁模，這樣既能突出沉管灌注樁價格低廉、施工快捷的特點，還能體現(xiàn)出等截面非圓形樁摩阻力提高、側(cè)表面積增大的優(yōu)勢，這樣在等工程量的條件下，此方法可以大幅度提高基樁的承載力，是一種創(chuàng)新型樁基技術(shù)。

2.2 Y形灌注樁的施工

（1）樁機進場，確定機架高度和沉管長度，依據(jù)是設(shè)計樁長和沉管入土深度，之后完成設(shè)備組裝。

（2）裝機就位，必須保持其穩(wěn)固和水平，并調(diào)整沉管垂直于地面，允許有1%之內(nèi)的垂直度偏差。

（3）馬達啟動，先將樁管振動穿透表層的覆蓋層，然后靜壓沉管，等到樁架抬起后再振動沉管到設(shè)計標高。整個過程須做好詳細記錄。每沉入1 m就記錄一次，并對土層發(fā)生的變化做特別說明。

（4）在水泥混凝土灌入之后，沉管要留在原地振動10 s左右，在振動的同時進行拔管工作，拔起高度到7 m后改連續(xù)振動為間歇振動，此時拔管采用加一斗料就拔一段管，維持管內(nèi)混凝土面在不高于地面3 m左右，控制拔管速度在1.5～2.0 m/min左右，如果碰到淤泥，可以適當放慢拔管速度。

（5）當完成樁管的拔出過程，在確認成樁符合設(shè)計后用粒狀材料或者濕粘土封頂，然后在繼續(xù)下一根樁的施工。

2.3 效果分析與結(jié)論

2.3.1 經(jīng)濟性分析（見表1）

表1 經(jīng)濟分析表

假設(shè)條件為路基長度50 m，頂寬為35.5 m，填土高度為5 m，軟土的深度是16 m。根據(jù)Y形樁的承載力的計算結(jié)果來看，樁間距還可以適當?shù)姆糯?。從?分析可知，用塑料排水板來加固軟基所用到的費用最低，但是其后期的維護費用、沉降貼補費用難以預計。在同等效果情況下，Y形樁比漿噴樁能節(jié)約造價20.7%。與此同時，Y形樁的承載力有較大的富裕量，還可以通過適當?shù)脑龃髽堕g距來降低工程造價。

2.3.2 結(jié)論分析

（1）通過現(xiàn)場開挖施工情況、壁厚測量、樁身混凝土抗壓強度測試、豎向和水平向靜荷載等試驗來看，結(jié)果表明Y形樁成樁質(zhì)量非?？煽?。

（2）Y形樁加固軟基的效果與漿噴樁和塑料排水板相比，最后形成的復合地基整體剛度較大，可以限制軟土的側(cè)向變形，不會出現(xiàn)路基失穩(wěn)現(xiàn)象，大大的提高填筑速度，加快施工速度，經(jīng)濟合理，技術(shù)先進。

（3）在荷載作用下，復合地基內(nèi)產(chǎn)生的超靜孔壓比較小，由此而形成的工后沉降值也很小?？偟膩碚f，Y形樁是一種非常值得使用的新樁型。

3 CFG樁在城市道路軟基處理中的運用

3.1 CFG樁技術(shù)簡介

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，它是由水泥、碎石、粉煤灰、石屑和砂加水攪拌而成的高粘結(jié)強度樁。根據(jù)實際工程的地質(zhì)和環(huán)境條件，采用復合規(guī)范的打樁機械，使樁管逐漸深入到待處理的地基土中，然后向樁管內(nèi)灌入已經(jīng)配好比例的拌合料，最終拔管形成CFG樁。

3.2 CFG樁處理軟基的特點與效果分析

3.2.1 運用范圍廣

CFG樁既能用在擠密效果好的地質(zhì)，還能用于擠密效果相對較差的地質(zhì)。比如粘性土、粉土、淤泥等等軟土地基。

3.2.2 承載能力較強

CFG樁可以充分發(fā)揮全樁的側(cè)摩阻力，在復合地基中，樁的單獨承擔荷載可以達到總量的40%～75%之間，大幅度提升地基承載力，并且有很高的可調(diào)性。

3.2.3 沉降量較小

對于某些有軟弱土層的地基，可以采用CFG樁進行地基處理，樁端持力于下面比較好的土層，這樣得到的復合地基的變形模量較高，從而就能夠控制建筑物的沉降。

3.2.4 樁體排水

當在飽和的砂土和粉土中進行CFG樁施工時，成樁的振動作用會造成砂土液化，在土體內(nèi)產(chǎn)生孔隙水壓力，這就會使孔隙水沿著樁體向上排出，直到樁體硬化時結(jié)束。

3.2.5 時間效應(yīng)和高效環(huán)保

在利用振動沉管施工的過程中，振動作用對樁間土有一個攪動作用，特別是靈敏度比較高的土，這會暫時使其結(jié)構(gòu)強度降低，待成樁結(jié)束后隨著恢復期的推移，結(jié)構(gòu)強度會逐漸增加，這樣樁間土的承載力就加大了。由于粉煤灰會不斷發(fā)生水化反應(yīng)，這會增大樁身混凝土后期的強度，保證CFG樁能夠承受上部強大的荷載。另外，CFG樁在施工中摻入了工業(yè)廢料（粉煤灰），從而在一定程度上減少了環(huán)境的污染，所以它也是一種高效環(huán)保的道路軟基處理方法。

4 結(jié)語

總的來說，隨著我國城市道路的建設(shè)不斷繁榮發(fā)展，各種新技術(shù)會不斷涌現(xiàn)出來，它們都能在某一方面解決不同的問題。城市道路軟基處理一直以來就是一個難點，為了解決工程中的實際問題，相關(guān)研究人員也做了很大的努力。通過本文有針對性地所講到的在軟基處理中的三種樁型，希望給相關(guān)人員一些啟示，根據(jù)實際工程概況和特點選擇合適的樁型，更好地推進我國城市道路的發(fā)展。

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