水泥攪拌樁加固技術在公路橋梁軟土地基處理中的運用

張強

（中交三公局第一工程有限公司，北京 100020）

公路橋梁建設期間，往往需要面臨解決軟土地基的問題，軟土地基施工質量與公路橋梁應用最終安全性有直接且密切的關系。故而，施工人員要熟悉軟土地基施工質量各項相關標準，并且施工標準要嚴格規(guī)范。

軟土地基的特點在于粘度不足以及穩(wěn)定性不佳，軟土地基經過施工后的強度直接決定了與公路橋梁最終的承載能力。施工單位必須根據施工現場土質，選用適宜的處理方案[1]。如今地基處理技術十分豐富，施工單位應結合實際情況靈活運用現有技術，并嘗試研發(fā)新型技術提高軟土地基處理質量，公路橋梁軟地基各項指標都要去符合國家相關文件的具體標準，這樣可以促進了我國公路橋梁工程建設有更好地發(fā)展。

1 公路橋梁軟土地基及其施工特點

1.1 軟土地基

軟土地基指的是壓縮空間量高、孔隙之間密度大以及滲水性較弱且抗壓能力不強的軟弱土層。軟土地基的基礎材料是由粘土、粉砂和淤泥等成分。軟土層的位置含水量相對交稿高，因此具有高粘性和可壓縮性，透水性不佳，在沒有經過夯實或是加固加工的軟弱地基上直接開展施工，將造成工程項目穩(wěn)定性無法滿足工程實際需求，進而降低工程整體質量[2]。

1.2 軟土地基加固處理的必要性

傳統(tǒng)公路橋梁施工期間，因為關于路線等級的要求較低，且路橋工程項目數量較少，所以針對軟土地基的處理較少，經驗并不豐富。隨著我國交通運輸行業(yè)持續(xù)發(fā)展，公路橋梁項目工程總量日漸增多，施工單位累積了大量軟土路基施工經驗。軟土地基的存在嚴重影響路橋工程的安全性與穩(wěn)定性，若是無法予以妥善處理，可能造成嚴重的安全事故。因此，為了減少公路橋梁的安全隱患，保證其運行的穩(wěn)定性，所以要嚴格把控好軟地基的施工質量。

2 水泥攪拌樁加固軟土地基應用分析

2.1 工程概況

現有某橋梁工程，長度總計為1125m，整體工程可以細分為10 聯，其中，在處于低8 聯時，施工時可以使用掛籃旋轉澆筑方式來進行，可運用滿堂支架現澆方法完成剩下的兩聯。整體橋梁框架的主體是預應力混凝土持續(xù)梁，箱梁高度值為2.2m。通過測量以及計算可知，橋梁縱坡峰值為3.5%，最低值為0.589%。經過施工單位認真思考施工現場環(huán)境以及成本，對于如何處理軟土地基，則是選擇運用水泥攪拌樁加固技術進行的軟土地基處理方法。

2.2 水泥攪拌樁加固布設方案

項目的區(qū)地基基礎基本為全線分布的、厚度較大的淤泥地基，但要根據工程施工遇見的實際情況，根據路堤加固部分形狀采用水泥土攪拌樁法。此技術是以水泥充當固化劑，與地基中的軟土產生反應，使其發(fā)生硬化效果，然后，使地基更加充滿完整性、高穩(wěn)定性以及高強度，轉化為符合規(guī)范的復合地基。安全性與穩(wěn)定性可以滿足施工要求、無需施工單位投入過多成本,但是此技術工序復雜,進度較為緩慢。出于節(jié)約成本目的的考量,本工程路基體處理地基時使用的是水泥攪拌樁措施。通過計算可得，攪拌樁總數大約占4202 根，樁長67230m，樁徑0.6m，樁長16m，間距1.2m，呈三角形排列，圖1 則是整體布局方案。水泥土攪拌樁復合地基的樁體需要增加單獨的褥墊層，一般厚度約為0.25m。褥墊層應由8%的水泥石屑混合制成，壓縮系數應控制在0.94 或更高。石屑粒徑應在2mm 至10mm 之間，泥漿的比例應小于5%。

圖1 三角形布樁方案

另外，施工人員開展施工之前，工藝性技術樁必須提前完成相關測試，并且測試樁的總值必須至少為6 報。試驗樁又分為三組，每組有兩份報告，每組水泥用量分別設定為65kg/m,70kg/m,75kg/m。在進行大規(guī)模施工前，要對樁身進行試驗，調整各項工藝參數，驗證參數的合理性，確保樁身符合設計要求。對于同行倉的情況，單樁唇部于靜態(tài)下，最大荷載試驗荷載應為設計單樁承載力的兩倍以上。

3 施工工藝流程

3.1 施工參數確定

施工人員結合室內配合比實驗信息數據與施工現場試樁結果，明確各項參數設置具體如下：（1）摻和料參數?；鶎拥鼗目偭康?8%約為水泥，2%材料為石膏，水灰比為0.5。（2）施工過程控制參數。鉆孔下沉速度要保證在0.5-0.8m/min 之間。攪拌提升速度：0.6-1.0m/min。內鉆桿轉速為50r/min 以上。外鉆桿鉆速要達到70r/min 以上。噴漿壓力要保證在0.5-0.8MPa 之間。噴射混凝土量：36-40L/min（2 噴）。施工利用同心雙軸雙向攪拌樁設備進行施工，和現實施工保持一致，試樁總量采用6 根，試樁位置為A2 區(qū)H 排135,136,137,138,139140。施工參數見表1。

表1 試樁施工參數

3.2 施工準備

根據具體的施工要求，要確定好水泥攪拌樁的施工范圍，清理范圍內的殘留根部、碎小巖石等障礙物，保持范圍內平整整潔，為后續(xù)機械設備的安裝施工創(chuàng)造一個良好條件。取攪拌樁附近的空閑工地，搭建一個大小合適的存放水泥臨時倉庫，存放施工所需的水泥材料；設置攪拌堆后臺；攪拌樁的施工漿料，這部分暫時存放在收集坑中，待稍干后，運至指定地點。現場安裝了SJC 監(jiān)控記錄儀，掌握實際噴漿混凝土的實際施工狀態(tài)。等到機械設備有序進入現場，組裝成型后進行試運行，如有問題，我們將作出響應，直至達到穩(wěn)定運行狀態(tài)。在正式鉆孔前，將測試儀放置調試好，滿足泥漿量、管道氣壓、攪拌提升速度、水泥用量等重要參數，后要判斷實際參數是否達到要求。如果設計中存在誤差，如果數值超出合理范圍，則需要進行調整，直到完全符合要求為止。

3.3 測量放樣

通過測量定位控制點去準確放置好測量樁的位置，安裝短木樁形成明顯的穩(wěn)定標記，在打樁現場周圍安裝控制樁，準備適量砂漿，用砂漿固定木樁防止出現移動情況。測量打樁后，獲得具有參照功能的標記坐標，以便后續(xù)在指定位置安全有序的進行施工。

3.4 樁機就位

安裝攪拌打樁機的位置時，確保對中誤差不要超過20mm；檢查打樁機是否穩(wěn)定，如果出現不穩(wěn)定情況，就要將打樁機調平至打樁機穩(wěn)定或進行其他調整。當攪拌軸符合設計深度時邊攪拌邊提起。其中，保證不大于樁長0.5%的垂直偏差。為提升控制效果，應該焊接一個半徑5cm 的鐵環(huán)在打樁機上，同時將鉛錘懸掛在高度10m處。在進行施工過程時，鉛錘要保證經過鐵圈中心。

3.5 下沉與提升

軟土地基加固工程采用兩噴四攪施工工藝，如圖2所示，具體細節(jié)要按照該工藝進行。啟動電機，放松卷揚機，在預攪拌時要將攪拌頭浸沒下沉。在此期間，要密切注意鉆頭的位置。當鉆頭到達樁底高度時，開始噴灑攪拌并將其抬起，再次攪拌使其浸沒并重復噴灑到孔口位置。完成上述分步操作后，完成一個樁位施工，關閉攪拌機，移至下一個操作位繼續(xù)施工。攪拌/沉降速度控制在0.5m/min～1m/min，上升速度控制在1m/min～2m/min，根據現場施工環(huán)境確定實際速度控制。在河流附近，攪拌和沉降應該隨著時間的推移而減慢，速度控制在0.5m/min～0.8m/min 范圍內，起升速度穩(wěn)定在1m/min 以內。砂漿泵運行一段時間后，純水泥漿到達攪拌頭。此時根據上述要求對漿料進行攪拌、注漿和提升，以保證混合頭的工作速度具有嚴謹的科學性，確保水泥漿與原地基土均勻地混合。砂漿泵應在離地面50 厘米處停止，同時不斷增加泵送量?；旌线^程完成后，將清水注入收集料斗，以清除管道中殘留的泥漿，確保管道處于干凈衛(wèi)生。派專人進行及時清洗，防止水泥漿容易附著在管道上，造成清洗困難的情況發(fā)生。

圖2 水泥攪拌樁施工示意圖

4 水泥攪拌樁加固軟土地基施工技術驗收

此工程竣工后，施工人員需要認真檢驗工程是否達到相關標準，保證工程確認達到滿足相關標準之后，再次進行后續(xù)施工，為后續(xù)施工奠定一個比較良好的基礎。樁位定位誤差應控制在50mm 之內,樁徑、樁長必須高于設計值。所有樁體在施工過程中，應采用水準尺檢驗導向架以及攪拌軸是否垂直, 垂直誤差應控制在1%內；成樁3d 輕型動力觸探檢驗上層樁體的均勻程度,成樁達到一周之后，施工人員利用淺部開挖樁體測量樁體直徑數值,保證樁體最小直徑必須超過設計樁徑,隨機抽樣樁體總量是所有樁體數量的5%；攪拌樁成樁滿四周之后，施工人員應利用雙管單動取樣，據此判斷持力層土性,并評估攪拌均勻程度以及水泥土抗壓強度。同時為了保證處理效果，需要進行復合地基靜載荷試驗以及地基最終沉降量計算進行驗證。

4.1 復合地基靜載荷試驗

本標段施工共施工深攪拌樁525 根，依次按照工序進行施工后，以0.5%的抽樣率確認樁的施工質量。隨機選取3 根樁，采用樁載反力梁法進行復合地基加載試驗。在工作時，試塊推動反作用梁提供反作用力。千斤頂被激活，壓力以逐步的方式施加到負載板上以配置測試。經過試驗和觀察，得到復合地面靜載荷試驗結果。結果如表2 所示。

表2 復合地基靜態(tài)載荷數據

通過表2 可知，總計3 個試驗點，承載力基礎數值的極差＜30%，平均值為155.7 kPa，可以視為復合地基承載力的特征值。經過對比分析得知，該值滿足要求。

4.2 地基最終沉降量估算

沉降可通過如下公式予以計算：

式中：

S 為地基最終沉降量,單位：mm；

m——沉降計算經驗系數，根據工程經驗,m 取1.40；

n——目標深度范圍中所細分的土層總量；

e1i——新建海堤過程中，第i 土層于平均自重應力影響下，所形成的孔隙比；

e2i——第i 土 層于平均自重應力以及平均附加應力同時影響下所產生的孔隙比；

h1i——第i 土層的厚度,單位：mm。

計算結果如表3。

表3 沉降計算成果表

根據計算結果，假設淤泥層厚度為15m，150d 后水泥混合樁處理的地基壓力密度達到80%以上，完成后地基殘余沉降約為0.10m。根據堤身組織預留結算，工程設計預留量為0.15m。

結束語

在公路橋梁建設中，軟土地基的施工質量直接決定了工程施工的最終質量和后續(xù)的使用時間。因此，有關建設單位需要十分重視施工質量方面存在的問題，合理選用相關的軟土地基處理方法，將軟弱地基施工質量中的不足完善，保證公路橋梁工程后期投入應用的安全性。