水泥攪拌樁在海灣軟基加固中的應(yīng)用

■陳才楠（廈門合誠水運(yùn)工程監(jiān)理有限公司，廈門361000）

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水泥攪拌樁在海灣軟基加固中的應(yīng)用

■陳才楠
（廈門合誠水運(yùn)工程監(jiān)理有限公司，廈門361000）

根據(jù)水泥土攪拌樁的適用條件和加固特點(diǎn)，從水泥土攪拌樁復(fù)合地基組成結(jié)構(gòu)出發(fā)，探討了水泥土攪拌樁的力學(xué)特性、破壞塑性區(qū)的分布模式。結(jié)合廈門新機(jī)場(chǎng)運(yùn)輸專用通道軟土加固算例，闡述了海灣灘涂區(qū)域水泥土攪拌樁復(fù)合地基的破壞模式，并要求在設(shè)計(jì)施工過程中應(yīng)特別重視褥墊層厚度、地基土的含水量、水泥摻量和噴漿壓力的影響，以保證顯著的加固效果。

水泥土攪拌樁海灣軟基塑性區(qū)

1引言

我國(guó)區(qū)域遼闊，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，地方差異性大，其中大陸海岸線就有1.8萬km。目前各類建筑物的建設(shè)處處皆是，青藏鐵路、跨海隧道、填海造地等大規(guī)模工程建設(shè)司空見慣，且在深厚軟土地基、沼澤地帶、江湖淤積層地區(qū)域修建高速公路、高速鐵路、機(jī)場(chǎng)跑道也非難事，并積累了豐富的工程經(jīng)驗(yàn)和科研結(jié)論［1］。其中在軟土地基加固工程中地基處理技方法形式多樣、難度各異，適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、砂土、人工填土、沖填土、雜填土、素填土、黃土和碎石土等地基。水泥土攪拌樁作為承載力大、設(shè)計(jì)參數(shù)易取、適用范圍廣、加固面積大、施工技術(shù)容易掌握等特點(diǎn)已在軟基加固中得到了廣泛的應(yīng)用，并且取得了眾多研究成果［2，3，4］。但是該類技術(shù)在海灣灘涂濕地的應(yīng)用不多見，尚有很多影響因素被技術(shù)人員所忽略，為此筆者結(jié)合工程實(shí)例，淺析水泥土攪拌樁技術(shù)在廈門海灣地區(qū)的應(yīng)用。

2水泥土攪拌樁特性

2.1水泥土攪拌樁構(gòu)造

水泥土攪拌樁屬復(fù)合地基技術(shù)之一，水泥土攪拌法是利用水泥等材料作為固化劑，并將軟土與固化劑強(qiáng)制攪拌后，從而使軟土結(jié)硬、結(jié)塊，來提高地基土強(qiáng)度和增大變形模量為主要目的［5］。水泥土攪拌樁復(fù)合地基主要是由樁、樁間土及褥墊層構(gòu)成，褥墊層將上部基礎(chǔ)傳來的基底壓力（或水平力）通過適當(dāng)?shù)淖冃我砸欢ǖ谋壤峙浣o樁及樁間土，使二者共同受力，形成了一個(gè)復(fù)合地基的受力整體，共同承擔(dān)上部基礎(chǔ)傳來的荷載，水泥土攪拌樁復(fù)合地基組成見圖1所示。

復(fù)合地基的本質(zhì)是在荷載作用下，將增強(qiáng)體和地基土體共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載，但是在深厚軟土地基加固中攪拌能力是有限的，致使在地基承載力大于140kPa的粘性土和粉土地基中的應(yīng)用有一定難度。因此，保證設(shè)置的增強(qiáng)體的承載特性與天然地基土體通過變形協(xié)調(diào)共同承擔(dān)荷載是形成復(fù)合地基的基本條件［6］。

2.2水泥土攪拌樁力學(xué)特性

復(fù)合地基設(shè)計(jì)和施工過程中，承載力特征值的確定是首當(dāng)其沖的問題，該承載力不是天然地基承載力和單樁承載力的簡(jiǎn)單疊加，在定值過程中仍需要考慮一些因素的影響：

（1）施工時(shí)對(duì)樁間土是否產(chǎn)生擾動(dòng)擠密，樁間土承載力有無降低和提高；

（2）樁對(duì)樁間土有約束作用；

（3）復(fù)合地基中樁的Q-S曲線呈加工硬化性，比自由單樁的承載力高；

（4）樁和樁間土承載力的發(fā)揮都與變形有關(guān)，變形小時(shí)，其承載力發(fā)揮都不充分；

圖1　水泥土攪拌樁復(fù)合地基組成

（5）樁間土承載力的發(fā)揮與褥墊層厚度有關(guān)。

因此在初步設(shè)計(jì)時(shí)水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)按公式（1）計(jì)算：

fspk=［1+m（n-1）］fsk

（1）

式中：fspk為水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值，fsk為處理后樁間土承載力特征值，n為復(fù)合地基樁土應(yīng)力比，m為面積置換率。

水泥土樁體單樁豎向承載力特征值Ra為：

Ra=up∑qsili+αpqpAp

（2）

Ra=ηfcuAp

（3）

式中：up為樁的周長(zhǎng)，qsi為樁周土的側(cè)阻力特征值，li為加固土層的厚度，αp為樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)，qp為樁端端阻力特征值，η為樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，fcu為立方體抗壓強(qiáng)度。

工程中，通常分別對(duì)式（2）和式（3）進(jìn)行計(jì)算，比較取值，將小值作為水泥土樁體單樁豎向承載力特征值。2.3海灣水泥土攪拌樁加固的破壞模式

海灣灘涂區(qū)域水泥土攪拌樁復(fù)合地基的破壞主要是通過加固區(qū)域塑性區(qū)的分布特征加以體現(xiàn)。塑性區(qū)是當(dāng)交通荷載達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，復(fù)合地基結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了不可恢復(fù)的塑性變形，一旦塑性變形進(jìn)一步擴(kuò)展、貫通即會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的塑性區(qū)域，如圖2所示。

圖2　海灣地區(qū)攪拌樁加固破壞模式

經(jīng)水泥土攪拌樁加固后，復(fù)合地基及路堤在荷載作用下的塑性區(qū)分布主要在褥墊層、攪拌樁樁復(fù)合地基上部，主要表現(xiàn)為剪切破壞和少量的拉伸破壞，塑性區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大并有貫通的趨勢(shì)，而導(dǎo)致加固失效。

3工程實(shí)例

3.1工程概況

工程案例選取廈門新機(jī)場(chǎng)運(yùn)輸專用通道工程范圍：起點(diǎn)接現(xiàn)狀環(huán)嶝南路，終點(diǎn)接現(xiàn)狀陽塘東路，道路性質(zhì)為臨時(shí)道路，道路全長(zhǎng)9807.626m（其中，跨海路段道路長(zhǎng)890米、跨海路段圍堰900m、涵洞7道、空心板梁橋120m長(zhǎng)一座）。翔安機(jī)場(chǎng)快速路南段（翔安南路-大嶝段）施工運(yùn)輸通道工程范圍：起于翔安沙美村（與現(xiàn)狀八一公路相交），向南沿翔安機(jī)場(chǎng)快速路主線走向，至霄壟村與翔安南路相交，經(jīng)珩厝村東、前嶺村西、霞浯鹽田（蓮河吹填造地區(qū)），以鋼棧橋形式跨南港海，上大嶝島后與新機(jī)場(chǎng)臨時(shí)運(yùn)輸通道（規(guī)劃環(huán)嶝北路）銜接。路線全長(zhǎng)6.89公里km，其中：右線便道長(zhǎng)3.99km，跨海鋼棧橋長(zhǎng)0.82km，寬10m；左線便道長(zhǎng)2.08km，寬9m。工程位于翔安區(qū)境內(nèi)，場(chǎng)地蟓始地貌主要跨越?jīng)_洪積階地、海灣灘涂、濱海潮間帶及局部殘坡積臺(tái)地。沿線地形總體較為平緩～一般傾斜。其中翔安側(cè)整體呈由北向南及由東西兩側(cè)向中部微傾的趨勢(shì)：中部南港海整體呈南北側(cè)陸域向中部海域方向傾斜；南側(cè)大嶝島呈由中部微丘（殘坡積）臺(tái)地向四周海灣灘涂?jī)A斜的趨勢(shì)。本項(xiàng)目大部分區(qū)段位于（原）海灣灘涂、濱海潮間帶路段；其余均位于沖洪積階地路段。

3.2海灣灘涂的水泥土攪拌樁施工要素

根據(jù)海灣灘涂區(qū)域水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值、水泥土樁體單樁豎向承載力特征值和塑性區(qū)分布特征，闡述攪拌樁在設(shè)計(jì)施工中注意的主要因素，比保證加固效果。

（1）褥墊層厚度的影響

水泥土攪拌樁主要用于豎向承載，但很多工程中褥墊層厚度不符合要求，甚至未設(shè)置褥墊層，導(dǎo)致路面不均勻變形而沉降。考慮到該地段主要位于沖洪積階地，地基承載力低，觸變性大，變形模量小等特點(diǎn)，并結(jié)合塑性區(qū)褥墊層分布范圍，褥墊層厚度取300mm，夯填度為0.9以保證該層結(jié)果的損傷破壞。

（2）含水量的影響

含水量大，甚至超過液限這是海灣軟土地基的顯著特點(diǎn)，在水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)施工過程中主要采用干法加固，但是工程師們忽略了干法對(duì)加固深度的影響，因此在該路段一味加大水泥用量來克服含水量的影響是不可取的。筆者提出了預(yù)先固結(jié)排水及粉煤灰或石灰改良的水泥土攪拌樁施工工藝，既增加了地基承載力，也減小了道路的變形和加固成本。

（3）水泥摻量

水泥土攪拌樁的主要承載材料是水泥，工程中對(duì)于塊狀加固時(shí)水泥摻量不應(yīng)小于加固軟土質(zhì)量的7%，這樣在海灣軟土加固中水灰比普遍較低，造成浪費(fèi)，常見的措施就是水泥中增加粉煤灰。我們應(yīng)該充分利用軟土的最大承載能力。

（4）噴漿壓力

噴漿壓力對(duì)處理后地基變形影響比較大，工程上對(duì)于深厚軟基處理通常采用增大噴漿壓力來保證成樁質(zhì)量和控制土體變形，但是出現(xiàn)了跑漿浪費(fèi)現(xiàn)象。而目前國(guó)產(chǎn)泥漿泵的工作壓力一般小于2.0MPa，為了達(dá)到一定的壓力施工單位對(duì)設(shè)備做了很多方面的改進(jìn)。由于海灣地區(qū)軟土層較厚，僅憑增大噴漿壓力，軟土地基仍然產(chǎn)生較大的變形，因此結(jié)合塑性區(qū)分布特點(diǎn)，改善褥墊層的滲透性和增加該層的厚度以及增大置換率來調(diào)控噴漿壓力，已在工程上取得了較好的效果。

4結(jié)論

水泥土攪拌樁加固軟土地基是經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的地基處理技術(shù)工作，在不同的場(chǎng)地處理效果和影響因素不盡相同。在海灣灘涂濕地加固中，塑性區(qū)分布主要在褥墊層、攪拌樁樁復(fù)合地基上部，主要表現(xiàn)為剪切破壞和少量的拉伸破壞，因此在設(shè)計(jì)施工過程中應(yīng)特別重視褥墊層厚度、地基土的含水量、水泥摻量和噴漿壓力的影響，以保證顯著的加固效果。

［1］陳仁朋，許鋒，陳云敏等.軟土地基上剛性樁－路堤共同作用分析［J］.中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2005，18（3）：7－13.

［2］JGJ79-2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

［3］牛志榮，李宏等.復(fù)合地基處理及其工程實(shí)例［M］.北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2000.

［4］程良奎.巖土加固實(shí)用技術(shù)［M］.北京：地震出版社，2000.

［5］劉國(guó)明，周軍.路堤軟土地基沉降有限元非線性分析［J］.福州大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，31（4）：470－473.

［6］牛志榮，李宏，等.復(fù)合地基處理及其工程實(shí)例［M］.北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2000.