深厚泥漿池預(yù)應(yīng)力管樁與就地固化復(fù)合路基施工技術(shù)

梁建鋒，黃擎洲, 李富有, 王新泉, 魯 海, 郭玲敏

(1.紹興市交通工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，浙江紹興 312000；2.浙江華恒交通建設(shè)監(jiān)理有限公司，浙江紹興 312000；3.浙江大學(xué)城市學(xué)院，浙江杭州 310015；4.臨海市交通工程建設(shè)有限公司，浙江臺(tái)州 317000)

由于泥漿池超軟土的特性，使得泥漿池地區(qū)路堤存在沉降、失穩(wěn)等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了公路的質(zhì)量與壽命，加大了公路的維護(hù)成本。通常采用換填方法處理泥漿池軟土，挖除影響路基穩(wěn)定性的軟弱土，回填穩(wěn)定性好的土、石并壓實(shí)，形成性能良好的人工地基[1-2]。但換填處理對(duì)場(chǎng)外砂石材料需求量大，因國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)的日益重視，對(duì)山區(qū)、河道的砂石開(kāi)采工作越來(lái)越嚴(yán)格地控制，砂石材料日漸緊缺且來(lái)源困難，成本逐年增加。另外，換填產(chǎn)生的廢土通常被運(yùn)出并堆放至其他場(chǎng)地，造成土地占用和環(huán)境污染。為了解決換填材料緊缺，減少棄土開(kāi)挖、堆放等問(wèn)題，目前存在一種既滿(mǎn)足地基承載力要求又方便施工的軟土處理方法，即土體就地固化。土體就地固化是通過(guò)設(shè)備將固化劑與原位土就地?cái)嚢?，改良后的軟弱土形成一定厚度和?qiáng)度的人工硬殼層。該方法可使人工硬殼層快速成型，具有節(jié)約工期、無(wú)棄土、無(wú)換填等優(yōu)點(diǎn)，符合資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)要求。

為此，通過(guò)淺層固化形成硬殼層，形成力學(xué)強(qiáng)度更好的土層，解決了換填法帶來(lái)的弊端，諸多國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此開(kāi)展相關(guān)研究[5-10]。但是，通過(guò)單一的淺層固化處理，尚不能形成完整的路堤承載體系，路堤結(jié)構(gòu)依舊不夠完善，承載力水平尚未達(dá)到深層處理目的。而本文針對(duì)深厚泥漿池公路工況，聯(lián)合應(yīng)用預(yù)應(yīng)力管樁與就地淺層固化處理深層泥漿池軟基，可改善施工作業(yè)環(huán)境，提高硬殼層的板體承載性能，同時(shí)由于硬殼層的存在，改善了樁土荷載傳遞，樁土作用得到充分發(fā)揮，可適當(dāng)減少樁的布置，從而降低造價(jià)。

本文針對(duì)該技術(shù)開(kāi)展施工技術(shù)研究，對(duì)于完善深厚泥漿池路堤結(jié)構(gòu)，尤其是預(yù)應(yīng)力管樁+就地固化形成完整的復(fù)合地基承載體系，改進(jìn)其施工方法，具有重要的工程意義。

1 工程概況

本文依托紹興地區(qū)錢(qián)清至濱海工業(yè)區(qū)公路工程，項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，相繼發(fā)現(xiàn)了三處大型泥漿池，為紹興市水利圍墾綜合開(kāi)發(fā)場(chǎng)為柯橋區(qū)建設(shè)的建筑泥漿堆放場(chǎng)，泥漿池現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示，泥漿堆放場(chǎng)由低洼塘地帶進(jìn)一步深挖改造而成，泥漿池段在定測(cè)階段仍處于封閉狀態(tài)，現(xiàn)狀為積水水塘。泥漿含水量68.8 %～91.5 %，錐尖阻力為0.01～0.05MPa，側(cè)壁摩阻力為0.1～0.6kPa，壓縮性極高，靜壓可進(jìn)，腳踩易陷入。

其中，2號(hào)泥漿池長(zhǎng)約295m，寬約303m，總占地約9.3萬(wàn)m2，其中6標(biāo)主線(xiàn)K30+380～K30+400段路基及7標(biāo)主線(xiàn)K30+400～K30+675段路基、連接線(xiàn)II的Lk0+000～Lk0+080段路基位于泥漿池。根據(jù)補(bǔ)勘成果，泥漿池頂板標(biāo)高一般為4.74～4.99m，底板標(biāo)高-4.36～-6.16m，路線(xiàn)范圍內(nèi)泥漿池厚度約10～12m，泥漿層下部為粉土層、粉砂層、淤泥質(zhì)黏土層。

由于成本控制和規(guī)劃設(shè)計(jì)，不能夠全部修建橋梁或換填處理，采用就地淺層固化與預(yù)應(yīng)力管樁聯(lián)合應(yīng)用處理路基，泥漿池的寬度(約300m)遠(yuǎn)大于路基的寬度(39m)，路基的全部斷面位于泥漿池內(nèi)。

圖1 泥漿池現(xiàn)場(chǎng)

2 處理方案

泥漿池范圍內(nèi)全部為路基，包括主線(xiàn)與連接線(xiàn)的平交口，主要采用就地固化+預(yù)應(yīng)力管樁形式形成復(fù)合地基，處理范圍至路基坡腳外15m左右，并在最外側(cè)采用水泥攪拌墻+拋石護(hù)腳對(duì)路基進(jìn)行保護(hù)，結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

就地固化硬殼層：固化層的設(shè)計(jì)厚度為3m，固化范圍為路基坡腳向外延伸15m，采用含量為9 %的粉劑固化劑，其主要成分為水泥、礦渣和少量穩(wěn)定劑，具體配比由室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)合確定，施工前選取典型區(qū)域進(jìn)行試驗(yàn)，以確定合理的固化劑摻量和固化厚度，確保承載力要求。

預(yù)應(yīng)力管樁：采用機(jī)械連接先張法預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁，或先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，每根管樁包括接樁和開(kāi)口(閉口)型樁尖。

管樁樁長(zhǎng)16m(樁長(zhǎng)可根據(jù)施工時(shí)實(shí)際情況調(diào)整，確保進(jìn)入持力層不小于4m)；路基坡腳范圍內(nèi)樁間距2.5m，正方形布置，路基坡腳外15m范圍樁間距3m，梅花形布置；樁頂樁帽尺寸為1.5m×1.5m×0.35m，樁帽施工時(shí)樁位置處硬殼層向下開(kāi)挖35cm進(jìn)行樁帽施工。

水泥攪拌墻+坡腳拋石護(hù)腳：沿固化邊界處外圍設(shè)置兩排水泥攪拌樁，兩相鄰水泥攪拌樁搭接0.1m，樁長(zhǎng)16m，樁長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定，確保進(jìn)入持力層不小于4m。水泥攪拌墻外圍進(jìn)行拋石護(hù)腳，頂寬約2m左右，深度3m。水泥攪拌墻+坡腳拋石護(hù)腳宜在路基完成預(yù)壓后進(jìn)行。

路基填筑預(yù)壓：在路基范圍內(nèi)管樁頂部依次鋪設(shè)一層土工格室、填筑30cm碎石墊層、一層土工格室、50cm清宕渣墊層，然后填筑路基。預(yù)壓采用超載預(yù)壓，預(yù)壓填筑標(biāo)高為：路面設(shè)計(jì)頂標(biāo)高+1m；預(yù)壓期為6個(gè)月，預(yù)壓期間每沉降25cm應(yīng)及時(shí)補(bǔ)方。

圖2 路堤結(jié)構(gòu)示意

3 施工流程及工藝

(1)目前泥漿池水深約0.6m，施工前在路基兩側(cè)坡腳外圍15m寬度范圍進(jìn)行填土，形成土圍堰，然后對(duì)圍堰內(nèi)進(jìn)行抽水，考慮到泥漿變形較大，填筑厚度按1.5m計(jì)，實(shí)際施工中按填土標(biāo)高高出水位20cm控制。

(2)劃分區(qū)域。對(duì)路基兩側(cè)坡腳外圍15m寬度范圍進(jìn)行固化，將固化區(qū)域放樣劃分為5m×6m左右的處理單元。

(3)ALLU設(shè)備就地固化攪拌，路基兩側(cè)坡腳外圍15m寬度范圍固化后，再對(duì)路基范圍內(nèi)抽水、固化(圖3、圖4)。

圖3 固化施工

圖4 攪拌頭

(4)養(yǎng)護(hù)：固化完成后，養(yǎng)護(hù)28d形成硬殼層(圖5)。

圖5 固化形成硬殼層

(5)預(yù)應(yīng)力管樁打設(shè)：按設(shè)計(jì)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管樁施工，樁帽施工時(shí)應(yīng)先向下開(kāi)挖至樁頂再進(jìn)行，兩側(cè)保護(hù)區(qū)內(nèi)填土50cm厚，路基范圍內(nèi)樁頂鋪設(shè)一層土工格室，然后填筑30cm碎石墊層，再鋪設(shè)一層土工格室，填筑50cm清宕渣墊層(圖6、圖7)。

圖6 預(yù)應(yīng)力管樁樁帽

圖7 土工格室與碎石墊層施工

預(yù)應(yīng)力管樁施工控制要點(diǎn)：

①在大面積施工前開(kāi)展成樁工藝試驗(yàn)，不少于3根，打設(shè)7天后采用靜載荷試驗(yàn)確定單樁承載力極限值。要求單樁承載力特征值不小于70kN。

②固化養(yǎng)護(hù)完成后，樁帽區(qū)域先進(jìn)行開(kāi)挖，開(kāi)挖深度為樁帽厚度(35cm)，再進(jìn)行樁的打設(shè)。

③通過(guò)錘擊法打設(shè)管樁，打設(shè)推進(jìn)順序?yàn)椋嚎v向從泥漿池邊緣向泥漿池內(nèi)部，橫向從路基中心線(xiàn)向路基兩側(cè)。

④打設(shè)時(shí)應(yīng)注意持力層頂面高程的變化，及時(shí)調(diào)整樁長(zhǎng)，確保管樁進(jìn)入持力層不小于4m。最大壓樁力不得小于單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

(6)路基填筑、預(yù)壓。

(7)水泥攪拌樁：路基預(yù)壓完成后，進(jìn)行外側(cè)水泥攪拌墻的施工，外側(cè)拋石應(yīng)在攪拌樁養(yǎng)護(hù)28d后進(jìn)行，并注意對(duì)攪拌樁的保護(hù)。

4 技術(shù)特點(diǎn)

本文依托深厚泥漿池的公路工程建設(shè)，結(jié)合預(yù)應(yīng)力管樁與淺層固化的各自技術(shù)特點(diǎn)，提出兩者聯(lián)合應(yīng)用的新型復(fù)合地基，具有以下優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)：

(1)提出的預(yù)應(yīng)力管樁與就地固化復(fù)合地基及施工方法，能夠解決深厚泥漿池范圍內(nèi)路堤的加固問(wèn)題，有效減少路堤的不均勻沉降及側(cè)向變形。

(2)該方法可使人工硬殼層快速成型，具有節(jié)約工期、無(wú)棄土、無(wú)換填等優(yōu)點(diǎn)，符合資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)要求。

(3)聯(lián)合應(yīng)用預(yù)應(yīng)力管樁與就地淺層固化處理深層泥漿池軟基，可改善施工作業(yè)環(huán)境，提高硬殼層的板體承載性能，同時(shí)由于硬殼層的存在，改善了樁土荷載傳遞，樁土作用得到充分發(fā)揮，可適當(dāng)減少樁的布置，從而降低造價(jià)。

5 結(jié)束語(yǔ)

江浙地區(qū)池塘、泥漿池、淤泥等不良地質(zhì)廣布，在這種地質(zhì)條件下建設(shè)公路工程，修筑橋梁造價(jià)高昂且存在技術(shù)浪費(fèi)，采用換填、擠淤工作量較大，耗費(fèi)較多材料，且換填出淤泥的堆放影響市政形象。在這種情況下，采用預(yù)應(yīng)力管樁淺層固化復(fù)合地基，可緩解成本、工期、市政需求等建設(shè)壓力，該技術(shù)尤其適用于表層土軟弱、深厚、廣布的公路工程，該施工技術(shù)體系具有良好的技術(shù)效益和工程實(shí)踐意義。