高速公路橋頭深厚軟土地基的水泥攪拌樁處理

歐陽光

（湖南省高速公路管理局，湖南 長(zhǎng)沙 410016）

0 引言

軟土地基上修建的高等級(jí)公路，通車運(yùn)營(yíng)后，往往會(huì)產(chǎn)生一定的沉降，沉降量的大小隨軟土深度、處治方式不同而不同。軟基處理不當(dāng)導(dǎo)致的后果對(duì)高等級(jí)公路的運(yùn)營(yíng)安全有較大的影響[1，2]。當(dāng)處治不當(dāng)時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生較大的差異沉降，導(dǎo)致路基差異變形，進(jìn)而發(fā)展到路面整體開裂，在雨水的作用下，掏空路面基層及土基，嚴(yán)重時(shí)甚至產(chǎn)生路基整體失穩(wěn)。軟土路基的這種差異沉降，在橋梁結(jié)構(gòu)物與路基相接處更為明顯。軟基路段的橋臺(tái)差異沉降一般都較難處理，往往產(chǎn)生較大的橋臺(tái)跳車，嚴(yán)重影響行車舒適性和安全性[3，4]。

本文通過計(jì)算分析水泥攪拌樁處理橋頭軟基的實(shí)例，得出一定軟土深度范圍內(nèi)的橋頭路基處理方式。采用水泥攪拌樁處理橋頭軟基，路基工后差異沉降滿足設(shè)計(jì)要求，通車運(yùn)營(yíng)后沒有產(chǎn)生明顯的橋臺(tái)跳車病害，說明該軟基處理方式取到較好的處治效果。

1 軟基拓寬處理方案比選

某高速公路項(xiàng)目在K22+400～K25+880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6.5～13.8m左右，軟土物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 主要土層物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

針對(duì)本項(xiàng)目的軟土的具體特點(diǎn)和分布情況，參照本地區(qū)施工技術(shù)成熟、處治效果較好的軟土路基處理方式進(jìn)行系統(tǒng)的分析比選（見表2）。此外，考慮到工期要求以及橋頭路基工后沉降量應(yīng)小于等于10cm，綜合對(duì)比，本段橋頭軟基處理方式選擇水泥攪拌樁進(jìn)行處理。

表2 軟基處理方案對(duì)比

2 水泥攪拌樁設(shè)計(jì)及施工

2.1 水泥攪拌樁設(shè)計(jì)

2.1.1 設(shè)計(jì)方案

本項(xiàng)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(jì)算情況確定，一般為1.3～1.5m。樁的長(zhǎng)度由沉降及穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果確定，原則上全部穿透軟土層，并打入持力層大于等于0.5m，主要用于處理深度小于14m的軟土地基。

圖1 水泥攪拌樁處理橋頭軟基設(shè)計(jì)圖

漿噴樁在平面上呈正三角形布置（布置區(qū)域邊線與構(gòu)造物基礎(chǔ)輪廓線平行，見圖1）。漿噴樁處理段采用等載預(yù)壓，預(yù)壓期90d。樁身設(shè)計(jì)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為：R28=0.6MPa，R90=1.2MPa。

水泥攪拌樁布置范圍至路基坡腳處。橋頭處理路段水泥攪拌樁樁距1.5m；在復(fù)合地基處理段與一般路基段之間設(shè)置10m過渡段，水泥攪拌樁樁距1.7m；臺(tái)前處理長(zhǎng)度為1.5H，H為橋臺(tái)填土高度,水泥攪拌樁樁距也是1.5m。過渡段處理采用變間距的方法，以使不同處理方案路段間的工后沉降均勻過渡，避免處治方法本身帶來的差異沉降。

2.1.2 承載力[5，6]

水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值一般可通過現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，也可根據(jù)下式計(jì)算：

式中：fsp——水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值；

c——水泥攪拌樁樁土置換率；

Rk——水泥攪拌樁單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值；

Ad——水泥攪拌樁截面面積；

α——承載力折減系數(shù)，一般可取0.5-1；fs——原有天然地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

2.1.3 沉降[5，6]

水泥攪拌樁復(fù)合地基的沉降量一般較少，主要包括兩部分：樁身以內(nèi)復(fù)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——復(fù)合地基的壓縮變形；

P1——群樁體底面處平均自重壓力；

P2——群樁體底面處平均附加壓力；

L——水泥攪拌樁有效樁長(zhǎng)；

Eps——復(fù)合地基的壓縮模量。

2.1.4 典型斷面沉降量計(jì)算

對(duì)軟基路段的橋頭路基處理進(jìn)行沉降量計(jì)算，在兩側(cè)橋頭路基選取三個(gè)計(jì)算斷面，分別為橋頭過渡段、橋頭處理段和臺(tái)前處理段。大樁號(hào)橋頭路基（0號(hào)橋臺(tái)）填高5.0m，小樁號(hào)橋頭路基（n號(hào)橋臺(tái)）填高4.5m，各斷面計(jì)算沉降量見表3。

表3 橋頭路基沉降計(jì)算表

從以上計(jì)算結(jié)果分析，橋頭路基過渡段、橋頭路基處理段、臺(tái)前段的工后沉降、總沉降均滿足設(shè)計(jì)要求（橋頭路基過渡段小于0.2m、橋頭路基處理段小于0.1m、臺(tái)前段小于0.1m），說明水泥攪拌樁處理該處橋頭路基及過渡段能有效減小路基沉降，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

2.2 材料要求

水泥采用32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，所購(gòu)置的水泥應(yīng)是國(guó)家的免檢產(chǎn)品，且在有效期內(nèi)使用；嚴(yán)禁使用受潮、結(jié)塊、變質(zhì)的劣質(zhì)水泥。對(duì)非免檢廠生產(chǎn)的水泥，應(yīng)分批提供有關(guān)標(biāo)號(hào)、安定性等試驗(yàn)報(bào)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(yàn)

2.3.1 質(zhì)量控制

施工時(shí)的質(zhì)量控制應(yīng)符合以下規(guī)定：

a）漿液拌制必須按預(yù)定的配合比進(jìn)行，拌制好的漿液應(yīng)無離析現(xiàn)象，且放置時(shí)間不宜超過2h；

b）開始泵送作業(yè)前，應(yīng)保持管路處于潮濕狀態(tài)，一遍漿液順利輸入，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)應(yīng)對(duì)漿液拌制、泵送施工全過程進(jìn)行記錄；

c）正式施工前應(yīng)進(jìn)行試樁試驗(yàn)，得出全面開展施工的的技術(shù)參數(shù)，再行開展大面積施工；試樁試驗(yàn)過程應(yīng)全程記錄，如每米下沉?xí)r間、提升時(shí)間、送漿時(shí)間、停漿時(shí)間等參數(shù)；

d）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(yīng)將噴漿攪拌機(jī)放置停漿面以下1.0m處，等供漿回復(fù)正常后再噴漿提升；

e）噴漿施工過程中攪拌機(jī)施工至至地面以下2m左右時(shí)提升速度應(yīng)減慢；當(dāng)噴漿口施工至地面時(shí)，應(yīng)暫停提升，攪拌噴漿10左右秒以保證樁頭施工質(zhì)量；

f）漿噴樁施工過程中如果噴漿量不足使得該樁失去設(shè)計(jì)功效時(shí)，必須在旁邊補(bǔ)充一根新樁，補(bǔ)充的新樁施工與其它樁施工質(zhì)量相同；

g）噴漿施工過程時(shí)，必須嚴(yán)格按試驗(yàn)得到的鉆進(jìn)深度、停灰時(shí)間、噴粉時(shí)間、送漿時(shí)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(jìn)入持力層50cm；

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

2.3.2 質(zhì)量檢驗(yàn)

2.3.2.1 施工允許偏差

施工允許偏差檢驗(yàn)項(xiàng)目包括樁長(zhǎng)、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(qiáng)度等（詳見表4）。

2.3.2.2 挖樁頭檢驗(yàn)

成樁7d內(nèi)，應(yīng)進(jìn)行挖樁頭檢驗(yàn)，觀察樁體成型情況及攪拌均勻程度，如實(shí)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(yīng)報(bào)廢補(bǔ)樁。

表4 漿噴樁施工允許偏差

2.3.2.3 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

成樁28天后，對(duì)不同軟土地質(zhì)條件、不同樁長(zhǎng)路段，分別在整樁長(zhǎng)度范圍內(nèi)進(jìn)行鉆芯取樣，并進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，要求其上、中、下部（按樁長(zhǎng)1/3等分）強(qiáng)度的平均值≥0.6MPa，最小值≥設(shè)計(jì)強(qiáng)度的1/3，抽檢頻率≥樁數(shù)的2%。

3 軟基處理效果觀測(cè)

為施工安全考慮，軟基處理設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)竣工驗(yàn)收及通成運(yùn)行后的沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)（見表5），設(shè)置沉降板和孔隙水壓力計(jì)[7～9]，依據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工[10]。

表5 沉降觀測(cè)表

由表中數(shù)據(jù)可知，本項(xiàng)目橋頭路基軟土路段經(jīng)過水泥攪拌樁處理，兩側(cè)橋頭路基處理段路基總沉降分別為0.075m和0.058m，小于0.1m，滿足設(shè)計(jì)要求；通車至今一年沒有產(chǎn)生橋臺(tái)跳車病害，說明水泥攪拌樁處治橋頭路基深厚軟土達(dá)到了預(yù)期效果。

實(shí)際觀測(cè)到的沉降量較計(jì)算值大，可能是由于實(shí)際施工時(shí)成樁未豎直，部分水泥攪拌樁有傾斜，軟土材料具有不均一性，試驗(yàn)獲取的軟土物理力學(xué)參數(shù)不能完全代表軟土整體物理力學(xué)性質(zhì)等因素引起的。

4 結(jié)論

軟土地區(qū)的橋頭路基是連接一般路基與橋梁結(jié)構(gòu)物的過渡段，軟基處理方式的選擇尤為關(guān)鍵，處理不好，很容易在通車后產(chǎn)生橋臺(tái)跳車病害，這對(duì)橋頭路基的軟土處理提出了較高的要求。由于橋梁構(gòu)造物是剛性的，沉降基本可忽略，因此對(duì)橋頭路基的處理應(yīng)選擇偏剛性的復(fù)合地基處理方式。本文工程實(shí)例分析說明，一定深度范圍內(nèi)的橋頭軟土路基，水泥攪拌樁處理能有效控制路基沉降，避免產(chǎn)生橋臺(tái)跳車。本文所得主要結(jié)論如下：

a）對(duì)不同軟土深度及不同工期要求的橋頭軟基處理，應(yīng)結(jié)合經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的處治原則，在控制沉降變形及工期允許的前提下，應(yīng)選擇造價(jià)更為經(jīng)濟(jì)的處治方式；

b）橋頭路基軟土處理應(yīng)設(shè)置橋頭路基處理過渡段，樁間距較橋頭路基處理段可適當(dāng)放大，以避免橋頭路基與一般路基間的差異沉降過大，同時(shí)應(yīng)對(duì)橋臺(tái)臺(tái)前一定范圍內(nèi)也進(jìn)行處理，本項(xiàng)目臺(tái)前范圍1.5H，H為橋頭填土高度，其他項(xiàng)目可參考使用；

c）水泥攪拌樁處理3～14m深度的橋頭軟土路基，能使工后沉降滿足要求，避免橋頭跳車，同時(shí)也是較為經(jīng)濟(jì)的軟基處治方式，且施工工期較短，同類工程可參考使用。

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