市政道路中水泥攪拌樁處理設(shè)計(jì)方法

劉樹林

摘要：結(jié)合實(shí)際工程，介紹蘇州地區(qū)軟土地基處理中水泥攪拌的計(jì)算方法，對設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行詳細(xì)介紹，并提出對施工質(zhì)量控制及注意事項(xiàng)要求

關(guān)鍵詞：水泥攪拌樁 復(fù)合地基 沉降計(jì)算

水泥攪拌樁攪拌處理是在市政道路設(shè)計(jì)過程中常用的處理方法，它采用水泥作為固化劑，通過特定的機(jī)械，進(jìn)行深層攪拌處理，邊攪拌邊噴射水泥漿液，機(jī)械攪拌原狀土的過程中，噴射的水泥漿液及與原狀軟土攪拌在一起，產(chǎn)生復(fù)雜的物理及化學(xué)反應(yīng)，從而改變了原狀軟土的結(jié)構(gòu)，使軟土固結(jié)成具有一定強(qiáng)度，穩(wěn)定的水泥土，從而提高原狀軟土的承載力。

蘇州屬于長三角地區(qū)，年降水量大，河流密集，地下水豐富，在市政道路施工過程中經(jīng)常遇到軟弱土層處理問題，水泥攪拌樁處理方法是滿足設(shè)計(jì)要求的前提下較為經(jīng)濟(jì)合理的處理方法，它最大的利用原土，具備有施工藝成熟，不污染環(huán)境，加固費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)，是蘇州地區(qū)比較常采用的軟土加固方法。

1、工程概況

吳淞路位于吳中區(qū)郭巷鎮(zhèn)，西起善浦村，東至官浦村。沿線自西向東依次跨越徐村港、五浦港、六浦港、赭墩河、西官浦、下浦港河等眾多河道及魚塘，道路寬度為24m，總長5.376km。

根據(jù)勘探報(bào)告該工程道路路基范圍內(nèi)土層較為復(fù)雜，地表下自上而下依次可分為如下：

1-1素填土：形態(tài)為軟塑、松散，部分位置為淤泥質(zhì)土。該層土工程性能差，壓縮性高。比貫入阻力Ps=0.84MPa，地基承載力基本容許值[fa0]=50kPa。

2-1粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：軟塑～流塑形態(tài)，靜力觸探比貫入阻力Ps=0.75MPa，該層土工程性能差壓縮性高，地基承載力基本容許值[fa0]=60kPa。

2-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：為流塑形態(tài)，部分為淤泥含有機(jī)質(zhì)，個(gè)別位置夾泥炭質(zhì)土，壓縮性特高工程性能極差，靜力觸探比貫入阻力Ps=0.41MPa，地基承載力基本容許值[fa0]=45kPa。

3-1粉質(zhì)粘土：為軟塑～可塑形態(tài)。埋深較深，靜力觸探比貫入阻力Ps=1.65MPa，該層土壓縮性中等工程性能一般，地基承載力基本容許值[fa0]=130kPa。

3-2粘土、粉質(zhì)粘土：為可塑形態(tài)。埋深較深，靜力觸探比貫入阻力Ps=2.46MPa，地基承載力基本容許值[fa0]=200kPa。

本次設(shè)計(jì)道路路基范圍內(nèi)主要存在的軟弱土層為1-1素填土、2-1粉質(zhì)粘土～淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、2-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，這三層土具有含水量高、空隙比大、壓縮性高、強(qiáng)度低等特點(diǎn)，力學(xué)性質(zhì)較差，是蘇州地區(qū)典型的軟弱土層。由于道路兩側(cè)拍賣地塊尚未開發(fā)建設(shè)，本道路的建成勢必作為該區(qū)域建設(shè)的主要同通道，經(jīng)多次比選，對道路路基下出現(xiàn)軟弱土層較厚段落采用水泥攪拌樁加固處理。

2、水泥攪拌樁處理計(jì)算

2.1水泥攪拌樁樁長、樁徑及樁頂標(biāo)高確定

水泥攪拌樁樁頂標(biāo)高確定為1.1m標(biāo)高位置，路基施工先開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后再進(jìn)行水泥攪拌樁施工。由于本工程部分段落軟土厚度超過15m，達(dá)到20m，故在估算樁身強(qiáng)度的前提下先進(jìn)行有效樁長計(jì)算，對于遠(yuǎn)大于有效樁長段落，考慮施工質(zhì)量因素以及節(jié)省造價(jià)，布置水泥攪拌樁長度滿足有效臨界最小樁長的要求，未穿透軟土層，其他位置樁長穿透土層。軟樁身直徑采用50cm。

2.2確定單樁承載力特征值

根據(jù)JGJ79-2002《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》規(guī)范規(guī)定，設(shè)計(jì)階段采用如下公式進(jìn)行估算并取小值。

Ra=μp*∑qsia*li+α*A*qp Ra=η*fcu*Ap

由于軟土路基厚度較厚，通過取值計(jì)算，fcu=1.6Mpa很明顯樁的承載力主要有樁身強(qiáng)度確定，兩公式取小值Ra=94KN。

2.3確定置換率和樁間距

根據(jù)規(guī)范中要求，處理后的水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力的初步計(jì)算可采用下式：

fspk=m*Ra/Ap+β*（1-m）*fsk 面積置換率m=（fspk-β*fsk）/（Ra/Ap-β*fsk）

布樁數(shù)n=m*A/Ap

根據(jù)車行道計(jì)算荷載及路基覆土厚度要求復(fù)合地基承載力要求達(dá)到fspk=150Kpa，通過計(jì)算面積置換率為0.196，樁間距取1.0m，采用正方形布孔。

2.4下臥層地基強(qiáng)度驗(yàn)算

地基強(qiáng)度驗(yàn)算過程中可將攪拌樁和樁間土考慮為一整體，視為一個(gè)假想實(shí)體基礎(chǔ)，通過下面公式進(jìn)行下臥層地基強(qiáng)度驗(yàn)算。

pk=（fspk*A+G-As*qs-fs（A-A1））/A1≤fz

其中A為基礎(chǔ)底面積 As為假想實(shí)體基礎(chǔ)側(cè)標(biāo)面積 A1未假想實(shí)體基礎(chǔ)底面積

Fz為假想實(shí)體基礎(chǔ)底面經(jīng)修正后的地基承載力

fz=fak+ηb*γ（b-b0）+ηd*γm（d-d0）

ηb -- 基礎(chǔ)寬度地基承載力修正系數(shù) ηd -- 基礎(chǔ)深度地基承載力修正系數(shù)

通過對各參數(shù)取值計(jì)算，經(jīng)修正后pk <= fz，通過附加荷載pk最大值 <= 1.2*fz， 滿足下臥層滿足強(qiáng)度要求

2.5 沉降計(jì)算

加固區(qū)域復(fù)合地基承受來自上部傳遞來的豎向荷載后，所產(chǎn)生的垂直沉降S包括復(fù)合地基本身產(chǎn)生的壓縮沉降S1，還包括復(fù)合地基下土層壓縮沉降S2，即S=S1+S2

S1=（P+P0）*L/2E0 P= （fak*A-fs（A-A1）） /A1 E0=mEp+（1-m）Es，

P為樁土復(fù)合層頂面平均壓力

E0為復(fù)合土層變形模量 Ep和Es分別為攪拌樁和樁間土的變形模量

樁端下未加固土層的沉降量S2按照地基規(guī)范中分層總和法進(jìn)行計(jì)算。

本工程對各個(gè)點(diǎn)位及不同厚度軟土段分別計(jì)算，通過計(jì)算 S1=20～40mm范圍，不同位置，不同樁長計(jì)算出結(jié)構(gòu)稍有差異。而S2=130～160mm范圍，水泥攪拌樁處理后總沉降在15～20cm范圍。能夠滿足本工程建設(shè)使用要求，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.6 水泥攪拌樁樁頂褥墊層設(shè)置

褥墊層的作用是將上部荷載均勻傳遞到水泥攪拌樁及樁間土之間，減少應(yīng)力集中。不同厚度的褥墊層還能起到調(diào)節(jié)樁及樁間土荷載比例的作用，由于本道路路基屬于柔性基礎(chǔ)，本次設(shè)計(jì)中在水泥攪拌樁交工面位置設(shè)置40cm碎石土作為褥墊層。

3、總結(jié)

本工程水泥攪拌樁施工養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，經(jīng)檢測單樁承載力及復(fù)合地基承載力檢測試驗(yàn)，結(jié)果均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。后續(xù)進(jìn)行灰土路基施工中，通過對加固區(qū)域沉降觀察，施工期間沉降在合理范圍。本工程目前已竣工通車且該道路已使用近3年，工后沉降比較穩(wěn)定，工程效果良好。對于本工程總結(jié)以下幾點(diǎn)：

3.1在滿足設(shè)計(jì)道路路基荷載要求的前提下，水泥攪拌樁復(fù)合承載力不宜提高太多，本工程中復(fù)合地基承載力特征值只提高約20%，再繼續(xù)提高承載力導(dǎo)致置換率變大，會(huì)造成一定的浪費(fèi)。

3.2控制變形在規(guī)范合理范圍，市政道路埋設(shè)管線較多，不宜產(chǎn)生過大的工后沉降，但同時(shí)也不要盲目對水泥攪拌樁樁長加長，如本工程軟土層厚度最深達(dá)到20m，目前施工水平超過15m深度的水泥攪拌樁施工質(zhì)量不好控制，更深層的往往帶來攪拌不均，下部樁身強(qiáng)度較低，造價(jià)的增加。設(shè)計(jì)中在滿足沉降控制同時(shí)合理布置樁長，優(yōu)化置換率，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)目的。

3.3由于水泥攪拌樁施工過程中普遍存在一些質(zhì)量問題，這就要求我們設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮實(shí)際具體施工以及土層不均勻的情況，合理選取設(shè)計(jì)參數(shù)，偏于安全設(shè)計(jì)，是復(fù)合地基無論是在施工后檢測，還是在竣工通車使用中不超過控制的沉降。

參考文獻(xiàn)：建設(shè)部《建筑地基處理規(guī)范》JGJ79-2002

交通部《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》JTG/T D31-02-2013