濱海新區(qū)軟土地基處理技術(shù)工程示范研究

王新岐

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津市 300051）

0 前言

天津?yàn)I海新區(qū)瀕臨渤海，軟土分布廣泛，道路修建面臨沉降過(guò)大、承載力不足等問(wèn)題。多年來(lái)，濱海新區(qū)在道路修建中先后采用了袋裝砂井、塑料排水板、水泥攪拌樁、高壓旋噴樁、夯擴(kuò)樁、CFG樁、碎石樁等軟基處理方法。通過(guò)對(duì)濱海新區(qū)幾條建成通車后2～8 a內(nèi)高速公路軟基處理效果檢測(cè)表明，目前采用傳統(tǒng)深層地基處理方法的道路工后沉降較大，處理效果不明顯[1]。

近年來(lái)，針對(duì)各種深層處理技術(shù)出現(xiàn)的種種問(wèn)題，全國(guó)各地對(duì)各種新型樁處理進(jìn)行深入研究，出現(xiàn)了例如大直徑振動(dòng)沉?，F(xiàn)澆混凝土薄壁管樁，以及同心雙向水泥攪拌樁處理技術(shù)，這些樁無(wú)論從成樁質(zhì)量及施工工藝等方面都有很大的改進(jìn)，也取得了很好的效果。這些深層樁處理技術(shù)在濱海新區(qū)軟基處理中效果如何，是否適合濱海新區(qū)軟土地質(zhì)情況需進(jìn)一步研究。為此，本文對(duì)幾種深層處理技術(shù)——水泥攪拌樁處理技術(shù)、雙向水泥攪拌樁處理技術(shù)、薄壁管樁處理技術(shù)進(jìn)行工程示范研究，以便歸納其適用效果。

1 示范工程概括

海濱大道工程示范段位于天津集疏港公路二期南段工程K6+600～K6+900段，總長(zhǎng)300 m，該段包括一處橋梁，屬于海濱大道K6+729.553管溝橋頭路基加寬段，地面標(biāo)高一般在3.82～5.36 m之間，地下水位標(biāo)高在1.19～3.07 m之間。該跨線橋處地層在勘察深度范圍內(nèi)主要為全新統(tǒng)及上更新統(tǒng)部分地層，表層為0.5～1.0 m厚人工填土，其下為10～15 m厚淤泥質(zhì)粘土或淤泥，軟塑～流塑狀態(tài)，高壓縮性，含水量在40%～55%之間，孔隙比1.2～1.5，為典型的軟土層。

為了對(duì)比雙向水泥攪拌樁與薄壁管樁處理軟基的效果，對(duì)示范段采用三種處理方式，北側(cè)橋頭采用薄壁管樁進(jìn)行處理、南側(cè)橋頭采用雙向水泥攪拌樁進(jìn)行處理，橋頭處理范圍兩側(cè)各50 m。50 m范圍內(nèi)靠近橋頭25 m為處理段、遠(yuǎn)離橋頭25 m為過(guò)渡段，除橋頭處理段外其他段落均采用淺層處理方式為50 cm山皮土+土工格柵+30 cm（混渣+8%戧灰）+40 cm水泥石灰土（3%水泥，6%石灰），具體處理范圍及處理形式見表1所列。

2 示范工程沉降特性分析

2.1 示范工程沉降計(jì)算

橋頭填土高度3.38 m，淺層處理段填土高度按照平均填土高度3.52 m，填土?xí)r間共分為二級(jí)，0～4個(gè)月填土至高度2.54 m，然后預(yù)壓6個(gè)月，10～12個(gè)月填土至高度3.38 m、3.52 m（路面結(jié)構(gòu)厚度0.84 m），按照該填筑流程計(jì)算不處理、雙向水泥攪拌樁處理、管樁處理后橋頭路基沉降-時(shí)間變化曲線，見圖1所示。

從沉降計(jì)算結(jié)果可看出，沉降曲線較圓滑，填土?xí)r沉降較大，而在兩次填土間隔時(shí)沉降趨于穩(wěn)定，不處理橋頭路基沉降最大，基準(zhǔn)期內(nèi)（施工期后15 a）沉降為0.482 m，工后沉降為0.175 m；采用各種樁處理后基準(zhǔn)期總沉降大大減小，管樁處理后沉降最小，僅為0.336 m，工后沉降為0.088 m；水泥攪拌樁處理后路基基準(zhǔn)期內(nèi)沉降為0.207 m，工后沉降為0.093 m；各種樁處理均可滿足工后沉降小于10 cm的要求。

表1 海濱大道示范段路基處理形式一覽表

圖1 海濱大道示范工程處理段沉降計(jì)算曲線圖

2.2 示范工程沉降實(shí)測(cè)分析

實(shí)際填筑時(shí)基本按照所設(shè)計(jì)的填筑時(shí)間進(jìn)行填筑。為分析采用不同處理形式下的沉降特性，分別在三種處理段中布置沉降板，共設(shè)置5個(gè)斷面，水泥攪拌樁處理段共布置2處沉降測(cè)試斷面、管樁處理段共設(shè)置2處沉降測(cè)試斷面、淺層處理段共設(shè)置1處沉降測(cè)試段。每斷面設(shè)置2個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別為加寬部分靠近中央分隔帶處、加寬部分西半幅最外側(cè)車道邊緣。

為了對(duì)比各種處理方式的效果，統(tǒng)一將路基填土高度歸一為3.52 m，匯總實(shí)測(cè)累計(jì)沉降見圖2所示。

圖2 海濱大道示范工程各種處理方式路基實(shí)測(cè)沉降-時(shí)間曲線圖

從圖2可看出，在觀測(cè)時(shí)間段，各種處理方式沉降相差較大，淺層處理路基沉降最大，19.4個(gè)月沉降為0.375 6m，路面完工后沉降為0.337m，完工后沉降速率為0.007 28 m/月；采用各種樁處理后總沉降大大減小，沉降速率也大大減小，管樁處理段路基19.4個(gè)月后沉降最小，僅為0.176 5 m，路面完工后沉降為0.175m，完工后沉降速率為0.000 39 m/月；水泥攪拌樁處理路基19.4個(gè)月后沉降為0.248 4 m，路面完工后沉降為0.247 7 m，完工后沉降速率為0.000 13 m/月；各種樁處理后總沉降及完工后沉降速率均很小，說(shuō)明管樁和雙向水泥攪拌樁處理軟基效果較好，可以滿足工程需要。

從圖2還可看出在鋪筑路面結(jié)構(gòu)之前，各種處理路基沉降-時(shí)間曲線平緩，斜率較小，管樁斜率最小，在路基填土填至2.5～3.0 m時(shí)，沉降斜率急劇增加，說(shuō)明該填土高度對(duì)沉降影響較明顯，從圖2還可看出淺層處理段沉降斜率增加更加明顯，管樁處理段沉降斜率過(guò)渡平緩，說(shuō)明管樁處理效果比其它處理方式較好。

3 荷載-沉降特性分析

示范段單樁載荷試驗(yàn)共4根（管樁2根、雙向水泥攪拌樁2根、復(fù)合地基載荷試驗(yàn)4個(gè)測(cè)點(diǎn)（東西側(cè)橋頭各兩個(gè)測(cè)點(diǎn)），采用測(cè)試儀為MS-50位移傳感器（三零三所）、全液壓X-100型鉆機(jī)。圖3給出兩管樁實(shí)測(cè)單樁承載力測(cè)試結(jié)果。

從圖3可看出，在0～116 kN荷載范圍內(nèi)，管樁沉降無(wú)明顯變化，而在荷載大于116 kN以后，沉降明顯增大，說(shuō)明樁與土發(fā)生作用，但在測(cè)試范圍內(nèi)（荷載增加至580 kN），沉降變化較均勻，沉降速率也較小，說(shuō)明樁處于彈性工作范圍，最終樁累計(jì)沉降在16.43～17.69 mm之間。

圖4給出兩根水泥攪拌樁單樁承載力測(cè)試荷載-沉降曲線關(guān)系。

圖3 管樁1、管樁2單樁lgQ-S曲線圖

圖4 雙向水泥攪拌樁1、水泥攪拌樁2單樁lgQ-S曲線圖

從圖4可看出，在0～40 kN荷載范圍內(nèi)，雙向水泥攪拌樁沉降無(wú)明顯變化，而在荷載大于40 kN以后，沉降明顯增大，說(shuō)明樁與土發(fā)生作用，但在測(cè)試范圍內(nèi)（荷載增加至200 kN），沉降變化較均勻，沉降速率也較小，說(shuō)明樁處于彈性工作范圍，最終樁累計(jì)沉降在15.82～17.84 mm之間。

圖5給出水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力測(cè)試荷載-沉降曲線關(guān)系。

圖5 雙向水泥攪拌樁復(fù)合地基lgQ-S曲線圖

從圖5可看出，在0～24 kN荷載范圍內(nèi)，雙向水泥攪拌樁復(fù)合地基沉降無(wú)明顯變化，而在荷載大于24 kN以后，沉降明顯增大，但在測(cè)試范圍內(nèi)（荷載增加至240 kN），沉降變化較均勻，沉降速率也較小，說(shuō)明復(fù)合地基承載力大于120 kN，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖6給出管樁復(fù)合地基承載力測(cè)試荷載-沉降曲線關(guān)系。

從圖6可看出，在0～52 kN荷載范圍內(nèi)，管樁復(fù)合地基沉降無(wú)明顯變化，而在荷載大于52 kN以后，沉降明顯增大，但在測(cè)試范圍內(nèi)（荷載增加至260 kN），沉降變化較均勻，沉降速率也較小，說(shuō)明復(fù)合地基承載力大于130 kN，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 雙向水泥攪拌樁抽芯試驗(yàn)分析

對(duì)海濱大道示范段南側(cè)橋頭雙向水泥攪拌樁進(jìn)行抽芯檢測(cè)，共抽芯檢驗(yàn)12根樁，抽芯檢測(cè)采用全液壓X-100型鉆機(jī)，鉆芯深度段自孔口下有效樁頭，然后全程鉆進(jìn)取芯樣，觀察水泥土的深攪均勻程度，觀察水泥含量及賦存狀態(tài)。對(duì)所抽芯樁沿樁身選取代表性芯樣進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，得出水泥土芯樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值。表2分別給出水泥攪拌樁鉆芯取樣結(jié)果。

從表2可看出：雙向水泥攪拌樁在樁體深度0～12 m范圍內(nèi)，含灰量正常，成樁質(zhì)量好，攪拌均勻，鉆芯取樣后的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度較大，一般在0.975 MPa～2.085 MPa，且隨深度增加，各鉆芯取樣強(qiáng)度變化不大，說(shuō)明雙向水泥攪拌樁較常規(guī)水泥攪拌樁成樁質(zhì)量好，均勻性好，強(qiáng)度高。

圖6 管樁復(fù)合地基Q-S曲線圖

5 結(jié)論及建議

海濱大道工程示范段管溝橋頭路基雙向水泥攪拌樁、薄壁管樁處理、淺層處理對(duì)比結(jié)果表明：在觀測(cè)時(shí)間段，各種處理方式沉降相差較大，淺層處理路基沉降最大，雙向水泥攪拌樁及薄壁管樁處理后總沉降及完工后沉降速率均很小，說(shuō)明管樁和雙向水泥攪拌樁處理軟基效果較好，與傳統(tǒng)水泥攪拌樁相比，雙向水泥攪拌及薄壁管樁具有質(zhì)量容易控制，樁身強(qiáng)度均勻，承載力較大，沉降較小的特點(diǎn)，適合濱海新區(qū)類似軟土地區(qū)道路路基處理，具有顯著的優(yōu)勢(shì)，具有推廣應(yīng)用前景。

表2 海濱大道示范工程雙向水泥攪拌樁樁體抽芯檢測(cè)結(jié)果一覽表

[1]天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院.濱海新區(qū)軟土地基處理效果調(diào)查報(bào)告[R].2011.

[2]Tr Vses Dorozhn Nauch-issled Inst,Design and construction of roadbeds on weak ground(In Russian),International Journal of Rock Mechanics and Mining Science&Geomechanics Abstracts,Volume 15,Issue 5,October 1978,Page A115.

[3]段曄新，喬影.高等級(jí)公路中的軟土地基處理方法[J].黑龍江水利科技，2005，（6）.

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[5]李振東.高等級(jí)道路路基淺層處治方法[J].中國(guó)市政工程，2011，（1）.

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