幾種軟土地基處理方式在工程施工中的應用
——以武漢鸚鵡洲長江大橋漢陽接線工程為例

曾翔鴻

(武鋼綠色城市建設發(fā)展有限公司　湖北　武漢：430080)

武漢鸚鵡洲長江大橋是武漢二環(huán)線的重要組成部分，其中漢陽接線工程江堤立交段起點位于漢陽法院附近，終點位于鸚鵡大道與馬鸚路交叉路口，起止樁號K8+115.4～K9+235，根據(jù)地質勘察報告情況，擬建場區(qū)存在不良地質條件，主要由層厚不一的雜填土、淤泥質土、軟塑～可塑狀一般粘性土等不良土層組成，且場區(qū)內還存在河道和水塘,地質分布見表1及圖1。

表1　工程地質分區(qū)說明

圖1　鸚鵡洲長江大橋漢陽接線工程地質分布圖

為保證橋梁支架體系安全，保證道路施工質量，施工中必須對現(xiàn)狀軟基進行處理。武漢鸚鵡洲長江大橋漢陽接線工程針對不同區(qū)域的地質情況，結合軟土覆蓋深度、土質特征、結構承載力要求等不同因素，在軟基處理過程中，采取了清除換填、拋石擠淤、水泥攪拌樁、HAS攪拌樁、HAS固化土等幾種軟基處理方式?，F(xiàn)我結合這幾種軟基處理方式在本工程的應用情況，淺談一下這幾種處理方式適用的范圍及應用過程中存在的相關問題。

1　清除換填方式

清除換填方式是軟基處理中比較常用的方式，適用范圍一般軟土埋深小于3m時采用，主要工藝流程為：

清除地表下雜填土、淤泥質土等不良土質→換填碎石、好素土等填料→分層碾壓至設計高程。

清除換填方式處理的軟土地基，若能嚴格按設計、規(guī)范施工，通常情況下，均能達到較好的處理效果。但對于市政工程施工來說，具有其特殊性，可能存在如下問題：

(1)棄土場不僅位置難尋，而且往往距離施工現(xiàn)場較遠，施工成本大；

(2)由于城市管理的需要，在實際施工中，土方開挖外運作業(yè)只能在夜間進行，施工連續(xù)性不強，受天氣制約因素大，施工進度慢；

(3)施工時受城市地下管線等因素的影響，換填料填筑碾壓不足，施工質量不宜保證。

清除換填方式在武漢鸚鵡洲長江大橋漢陽接線工程采用的區(qū)域主要集中在雜填土層較厚，只需做淺層換填即可滿足上部荷載要求的區(qū)域。

小結：清除換填方式在市政工程建設中建議盡量有選擇性采用，方式確定前，應做好周邊環(huán)境、資源的充分調研；與相關政府職能部門做好充分溝通，確保施工過程的連續(xù)性。

2　拋石擠淤方式

拋石擠淤方式主要適用于常年積水且排水困難、厚度較薄(通常3米～4米以內)、表層無硬殼且片石能沉達底部的軟土地基。其主要工藝流程為：

河道和水塘圍堰或引流→抽干路基范圍內的水→用高壓水槍清除表面流動狀態(tài)浮淤→拋填不易風化且尺寸通常不小于0.3m的塊石擠出路基范圍淤泥→按設計和規(guī)范要求回填碎石或好素土并分層碾壓至設計高程。

拋石擠淤處理軟土地基的方式尤其對于土質特軟施工機械難以進入、或表面存在大量積水無法排出時具有較大優(yōu)勢。但在實施過程中也存在一定問題：

(1)拋石擠淤的方式需要大量塊石，施工前需做好資源調查，以保證現(xiàn)場所需；

(2)此種方式由于浮淤厚度及淤泥的深度不好準確界定，工程數(shù)量需根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行計量。

(3)若擠出的淤泥需清運，清運淤泥的工程數(shù)量難以確定，需通過現(xiàn)場試驗段確定相關比例。

拋石擠淤方式在武漢鸚鵡洲長江大橋漢陽接線工程應用主要集中在馬鸚路南側現(xiàn)有夾河區(qū)域及原魚塘區(qū)域。

小結：拋石擠淤方式在高流塑性淤泥質土處理時較常采用，采用此種方式施工時，一定要在工程計量環(huán)節(jié)做到多方參與見證，讓計量合理合規(guī)。

3　水泥攪拌樁方式

水泥攪拌樁方式是目前軟土地基處理中常用的一種方式，其適用范圍一般針對軟土埋深大于3m的軟土地基。主要做法是利用水泥作為固化劑通過攪拌樁機將水泥來回噴入土體并充分攪拌，使水泥與土發(fā)生一系列物理化學反應，使軟土硬結而提高基礎強度，可分為濕法和干法。濕法以水泥漿為主，攪拌均勻，易于復攪，水泥土硬化時間較長；干法以水泥干粉為主，水泥土硬化時間較短，能提高樁間的強度，但攪拌均勻性欠佳，很難全程復攪。水泥攪拌樁的主要工藝流程為：

樁位放樣→攪拌樁機就位→檢驗、調整攪拌樁機→制備水泥漿→鉆進至設計深度→打開高壓注漿泵→提鉆并噴水泥漿→重復攪拌下鉆至設計深度→提鉆并噴水泥漿至地表→成樁結束→移位下一根樁。

按照水泥攪拌樁的施工規(guī)范要求，樁基施工前需進行試樁，試樁的主要目的是檢驗用水泥作為固化劑是否滿足土體的成樁要求，同時確定相關的施工工藝參數(shù)。在武漢鸚鵡洲大橋漢陽接線工程中，馬鸚路南側大部分區(qū)域地質覆蓋雜填土層、軟塑～可塑狀一般黏性土層及淤泥質土層，施工單位進場后，按照設計和規(guī)范要求進行水泥攪拌樁試樁，試樁數(shù)量為5根，分別采用濕法和干法工藝成樁。試樁前根據(jù)地勘報告和土工試驗資料按“樁長×樁的設計截面積×土的密度×摻入量系數(shù)(設計提供16%-18%)”確定出水泥摻量，嚴格按照設計要求“兩噴兩攪”的施工工藝操作，并邀請設計、監(jiān)理旁站監(jiān)督，試樁完成7天后，經開挖檢查發(fā)現(xiàn)5根試樁均無法成樁。

分析水泥攪拌樁無法成樁的主要原因，結合施工記錄和地質資料，該區(qū)域內地質土中有機質含量較高，難以有效使土與水泥發(fā)生物理反應后硬結導致水泥攪拌樁無法成樁。

小結：水泥攪拌樁的確是一種處理深層軟基常用的方式，但將水泥作為土壤固化劑并不是適用于任何土質，因此在采用水泥攪拌樁工藝處理軟基前，必須按規(guī)范要求嚴格試樁，只有在試樁滿足成樁要求、單樁承載力及復合地基承載力要求后才能開始樁基施工，切勿為搶工期，未經試樁盲目大范圍施工從而造成不必要的經濟損失。

4　HAS攪拌樁方式

HAS攪拌樁施工工藝與水泥攪拌樁相同，其本質是將水泥攪拌樁中的固化劑水泥替換成了HAS土壤固化劑。HAS土壤固化劑由武漢大學與科技公司聯(lián)合研制，根據(jù)研制方介紹，HAS土壤固化劑具有明顯改善有機質土，使其有效固結增加強度的作用；且HAS土壤固化劑摻入量可低于水泥摻量，成本投資基本沒有變化。

在武漢鸚鵡洲長江大橋漢陽接線工程中，經設計院結合HAS土壤固化劑的物理特性制定了試樁方案，將HAS摻量確定在12%-13%，分別按兩種摻量試樁5根，試樁位置仍選擇在水泥攪拌樁無法成樁區(qū)域。為利于攪拌樁成樁，試樁時采用了濕法工藝，全程復攪，同時考慮到固化劑的摻量較水泥低，攪拌時適當降低樁機提升速度，以保證漿體與土壤攪拌均勻，施工時所有操作嚴格按照設計和規(guī)范要求，監(jiān)理工程師全程旁站監(jiān)督。完成所有試樁，3天后開挖判斷成樁效果良好，經采用輕型動力觸探檢查樁身均勻性良好；28天后隨機抽取2根樁芯進行室內無側限抗壓強度試驗，芯體抗壓強度均大于1.0MPa，滿足設計要求；同時在隨后的單樁抗壓靜載荷試驗中，HAS固化劑摻量12%的攪拌樁單樁承載力剛好滿足120kN的設計要求，而HAS固化劑摻量13%的攪拌樁單樁承載力明顯高于120kN的設計要求；而通過復合地基靜載荷試驗，HAS固化劑摻量12%的攪拌樁復合地基承載力特征值為89kPa，略低于90kPa的設計要求，HAS固化劑摻量13%的攪拌樁復合地基承載力特征值為111kPa，明顯高于90kPa的設計要求。試樁工藝及相關試驗數(shù)據(jù)經設計單位驗算后，認為HAS固化樁完全可以適應該類不良土質，試樁試驗數(shù)據(jù)滿足設計要求，確定HAS固化劑摻量13%的攪拌樁作為本工程此類土質軟基處理的設計方案。施工后經工后沉降觀測，能夠滿足設計要求。

小結：攪拌樁是深層軟基常用的處理方式，在選擇攪拌樁作為軟基處理方案時，必須充分考慮土質情況、施工條件、施工成本投入等因素，在選擇攪拌樁的固化劑時必須針對具體的土質情況，并通過嚴格的試樁試驗合格后方可最終確定。

5　固化土方式

固化土方式與清除換填方式一樣主要適用于軟土或雜填土覆蓋層小于3m的軟土地基。主要通過在土質中摻入固化劑，使土與固化劑發(fā)生物理反應后硬結，從而提高土質的地基承載力。市政工程采用固化土方式主要考慮中心城市市政工程特性，施工范圍就近區(qū)域難以找到合適的換填土源，加上考慮工程在施工組織協(xié)調、城市管理、施工工期和施工質量控制上的難度，當固化土方式改良土質可行的情況下可較多采用。固化土的主要工藝流程為：

施工放樣→開挖至改良層設計高程底歸堆→按設計摻量加入固化劑拌合→按設計及規(guī)范要求分層攤鋪整平→碾壓→養(yǎng)生→試驗檢驗合格→下層固化土施工。

由于固化土同樣是通過土與固化劑發(fā)生物理反應硬結提高地基的承載能力，因此固化土中的固化劑選擇上也要充分考慮土質情況有針對性選擇，并通過試驗段鋪設的試驗數(shù)據(jù)最終確定。在武漢鸚鵡洲長江大橋漢陽接線工程中，由于工程地處市中心，難以找到合適換填土源，設計單位在調整原清除換填設計方案時，結合攪拌樁的施工經驗，針對工程區(qū)域土質有機質含量高的情況，制定了摻加5%(即每方摻95kg)HAS固化劑的改良土試驗方案，同時選定試驗區(qū)域進行固化土改良路基試驗。試驗段固化土拌合采用挖掘機現(xiàn)場拌合，試驗段開挖至改良土路基設計高程底后，將拌合好的固化土分層填入路基基槽，每層虛鋪厚度30cm～35cm碾壓成型；由于考慮到工程區(qū)域表層均為雜填土，而雜填土所做擊實試驗得出的相關數(shù)據(jù)變化較大，難以通過壓實度來檢測路基壓實情況，因此最終確定通過檢測路床彎沉值作為試驗段試驗依據(jù)，每層壓實判斷為碾壓無明顯輪跡、無彈簧。試驗段鋪設完成后，充分考慮固化劑后期增長強度，以14天彎沉值檢測，試驗段路床代表彎沉值為259(1/100mm)滿足小于300(1/100mm)的設計要求，最終設計單位確定3m以內軟土地基處理采用路床頂面下1.5m范圍摻加5%HAS固化劑改良的設計變更方案。施工后經工后沉降觀測，能夠滿足設計要求。

小結：固化土方式是淺層軟基處理的一種較好的方式，固化土方案的確定必須結合實際土質情況，依據(jù)試驗段選擇出合適的固化劑、得出相關工藝參數(shù)后，在滿足上部荷載要求的情況下方可選擇使用。

6　結束語

本文列舉的幾種軟基處理方式在工程施工中較為常見，這幾種方式在武漢鸚鵡洲長江大橋漢陽接線工程均進行了應用，處理方式的適用范圍和軟基處理后達到的效果均不盡相同。通過本文分析，我們不難看出，當這幾種軟基處理方式應用在市政工程上時，一定要結合市政工程施工特點，因地制宜，在能夠保證工程施工質量前提下，盡量采用施工便捷、投資較少、受外部因素影響較小的處理方式；處理方式選擇后，必須通過現(xiàn)場試驗論證，以確保所選擇的處理方式滿足現(xiàn)場土質的施工條件，施工效果最終達到設計及規(guī)范要求的質量標準。

[1]建筑樁基技術規(guī)范[S].JGJ94-2008.

[2]建筑地基處理技術規(guī)范[S].JGJ79-2012.

[3]城鎮(zhèn)道路工程施工與質量驗收規(guī)范[S].CJJ1-2008.

[4]城市橋梁工程施工與質量驗收規(guī)范[S].CJJ2-2008.

[5]給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范[S].GB50268-2008.