懸浮水泥攪拌樁在高速公路深厚軟土地基處理中的應(yīng)用

陳少林

（廣東廣惠高速公路有限公司，廣東 廣州 510000）

隨著技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，軟土地基的處理方法日益豐富，其中水泥攪拌樁應(yīng)用較為廣泛，但其易受現(xiàn)場環(huán)境、機械等因素的限制，通常在加固深度超過12m后便難以取得良好的加固效果，但軟土地基的深度普遍在20m以上，導(dǎo)致其存在適用性不足的情況[1]。在此背景下，懸浮水泥攪拌樁復(fù)合地基處理方法應(yīng)運而生，成為適用范圍更廣的優(yōu)質(zhì)軟基處理方法。

一、工程概況

廣東深圳至廣西岑溪高速公路中山新隆至江門龍灣段改擴建工程，總長40.05km，設(shè)計時速120km，擬擴建為雙向八車道高速公路。其中，中江高速公路原路基橫斷面寬度為28.0m和24.5m，k32+225m～k32+300m段為路基寬度過渡段，由28m過渡至24.5m，經(jīng)過改擴建施工后單側(cè)加寬寬度分別為7.0m和8.75m。

二、單樁、復(fù)合地基、下臥地層的承載力計算

（一）單樁承載力特征值

組織荷載試驗確定具體數(shù)據(jù)，結(jié)合式（1）求得單樁承載力特征值Ra。

式中n為土層數(shù)；Upi為第i層土樁的周長；qsi為第i層土的側(cè)阻力特征值；li為第i層土的厚度；a為承載力折減系數(shù)；qP為地基承載力特征值；Ap為樁截面積。

按照式（2）計算可得單樁承載力為84kN。

（二）復(fù)合地基承載力特征值

組織荷載試驗確定具體數(shù)據(jù)，結(jié)合式（3）計算可得復(fù)合地基承載力特征值fspk。

式中m為面積置換率；為樁間土承載力折減系數(shù)；m為面積置換率；fsk為樁間土的承載力特征值（處理后）。

按照式（3）計算可得復(fù)合地基承載力特征值為120kPa。

（三）下臥層地基承載力

由于樁體長度范圍內(nèi)存在軟弱下臥層，為順利施工，需提前驗算該部分的地基承載力如式（4）所示。

式中ps、Pcs、fas分別為軟弱下臥層的頂面附加應(yīng)力值、頂面土的自重壓力值、頂面土的地基承載力特征值。

經(jīng)計算可得：

由計算結(jié)果可知，在采用懸浮水泥攪拌樁方法處理后，Ra和fspk均可滿足要求。此外，下臥層承載力驗算結(jié)果達標。該處理方法的應(yīng)用效果較好，具備可行性。

三、沉降量的計算

復(fù)合地基的沉降需要考慮兩個方面，一是復(fù)合地基加固區(qū)的沉降S1，二是加固區(qū)下臥層的沉降量S2。

S1的計算如式（5）式（6）所示。

式中為各分層中點的附加應(yīng)力；為各分層的初始厚度；Epsi為各分層的樁土復(fù)合壓縮模量；Ep為樁體壓縮模量；ESi為各分層的土體壓縮模量。

S2的計算采用分層總和法，根據(jù)所掌握的數(shù)據(jù)確定S2的具體值。

計算結(jié)果顯示，設(shè)置懸浮水泥攪拌樁可將工后沉降控制在7cm（一般路段對該值的要求為不超過30cm）。對比分析可知，懸浮水泥攪拌樁的加固效果較好。

四、水泥攪拌樁施工技術(shù)分析

（一）施工方法

水泥攪拌樁施工工藝原理如圖1所示。

圖1 水泥攪拌樁施工工藝原理示意圖

“四噴四攪”法的具體施工流程如下。

1.安排樁機入場，并置于指定點位安裝調(diào)試，觀察鉆桿旋轉(zhuǎn)、漿泵運行等各項動作均無異常后，方可投入使用。

2.在深層攪拌樁機到位后可啟用轉(zhuǎn)盤，該過程中需充分關(guān)注攪拌頭的轉(zhuǎn)動狀況，其狀態(tài)相對穩(wěn)定后方可下放鉆桿，全程同步攪拌。

3.在深層攪拌機頂攪下沉過程中，應(yīng)根據(jù)施工要求及時拌制足量的水泥漿，在壓漿施工前將制備好的漿液置入集料斗內(nèi)并啟用灰漿泵，隨后將漿液輸送至攪拌頭出漿口，從而實現(xiàn)頂攪下沉。

4.隨著下沉量的逐步增加，實測深度達標后邊噴漿攪拌邊提升鉆桿，形成均勻性較好的混合體，持續(xù)操作直至攪拌鉆頭提升至設(shè)計標高處為止。

5.按照流程3、4重復(fù)操作。

6.結(jié)束一根樁的施工后，需及時清理管路及攪拌頭內(nèi)殘留的泥漿，應(yīng)快速清理，避免凝固，再將施工設(shè)備移動至下一作業(yè)點位，開始另一根樁的施工。

（二）試樁

試樁作業(yè)的目的在于確定具體作業(yè)參數(shù)，為大面積施工提供依據(jù)。為保證試驗結(jié)果的可靠性，每個工點所選取的試驗樁數(shù)量至少為5根，必要時適當增加，得到可靠的試驗結(jié)果。考慮到不同的水灰比和水泥含量，各自應(yīng)分別安排3組試驗[2]。經(jīng)過試樁后確定的作業(yè)參數(shù)及工藝如下。

1.確定鉆進、提升、攪拌3個階段的作業(yè)速度，以及噴漿施工時的壓力、單次漿液用量及時間。

2.驗證既定施工工藝流程，判斷是否具備可行性，若有不足之處需做優(yōu)化，通過檢驗后方可投入使用。

3.確定下鉆和提升兩個環(huán)節(jié)的阻力。

4.明確軟土含水量與噴漿量兩項指標之間的關(guān)聯(lián)度，以便確定正式施工中合適的噴漿量及漿液水灰比。結(jié)合具體情況，提出關(guān)鍵的作業(yè)參數(shù)以供參考：鉆進速度＜1.0m/min，提升速度0.4m/min～0.8m/min，全程攪拌轉(zhuǎn)速30r/min～50r/min；管道壓力分階段控制，鉆機、復(fù)攪、提升時該值均為0.3MPa～0.4MPa；噴漿時適當增加壓力，為0.5MPa～0.6MPa。

（三）施工質(zhì)量保證措施

加強施工質(zhì)量管理，需嚴格按照原材料入場規(guī)范檢驗進場原材料，考量攪拌樁施工每一個步驟是否符合工程規(guī)定標準，并從四方面進行攪拌樁施工質(zhì)量管理。

1.平整施工現(xiàn)場

在正式施工前應(yīng)將地面與地下影響施工的雜物、障礙物清理干凈，挖除質(zhì)量較差路段的土體。開機攪拌前調(diào)試攪拌機，確保設(shè)備可安全穩(wěn)定運行，輸送管輸送效率滿足設(shè)計要求。同時，嚴格按照設(shè)計要求和規(guī)范確保停漿面高出操作面標高0.5m。

2.保證垂直度

選擇在地面平整度較好處放置樁機，設(shè)備就位后檢查機架與鉆桿的垂直度，確保垂直度偏差≤1%。應(yīng)動態(tài)跟蹤整個施工過程，采用吊錘觀測鉆桿的兩個方向垂直度與水平尺測量機架的調(diào)平情況，當偏差＞1%時及時對設(shè)備進行糾偏與調(diào)整。同時，保證樁機精準定位設(shè)計樁位，將中偏差控制在5cm以內(nèi)，并確保樁徑符合設(shè)計規(guī)范值。

3.水泥漿離析的控制

拌制好的水泥漿應(yīng)盡快投入使用，防止因停置過久而產(chǎn)生離析現(xiàn)象。若實施過程中發(fā)現(xiàn)樁桿鉆進困難，應(yīng)先檢查是否遇到了地下障礙物，并及時與設(shè)計單位和監(jiān)理單位溝通，以便快速給出解決方法，做好補樁處理；嚴格按照試驗室配比方案控制水灰比，制備出符合施工標準的水泥漿并進行過濾。

4.記錄施工過程和細節(jié)

安排專人記錄拌制漿液的罐數(shù)，固化劑、外加劑的用量、泵送漿液時間，以及施工過程中遇到的異常情況與處置措施。

（四）成樁質(zhì)量檢驗

為準確掌握施工質(zhì)量，需在成樁3d內(nèi)組織檢驗，具體可采用輕便動力觸探的方法[3]。為評價樁身的各項性能指標（包含抗壓強度、堅硬程度等），組織抽芯試驗，但必須保證選取的芯樣具有代表性；對于復(fù)合地基可以安排靜載試驗，用于檢驗其具備的承載力。

五、懸浮水泥攪拌樁在軟土地基處理中的應(yīng)用效果評價

水泥攪拌樁施工成型后，由具有資質(zhì)的單位參與檢驗。從實測結(jié)果來看，單樁、復(fù)合地基的承載力分別為120kN、160kPa，各項結(jié)果均可滿足要求。從通車后兩年時間內(nèi)的檢測數(shù)據(jù)來看，工后沉降約4.8cm，滿足要求（規(guī)范要求為30cm）。

六、結(jié)語

在高速公路軟土地基處理中，懸浮水泥攪拌樁是較為可行的方法，無論是單樁承載力還是復(fù)合地基承載力均可滿足要求，軟基易失穩(wěn)問題可得到有效解決。