超高含水率淤泥地質攪拌樁成樁試驗研究

李俊峰

（華設設計集團股份有限公司廈門分院，福建廈門361000）

0 引言

近年來，隨著吹填造地區(qū)項目增多，眾多大面積的淤泥軟土地基處理被投入使用。由于剛吹填的造地區(qū)，吹填淤泥含水量高，機械無法進場施工。根據(jù)以往經(jīng)驗，主要是先由造地工程對整個地塊進行預處理（如真空預壓），滿足機械上場條件后，再由各個地塊根據(jù)相關標準進行二次地基處理。而對于在吹填造地未進行地基處理的基礎上（未進行真空預壓）直接采用攪拌樁一次性處理到位的案例較少。因此結合某道路的地基處理，并選擇了非常規(guī)的機械設備浮筒式攪拌樁（可直接在吹填流泥區(qū)進行施工作業(yè)，不受施工條件限制），進行了試樁工程，并依據(jù)現(xiàn)場試驗檢測情況，綜合評判浮筒式攪拌樁在道路地基一次性處理的可行性。

1 工程概況

該道路為片區(qū)主干路，要求運行速度不可超過60km/h，道路紅線寬43m。主要建設內容包括道路工程、管線綜合等市政配套設施。

2 地形地貌與地質特征

該道路沿線現(xiàn)狀場地主要為農田、吹填區(qū)。其中K1+673～K2+760 位于吹填區(qū)，場地內原始地貌是海灣灘涂，標高設定在-1.0～0.5m 范圍內現(xiàn)已完成淤泥吹填工作，標高增高至5.5m，多數(shù)淤泥呈流塑狀態(tài)，施工機械難以進場。

根據(jù)鉆探揭露，K1+673～K2+760 段，吹填淤泥厚度為3.5～5.2m，下伏淤泥1.6～5.0m，軟土總厚度為5.1～10.2m。擬建場地巖土體的分布及特征按埋藏順序分述如下：

吹填淤泥③a：該層沿線吹填造地區(qū)部分鉆孔有分布，厚度為1.60～5.20m。呈灰黑色，含水量約在80%～100%范圍，飽和，流塑狀，成分由黏、粉粒組成，混10%～35%石英中、細砂，見貝殼碎屑等。原狀芯樣搖振無反應，屬高壓縮性土，力學強度低。

主要地層巖土設計參數(shù)表，詳見表1。

表1 巖土設計參數(shù)表

3 試樁

3.1 試樁目的

3.1.1 確定浮筒式水泥攪拌樁是否能在吹填的淤泥（超高含水量）上成樁。

3.1.2 提出合理的設計參數(shù)、施工工藝，為道路及類似工程提供設計依據(jù)。

3.2 試樁區(qū)域選擇

此次吹填淤泥工作涵蓋三種形態(tài)：軟塑狀、流塑狀吹和流泥。對比流泥狀態(tài)，含水量最差，約為100%，而流塑狀的含水量高達78%，軟塑狀約為60%，且下伏原狀淤泥含水量數(shù)值為65%(見表2)。

表2 試樁區(qū)域位置

1 號塊主要為流塑狀吹填淤泥與原狀淤泥，軟土厚度較薄，地質條件較好；且離周邊進場的道路較遠，不便于材料進場運輸，試樁造價較高。

2 號塊涵蓋了所有淤泥的狀態(tài)，地質條件最差。

3 號塊主要為軟塑狀吹填淤泥、流塑狀吹填淤泥與原狀淤泥，地質條件次之。

因此工程試樁區(qū)域選擇比較有代表性且便于施工入場條件段進行試樁，為此后續(xù)試樁在軟土條件最差、且便于施工的部位靠近便道的2 號及3 號地塊開展，地質剖面詳見圖1。

圖1 地塊地質剖面

經(jīng)水泥攪拌樁施工工藝對比，考慮常規(guī)的攪拌樁無法進入吹填造地區(qū)，因此此次采用浮筒式攪拌樁施工工藝。在施工項目中，軟土層整體水量較高，孔隙比大，很容易被壓縮，更加靈敏，依據(jù)地基處理經(jīng)驗，結合專業(yè)性的特征分析，可選用大直徑固化樁混合水泥的策略，樁徑設定為1m，應用四攪兩噴的施工工藝。

3.3 試樁參數(shù)及要求

水泥攪拌樁的處理深度參數(shù)設計標準，最大處理深度為13m。對于該工程中，水泥攪拌樁使用浮筒式施工策略，具體的試樁要求是：

3.3.1 試樁水泥攪拌樁中原材料使用普通硅酸鹽水泥，強度等級為42.5 級，水灰比設定為0.7，水泥摻量為18%、20%。

3.3.2 外摻劑選擇中，依照室內試驗結果，相應的予以增添。

3.3.3 強度要求中，水泥攪拌樁單樁直徑在0.8m 的，實際承載力超過12 噸。隨著水泥攪拌樁直徑增大，承載力相應提升，此時復合地基承載力超過80kPa。要求樁體水泥土，室內無側限抗壓強度高于0.8MPa 標準，現(xiàn)場施工強度也應在0.6MPa 以上[1]。

綜上所述，此次攪拌樁試樁的位置、樁徑、間距及根數(shù)等參數(shù)詳見表3。

表3 試樁參數(shù)表

4 檢測

4.1 室內水泥試塊試驗

此次選取不同的水泥摻入量，進行室內配合比試驗（見圖2），完成相應的無側限抗壓強度數(shù)據(jù)統(tǒng)計（見表4）。對于水泥摻入比分類設定，結合圖表內容，不同配比的水泥固化吹填土強度各不相同，均超過0.8MPa。由于現(xiàn)場施工水泥攪拌情形特殊，與室內相比，均勻性可能受到限制，可能折減現(xiàn)場強度數(shù)值，一般情況下，折減率為1/2，如果預計現(xiàn)場目標強度為0.6MPa，選擇18% 或20% 的配比完成現(xiàn)場試樁工作。

表4 無側限抗壓強度表

圖2 室內混凝土試塊

4.2 標貫-樁身質量

標貫是根據(jù)錘擊數(shù)來推定土的力學特性的一種原位試驗方法。根據(jù)打入的錘擊數(shù)，檢驗樁體強度沿深度變化情況及均勻性。

此次選取了3-20-100-220-1 試驗樁進行標貫試驗。根據(jù)相關文獻的經(jīng)驗公式，錘擊數(shù)N=30 時，強度能達到1.0MPa 左右，從表5 可知，不同深度的水泥攪拌樁錘擊數(shù)N 均為50 擊以上，強度大于設計要求。

表5 水泥攪拌樁標貫擊數(shù)

4.3 鉆芯法檢測樁身強度

根據(jù)表6 及圖3 可知，浮筒式水泥攪拌樁28d 強度均＞0.6MPa，滿足水泥土強度設計等級的要求。

圖3 水泥攪拌樁取芯

表6 水泥攪拌樁芯樣強度檢測結果

4.4 單樁豎向靜載荷試驗

通過分散豎向的荷載，確保單樁受力是均勻的，進行單樁變形觀測，知曉分級荷載特點，隨著沉降速率逐步穩(wěn)定，每增加一級荷載施加，探究不同荷載下的單樁樁頂沉降效果，完成靜載試驗的Q—s 曲線和s—lgt 輔助曲線圖繪制，從而結合曲線公式，推算單樁豎向抗壓承載力特征值，具體結果詳見圖4、表7。

圖4 單樁承載力曲線圖

表7 水泥攪拌樁單樁承載力檢測結果

4.5 復合地基豎向靜載荷試驗

將總豎向荷載進行分級施加，由多樁復合地基予以承擔，相應的觀察并測量復合地基的變形效果，隨著沉降速率達到穩(wěn)定標準后，再施加下一級荷載，實際檢測復合地基的不同荷載沉降表現(xiàn)，完成曲線繪制，從而推算出復合地基的承載力特征值[2]，具體結果詳見表8。

表8 水泥攪拌樁復合地基承載力檢測結果

從表8 及圖5 可知，浮筒式水泥攪拌樁單樁承載力和復合地基承載力均滿足設計要求。

圖5 復合地基承載力曲線圖

5 結語

經(jīng)對試樁結果進行檢測，證明在吹填造地區(qū)未經(jīng)真空預壓預處理而直接實施水泥攪拌樁，工藝可行，檢測合格。浮筒式攪拌樁作為吹淤造地區(qū)中道路軟基處理的核心組成，建設工期短，施工速率較高，具有極佳的經(jīng)濟性，與傳統(tǒng)方式相比，處理效果更好，對此廣泛的使用浮筒式攪拌樁，提升軟基處理的可行性，成為吹填土地基處理的一種優(yōu)選方案。