水泥攪拌樁在軟基工程中的應用研究

李 偉 史宏彥

(1.廣東省南粵交通揭惠高速公路管理中心 揭陽 522000； 2.廣東工業(yè)大學土木與交通工程學院 廣州 510080)

1 項目概況

1.1 工程概況

揭陽至惠來高速公路(以下簡稱“揭惠高速”)在樁號K24+230處與廈深鐵路交叉。目前廈深鐵路已通車。廈深鐵路梁底標高為珠江基準高程8.75 m左右，高速公路的凈空要求需達到5.0 m以上，揭惠高速公路的路基設計標高為2.65～2.95 m，必須留足高速公路凈空要求，凈空不足將影響高速公路的行車安全及廈深鐵路的運營安全。北港運河河堤與廈深鐵路較近，且河堤標高約4.8 m，因此,公路主線的設計標高低于目前河堤標高，原有河道無法滿足泄洪及灌溉要求，河道需要改移，改河長度約1.2 km。

1.2 氣象水文

區(qū)內氣候溫和，雨量充沛，地表徑流對坡面、坡腳的沖刷較大；大氣降水為地下水主要補給來源；地下水主要類型為孔隙水及基巖裂隙水，孔隙水主要賦存于第四系松散層中，含水量隨季節(jié)變化；基巖裂隙水賦存于巖石裂隙中，其透水性及賦水性較差，地下水以側向滲流的形式向溝谷排泄。

1.3 區(qū)域地質

根據鉆孔揭露的巖土層，場區(qū)覆蓋層由耕植土、淤泥質粉質黏土、沖積相黏性土、砂土層及海陸交互相淤泥質粉質黏土等組成，根據鉆孔及靜力觸探孔資料顯示，淤泥質粉質黏土層底標高為-3.40～-5.60 m， 在-4.60～-6.0 m分布一層粉砂夾粉質黏土夾層。場地巖土分布情況：

素填土(Qml)：土黃色，稍濕，略經壓實，以粉質黏土為主，厚度1.50～2.50 m。

雜填土(Qdl)：灰黃色，濕，欠壓實，主要為碎石及砂礫，厚度為0.50 m。

耕植土(Qpd)：土黃色，飽和，流塑，含多量植物根系，黏性較好,厚度0.50～1.00 m。

2 軟基處理方案

河底標高為-1.3 m，堤身填高為8.2 m，河底開挖、堤身填筑完成后臨空面高差為9.5 m，擬采取水泥攪拌樁置換的方式，對堤身位置基底軟基進行加固處理。

2.1 復合地基 c，φ值

1) 樁體參數。cp= 100 kPa，φp=30°。

2) 水泥土參數計算。水泥土的抗剪強度隨抗壓強度的增長而升高，依據類似工程試驗數據，水泥土的黏聚力c、內摩擦角φ較原狀土有較大提高。水泥攪拌樁處理后，形成的復合地基的c、φ值按如下公式計算：

c=(1-m)c1mcp

c=(1-m)c2mcp

二化螟的越冬蟲源主要來自稻草，因此稻草處理是防治二化螟的關鍵。將前一年的稻草處理掉，或在這個時期對剩余稻草進行白僵菌封垛處理，這樣可以消滅大部分越冬蟲源，減輕當年病害的發(fā)生。

φ=arctan[(1-m) tanφs+mtanφp]

式中：m為樁相對于原狀土體的置換率，按迎水坡水泥攪拌樁采用等邊三角形樁體布設，間距 1.5 m，樁徑 500 mm，求得m=0.16。

攪拌樁置換后軟土土層物理指標見表1。

表1 攪拌樁置換后軟土土層物理指標 kPa

2.2 穩(wěn)定計算

2.2.1方案一：水泥攪拌樁+灌注樁

先施工平臺至3.0 m，在迎水側施工灌注樁，背水坡施打水泥攪拌樁共11排，按堤頂寬度2 m，前坡1∶2、后坡1∶2填筑至6.2 m高程，方案一施工示意見圖1。

圖1 方案一施工示意(單位：高程，m；尺寸，mm)

在3.00 m馬道附近設置樁徑0.5 m，樁長約12 m，樁距1.2 m的水泥攪拌樁，以增加復合地基的承載力與抗剪強度[3-4]。在迎水坡馬道3.0 m處增設一排灌注樁，樁徑1 m，樁距1.6 m，樁長約23 m，樁間設長度13 m、直徑0.6 m的水泥攪拌樁，樁頂冠梁1.0 m×0.8 m。滿足規(guī)范要求的灌注樁樁長見表2。

表2 樁長計算表 m

2.2.2方案二：水泥攪拌樁+水泥土墻

在3.00 m馬道附近設置樁徑0.5 m，樁長約13 m，樁距1.2 m的水泥攪拌樁，以增加復合地基的承載力與抗剪強度。施工示意見圖2。迎水坡馬道降至2.0 m高程處，在馬道后3.0 m處增設1組厚3.3 m的格柵式水泥土墻，樁徑0.6 m，樁距0.45 m，樁長約13 m，上部采用0.2 m厚C20鋼筋混凝土板連接，墻后采用水泥攪拌樁置換。

圖2 方案二施工示意(單位：高程，m；尺寸，mm)

水泥土墻采用墻后攪拌樁置換樁后4-1淤泥質土、4-0粉質黏土、4_0粉質黏土3層軟土，采用水泥土墻支護基坑的原理進行復核計算。

2.3 方案比選

結合方案一、方案二計算，綜合投資、工期等方面進行比較，結果見表3。

表3 方案比選

綜合比較本工程選取方案二。

3 動態(tài)監(jiān)測

3.1 監(jiān)測目的

監(jiān)測是保證軟基等巖土工程安全的重要技術手段之一，它既是軟基工程設計、施工和運行的重要組成部分，又是具有獨立系統(tǒng)的“監(jiān)測工程”。監(jiān)測軟基在施工、運行過程中的變形情況，將為保證工程安全的各項決策提供科學依據，為修改設計、指導施工提供基本的數據資料[1-2]。

3.2 監(jiān)測點布置

對于改河路段，每隔50～100 m設置一個觀測斷面，河道兩側路堤各設置2塊沉降板，沉降板埋設于路肩；對附近揭惠高速主線馬望大橋橋墩附近土體進行深部位移觀測，以了解河道路堤施工過程中橋墩附近深部土體的位移情況。監(jiān)測點布置示意見圖3。

圖3 監(jiān)測點布置示意

3.3 監(jiān)測頻率

填土期1次/d，填土間歇期1次/3 d，填土完成后第2-3月為1次/周，填土完成第4個月-結束為1次/半月。若變形明顯加大，應持續(xù)監(jiān)測。

3.4 監(jiān)測成果

根據設計要求，施工過程實行了動態(tài)監(jiān)測，主要監(jiān)測項目成果如下。

沉降監(jiān)測。在河堤軟基處理完成開始填土后，對河堤監(jiān)測斷面進行了繼續(xù)監(jiān)測，右側河堤最大沉降位于XKZ0+600右幅斷面中間沉降板，累計沉降量為213.3 mm，右側2個監(jiān)測斷面在監(jiān)測期內沉降速率未發(fā)現異常情況；左側河堤最大沉降位于XKZ0+600左幅斷面中間沉降板處，累計沉降量為209.4 mm，XKZ0+600左幅監(jiān)測斷面中間沉降板在9月27號監(jiān)測過程中發(fā)現沉降速率增大明顯，達到11.5 mm/d，隨后28號、29號跟蹤觀測數據顯示沉降速率收斂較快，分別為2.7，3.4 mm/d，其余監(jiān)測斷面監(jiān)測期內未發(fā)現異常情況。

橋墩附近土體深層位移監(jiān)測。揭惠高速主線橋墩附近土體深部位移監(jiān)測數據顯示，橋墩附近土體深部在河堤填筑過程中有一定的擠壓位移，目前累計最大深部位移位于XKZ0+600右幅對應的橋墩處，最大累計位移量為23 mm(4 m深度處)，監(jiān)測期內變形速率較小，未出現較大的瞬時變形增量，基本穩(wěn)定。監(jiān)測結果示意見圖4、圖5。

圖4 XKZ0+600左幅路基累計沉降時間曲線圖

圖5 XKZ0+600右側路基監(jiān)測孔A向深層位移圖

4 結語

通過揭惠高速軟基設計施工實例，結合深層位移及沉降監(jiān)測數據發(fā)現，攪拌樁處理方式在軟基加固及基坑支護中的應用效果較好，河堤填筑到設計高程時，臨水側的穩(wěn)定安全系數滿足規(guī)范要求，背水側的穩(wěn)定安全系數大于1.0?，F有規(guī)范對開挖邊坡中的攪拌樁采用復合地基設計和計算分析與攪拌樁實際受力和破壞模式出入較大。雨季施工時的滲流和土體軟化對河道邊坡穩(wěn)定性影響較大。

須進一步研究軟土地基被攪拌樁處理置換后物理力學指標變化情況，該指標對確定堤身穩(wěn)定性分析有一定影響。

從監(jiān)測數據可以看出，河堤在填筑過程中一直保持勻速沉降趨勢，期間有一次較大的沉降增加隨后較快收斂，隨著填筑高度的增加，沉降趨勢越來越明顯，附近主線橋墩旁深層土體位移變形速率一直較小，說明河堤填土施工對此處土體有一定擠出效應但不明顯。從整個監(jiān)測過程可知，在軟基路段填土施工時宜嚴格控制每層填土厚度和填土速率，按薄層輪加法進行填筑，一般每層填土控制在30 cm以內且填土間隔時間以7 d為宜[3-4]。

[1] 李彰明.軟土地基加固的理論、設計與施工[M].北京:中國電力出版社,2006.

[2] 李偉.任意真空-堆載條件下砂井地基固結分析方法研究[D].廣州:廣東工業(yè)大學,2010.

[3] 謝康和.復合地基固結理論研究現狀與發(fā)展[J].地基處理,1993(3):1-14.

[4] 龔曉南.土工計算機分析[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2000.