水泥攪拌樁在高填方軟基路段的探索與應用

羅吉慶

(廣東高恩高速公路有限公司， 廣州 510600)

水泥攪拌樁是高速公路建設軟土地基處理方法中應用最廣泛的樁型之一[1-5]，多用于填土高度小于7 m的填土軟基路段[6]，在高填土軟基路段的應用缺乏經驗。本文以佛山高明至江門恩平高速公路K20+076～K20+513段復合地基處理為例，對高填方水泥攪拌樁的應用進行有益探索。

1 工程概況

高恩高速公路K20+076～K20+513段路基填土高度8.6 m～14.4 m，軟基主要為淤泥、淤泥質土，軟土分布面積約33 828 m2，軟土埋深0.2 m～7.1 m，厚度2.1 m～6.7 m，平均厚度5.47 m。根據(jù)地勘報告[7]，各地層的力學指標如表1所示，地質情況如圖1所示。

單位：m

表1 各地層工程特性指標取值

2 施工方案

2.1 方案比選

K20+076～K20+513段路基原設計為一般路基段，經地質補勘揭示該段范圍存在軟土。為確保軟基處理方案合理、經濟、安全及適用，項目組組織專家對該段軟基處理方案進行了深入研究，并對換填、塑料排水板、雙向水泥攪拌樁、素混凝土樁、管樁方案進行比選。各方案的比選結果如表2所示。通過比選，統(tǒng)籌考慮工期、造價，最終選擇水泥攪拌復合樁方案作為該段軟基處理的施工方案。

表2 K20+076～K20+513段軟基處理方案比選

2.2 推薦方案穩(wěn)定性驗算

依據(jù)相關規(guī)范[8-10]，采用理正軟件選取最不利斷面K20+200，如圖2所示，計算參數(shù)如表1、表3、表4所示。

表3 各地層樁基設計參數(shù)建議值 kPa

表4 K20+200斷面主要基礎數(shù)據(jù) m

單位：m

1) 穩(wěn)定性驗算結果

計算結果如表5所示，路基穩(wěn)定系數(shù)>1.2，滿足規(guī)范[8]要求。

2) 沉降驗算結果

路基沉降計算結果如表6所示，路基工后沉降<0.3 m，滿足規(guī)范[8]要求。

3) 單樁承載力及復合地基承載力驗算結果

計算結果如表7所示，按路基上部荷載計算，復合地基承載力滿足要求。

表5 路基穩(wěn)定性計算結果

表6 路基沉降計算結果

表7 單樁承載力及復合地基承載力計算結果

注：路基承載力要求參照《湖南省公路工程路基地基承載力觸探試驗暫行規(guī)定(試行)》；同時廣東省涵洞標準圖中，填土高度12 m～14 m的4 m×4 m蓋板涵洞地基承載力基本容許值要求大于180 kPa?？紤]到涵洞對路基承載力的要求較路基大，故表7中要求路基承載力大于155 kPa。

3 施工工藝確定

為確保擬定施工方案的可行性，在大規(guī)模開工前，需確定合理的施工參數(shù)、驗證水泥攪拌樁的成樁效果，為此，對不同水泥用量、樁徑、施工工藝等共7種方案進行了試樁試驗，成樁后經抽芯、檢測單樁承載能力和復合地基承載能力，結果如表8所示。最終確定施工工藝和參數(shù)如下：樁直徑0.5 m、間距1.2 m，梅花型布設；樁長7.5 m，上部3.5 m采用“四攪三噴”、水泥摻量80 kg/m；下部4 m采用“兩攪兩噴”、水泥摻量60 kg/m。

4 施工過程

4.1 水泥漿制備

水灰比控制約0.6、比重1.734，水泥漿攪拌時間不少于4 min，漿液需隨拌隨用，且備用漿不超過2 h。

4.2 鉆機就位

樁基首先要對中，然后調整鉆桿的垂直度，且<1%，樁位偏差≤5 cm[6]。

表8 試樁情況

4.3 鉆進施工

鉆進、提升速度按0.8 m/min控制。具體施工順序為：1) 鉆進至設計樁長，下鉆過程邊攪拌邊噴漿，噴漿40.5%；2) 提升鉆機至樁頂，提升過程邊攪邊噴漿，噴漿40.5%；3) 重新鉆進至樁頂下3.5 m，下鉆過程只攪拌不噴漿；4) 再次提升至樁頂，提升過程邊攪邊噴漿，噴漿19%，一根樁施工完成。

5 檢測與監(jiān)測

5.1 芯樣檢測與荷載試驗

根據(jù)GDJTG/T E01—2011《廣東省公路軟土地基設計與施工技術規(guī)定》，對K20+076～K20+513段27 741根水泥攪拌樁按0.5%比例隨機抽取并進行取芯檢測[11]，按0.1%比例進行復合地基靜力荷載試驗。完成的140根抽芯樁中，樁身均勻性好的38根、一般的97根、差的5根；完成的31根復合基地靜力荷載試驗樁中，有8根樁f極限≥1.6fspk(f極限為極限荷載，fspk為設計承載力特征值)，有20根樁f極限≥2fspk，有3根樁因試驗過程中變形超過上一級荷載的5倍，根據(jù)DBJ 15-60—2008《建筑地基基礎檢測規(guī)范》[12]規(guī)定終止了試驗。根據(jù)水泥攪拌樁特點，應重點關注樁身的完整性、強度及樁長，并結合極個別試驗樁單樁承載力不滿足要求的實際情況，經進一步驗算，該段路基穩(wěn)定的安全系數(shù)為1.443，滿足規(guī)范要求。

5.2 軟基監(jiān)測

5.2.1 監(jiān)測方案

為指導路基填筑施工速率，保障路基安全穩(wěn)定，同時驗證方案的可行性，施工過程中對該段軟基進行了專項監(jiān)測。內容包括地表沉降、位移邊樁、深層水平位移、分層沉降、土壓力。根據(jù)路基填高、軟土分布厚度與性質，監(jiān)測斷面如表9所示，測點布置如圖3所示，監(jiān)測頻率如表10所示。

5.2.2 定值參考指標判斷

綜合國內工程實例[13-17]和相關規(guī)范，本項目確定的沉降控制標準如表11所示。

表9 監(jiān)測斷面

圖3 監(jiān)測斷面測點布置

表10 監(jiān)測頻率

表11 監(jiān)控控制標準

5.2.3 監(jiān)測結果分析

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，該軟基段實際最大變形出現(xiàn)在K20+150斷面處，本文選用該斷面檢測數(shù)據(jù)對路基穩(wěn)定性進行判斷。除個別階段因填土速度過快導致沉降速率較大外，其余時期沉降均能控制在標準范圍內。高恩高速于2019年4月3日通車，通車前后1年多的位移沉降數(shù)據(jù)如圖4所示。由圖4可知，路基處于穩(wěn)定狀態(tài)，進一步驗證該段水泥攪拌樁復合地基綜合處理方案可行。

圖4 K20+150斷面沉降速率曲線

6 結束語

本文以高恩高速公路K20+076～K20+513段軟基處理為例，系統(tǒng)介紹了施工方案、施工工藝、成樁試驗檢測、軟基路段監(jiān)測，得出以下主要結論：

1) 通過方案比選可知，水泥攪拌樁復合地基處理方案施工工藝簡單、易于質量控制、造價較低，是軟基處理最有利的方法，因此推薦使用該方案。

2) 通過工藝優(yōu)化，根據(jù)土層上下地質情況差異提出了上部3.5 m采用“四攪三噴”、水泥摻量80 kg/m，下部4 m采用“兩攪兩噴”、水泥摻量60 kg/m的新施工方案，既滿足了樁身完整性要求，又節(jié)約了造價。

3) 通過對推薦施工方案樁基穩(wěn)定性驗算、成樁芯樣檢測、單樁承載力及復合地基承載力驗證，并對軟基路段填土過程中的位移、地表沉降、土壓力進行動態(tài)監(jiān)測。結果表明，水泥攪拌樁復合地基處理方案(含反壓護道)可適用于填土高度8 m～14 m的高填方軟基路段。