方樁在處理泥炭質(zhì)土中的應(yīng)用

楊 文 軍

(中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100048)

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方樁在處理泥炭質(zhì)土中的應(yīng)用

楊 文 軍

(中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100048)

以赤道幾內(nèi)亞某公路深厚軟基處理工程為例，分析了采用水泥攪拌樁進(jìn)行軟基處理試驗效果不佳的原因，并結(jié)合該項目現(xiàn)場實際情況，選擇了換填+方樁+土工格柵方案進(jìn)行軟基處理，經(jīng)實踐證明達(dá)到了預(yù)期的效果。

泥炭質(zhì)土，軟基，方樁，穩(wěn)定性

1 項目背景

熱帶地區(qū)沼澤地地下水位較高,在地表以下有一層厚幾米至幾十米不等的泥炭土和泥炭質(zhì)土層。因泥炭質(zhì)土具有土質(zhì)輕、含水量高、孔隙比大、壓縮性高、有機(jī)質(zhì)含量高、物理力學(xué)指標(biāo)低的特點(diǎn)[1，2],易導(dǎo)致道路建成后不久出現(xiàn)了較大的沉降破壞。為了解決泥炭質(zhì)土地區(qū)道路早期損害嚴(yán)重的現(xiàn)象,新建道路加大了對軟土地基的處理力度,但其處理方式目前尚處于探索之中[2]，也在不斷吸取教訓(xùn)[3]，而泥炭質(zhì)土含量較高的情況研究的更少。本文結(jié)合非洲熱帶地區(qū)沼澤地的實際情況，介紹了舍棄水泥攪拌樁對泥炭土質(zhì)軟土地基的處理緣由及采用鋼筋混凝土方樁處理的效果。

2 項目軟基的工程特點(diǎn)

2.1 工程軟基概況

赤道幾內(nèi)亞某公路項目是赤道幾內(nèi)亞大陸平原地區(qū)西部重要的快速路工程，巴塔機(jī)場北側(cè)，瀕臨大西洋，起點(diǎn)接Utonde大橋，向北延伸，終點(diǎn)位于Veadibe村附近，一期路線全長11 km。該項目采用一級公路四車道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，設(shè)計速度80 km/h。主線路基寬度24.5 m，采用整體式路基斷面。全線軟基共4 096 m，占全線的37.2%。軟基深度小于3.5 m共1 530 m，占全線13.9%，主要集中在樹林局部積水路段；軟基深度大于3.5 m共2 566 m，占全線的23.3%，主要集中在棕櫚林、紅樹林路段，常年積水。

2.2 區(qū)域地質(zhì)概況

根據(jù)項目的地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)鉆探、挖探成果，獲得了較詳細(xì)的線路地質(zhì)資料。軟基主要分布在紅樹林、棕櫚林段，通過鉆探揭露地層主要情況：①粉砂：主要存在于靠近河的紅樹林區(qū)域，灰白色，稍濕，一般發(fā)育厚度較淺，下部存在軟基。②淤泥：灰黑色～灰褐色，流塑，含大量腐殖質(zhì)及植物根系，此種土普遍存在于紅樹林、棕櫚林沼澤地段及部分水溝處地段，工程特性極差，施工時需開挖換填。③淤泥質(zhì)土：灰黑色，流塑～軟塑，有機(jī)質(zhì)含量相對淤泥較少，工程性質(zhì)差。④泥巖或砂巖地層：巖芯多為青灰色或灰黑色，屬于較軟巖。根據(jù)資料，本工程區(qū)域內(nèi)沒有地震記錄。

2.3 水文地質(zhì)條件

全線大段為熱帶雨林地帶，屬熱帶海洋性氣候，潮濕多雨。局部低洼地帶雨季匯水成較小河流，地表水主要為淡水，對構(gòu)筑物無腐蝕性。

3 水泥攪拌樁處理軟基可行性論證

攪拌樁體和四周軟土組成復(fù)合地基，可以提高地基承載力、提高地基的強(qiáng)度、增大地基變形模量，還能阻止地下水的滲透。

3.1 室內(nèi)試驗分析

1)原狀擾動土(濕土)室內(nèi)試驗。原狀土土樣取土位置在K3+060附近，取樣深度4.0 m～5.0 m。分別進(jìn)行了干噴法摻灰量為15%，20%，25%，30%，35%，40%無側(cè)限抗壓強(qiáng)度比較。所摻水泥為國內(nèi)32.5普通硅酸鹽水泥。

進(jìn)行了原狀土摻入水泥前天然含水率的測定、水泥土的3 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗。根據(jù)圖1的原狀土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度—水泥摻灰比關(guān)系圖可以看出，水泥摻灰量40%之前，隨著水泥摻灰的增加，水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度緩慢增加，數(shù)據(jù)離散性較大。水泥摻灰量40%時，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度急劇增大。

2)風(fēng)干土室內(nèi)試驗。風(fēng)干土土樣取土位置在K3+060附近，取樣深度4.0 m～5.0 m。分別進(jìn)行了干噴法摻灰量為15%，20%，25%，30%，35%，40%無側(cè)限抗壓強(qiáng)度比較。土的含水量調(diào)成與原裝土的含水量一致，所摻水泥為國內(nèi)32.5普通硅酸鹽水泥。

進(jìn)行了水泥土的3 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗。根據(jù)圖2的風(fēng)干土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度—水泥摻灰比關(guān)系圖可以看出，隨著水泥摻灰的增加，水泥土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度幾乎無規(guī)律可言，數(shù)據(jù)離散性較大。

3.2 水泥攪拌樁加固軟基沉降與穩(wěn)定性計算

由于水泥攪拌樁(水泥攪拌樁)有效加固深度12 m～15 m，小于8 m的軟基采用換填+堆載預(yù)壓法也可以解決。故選取K2+760附近的鉆孔S-3的鉆孔資料情況作為計算條件。K2+760處填土高度約4.0，路堤施工分兩次填筑，填筑路基時間3個月。路面完工后沉降量為0.25 m～0.27 m，均接近0.30 m，穩(wěn)定性系數(shù)1.146～1.823，工后沉降滿足規(guī)范要求，穩(wěn)定性基本滿足規(guī)范要求。

3.3 論證結(jié)論

根據(jù)本項目的原狀土和風(fēng)干土對應(yīng)的水泥土試驗，以及換填+水泥攪拌樁加固軟基計算可以看出：1)無論是原狀土樣還是風(fēng)干土樣制作的水泥土，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗數(shù)據(jù)離散性比較大，水泥攪拌樁加固軟基可靠性不高，不推薦使用。2)根據(jù)目前的試驗結(jié)果，并借鑒類似工程項目。水泥攪拌樁加固泥炭質(zhì)土要達(dá)到預(yù)期的設(shè)計效果，水泥摻入量要達(dá)到35%～40%，幾乎是一般軟土處理的3倍以上，不太經(jīng)濟(jì)。3)依據(jù)JTJ 259—2004水下深層水泥攪拌法加固軟土地基技術(shù)規(guī)程3.0.2條的條文說明(見表1)。根據(jù)表1來看，本項目軟土地基多項指標(biāo)都處于效果不顯著的一欄，可見水泥攪拌樁對本項目泥炭質(zhì)土處理加固效果不顯著，性價比不高。4)根據(jù)加蓬共和國等地的現(xiàn)場試樁效果來看，泥炭質(zhì)土地段水泥攪拌樁處理容易出現(xiàn)斷樁問題，樁身質(zhì)量難以得到保證。5)赤道幾內(nèi)亞水泥比中國國內(nèi)的昂貴不少，需要跟其他軟基處理方案進(jìn)一步對比分析，才能確定是否經(jīng)濟(jì)可行。6)對鉆孔S-3的計算表明，采用換填+水泥攪拌樁方案進(jìn)行軟基處理后，工后沉降接近規(guī)范要求的臨界值0.30 m，需要謹(jǐn)慎使用。7)在處理有機(jī)質(zhì)含量較高的泥炭質(zhì)土、泥炭時,由于土中有機(jī)質(zhì)的存在阻礙了水泥水化反應(yīng)的進(jìn)行,用常規(guī)的水泥攪拌法加固時其水泥土強(qiáng)度一般較低,往往達(dá)不到設(shè)計要求[4]。故不推薦水泥攪拌樁作為一般路段軟基的處理方案，涵洞底部處理可以考慮。

表1 水下深層攪拌樁法加固軟土地基適用性指標(biāo)判別

4 方樁處理軟基沉降及穩(wěn)定性計算

參考鉆孔S6，軟基深度18 m，樁號K2+867斷面，換填2 m處理?；緱l件：路基填高3.5 m，寬度24.5 m，邊坡坡率1∶2.0，路面結(jié)構(gòu)厚度0.7 m，碎石墊層厚度0.3 m。處理方式：換填+方樁+土工格柵(換填2個月；方樁施工2個月；路基填筑4個月，路面施工4個月；換填材料：粉細(xì)砂；換填深度：2 m)。計算結(jié)果：工后沉降0.03 m(滿足規(guī)范要求)，地基總沉降0.08 m；路基填筑完成時安全系數(shù)2.583，路面竣工時安全系數(shù)2.360(滿足規(guī)范要求)。18 m深的軟基經(jīng)采用換填+方樁+鋼塑格柵處理后，不但工后沉降很小(不足5 cm)，且穩(wěn)定性完全滿足要求(安全系數(shù)大于2.0)。由此可見，該項目采用方樁處理軟基是可行的。

5 最終設(shè)計方案的確定

5.1 方樁與管樁的論證比較

赤道幾內(nèi)亞在此之前沒有方樁和管樁出售的公司，也沒有方樁和管樁使用的歷史。結(jié)合現(xiàn)場的施工條件，管樁的鋼筋部分屬于預(yù)應(yīng)力鋼筋，且管樁屬于空心圓筒結(jié)構(gòu)，施工工藝要求較高，現(xiàn)場制作質(zhì)量難以保證；方樁屬于實心結(jié)構(gòu)且內(nèi)部可不設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼筋，故施工工藝要求不高，現(xiàn)場可以完成。考慮到赤道幾內(nèi)亞未來方樁應(yīng)用項目不多，不具備工廠車間批量化生產(chǎn)的條件。根據(jù)以上分析，最終決定采用方樁作為該項目深厚軟基的處理方案。

5.2 擬采用的設(shè)計方案

根據(jù)試驗和理論計算結(jié)果，該項目軟基處理采用的方案為：軟基深度大于8.0 m，采用換填+方樁+土工格柵處理(見圖3)。針對軟基深度大于8.0 m，主要集中在棕櫚林、紅樹林段，該段常年存在積水，施工時可采取排水等措施，挖除淤泥后置換砂，砂層要高于常水位50 cm，再做施工平臺。施工平臺頂部標(biāo)高要高于最大洪水位至少0.5 m，并確保樁基施工機(jī)械穩(wěn)定。軟基換填深度不小于2.0 m。

5.3 方樁施工主要注意事項

1)敷設(shè)鋼塑格柵：樁頂設(shè)置樁帽，樁帽頂鋪設(shè)30 cm厚碎石墊層；樁頂處設(shè)置兩層雙向鋼塑格柵，格柵兩端反包200 cm,其經(jīng)向張拉力不小于100 kN/m，緯向張拉力不小于100 kN/m，延伸率不大于10%。為保證土拱效應(yīng)，級配碎石層以上應(yīng)采用紅土粒料或粘性土填筑，填筑厚度不小于1.0 m。2)打樁前，需要對至少2.0 m深度范圍內(nèi)的腐殖層進(jìn)行換填處理。3)錘擊沉樁時，必須采取排水措施和涌土處理，以防樁身產(chǎn)生縱向裂縫。4)方樁樁身采用C35混凝土。混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%后場內(nèi)起吊，達(dá)到100%才能施打。

5.4 檢測及沉降觀測結(jié)果

方樁施工完成后，通過靜載試驗，單樁承載力能完全達(dá)到設(shè)計要求。通過低應(yīng)變反射波法檢驗，樁身完整性完好，全部為Ⅰ類、Ⅱ類樁，無Ⅲ類、Ⅳ類樁。根據(jù)方樁處理段軟基沉降觀測結(jié)果, 左右半幅路基沉降量均不足10 cm，路基已基本穩(wěn)定。

6 結(jié)語

通過該地基處理工程的成功,得出如下經(jīng)驗和結(jié)論:1)針對泥炭和泥炭質(zhì)土軟基路段，能否采用水泥攪拌樁處理，需要結(jié)合室內(nèi)試驗進(jìn)行論證。水泥的摻入量過小達(dá)不到加固效果、過大則造成不必要浪費(fèi)。泥炭類土采用深層攪拌法和振沖法加以處理一般都不適用[3]。2)方樁或管樁幾乎可以處理所有的一般軟基段。具體設(shè)計要結(jié)合項目地質(zhì)情況、地基承載力要求、造價等因素進(jìn)行選擇。

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Application of rectangular pile treatment on peat soil

Yang Wenjun

(ChinaRoadEngineeringConsultancyGroupCo.,Ltd,Beijing100048,China)

In case of project demonstration of the deep soft foundation treatment for one road engineering in Equatorial guinea, the terrible treatment effect that soft foundation is treated by cement agitation piles is stated, in combination with the practical situation of the project site, selects the refilling civil grilling scheme for the soft foundation treatment, and proves by the practice that and achieves the desired results.

peat and peaty soil, soft foundation, rectangular pile, stability

1009-6825(2016)16-0134-02

2016-03-21

楊文軍(1980- )，男，博士，工程師

TU473.1

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