水泥攪拌樁軟基處理技術(shù)在公路施工中的應(yīng)用

朱尚飛，李寧

（江西贛東路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，江西 撫州 344000）

0 引言

我國(guó)沿海地區(qū)分布著眾多的河流與湖泊，導(dǎo)致地下土壤中含水率較高，土在這些地下水日積月累的作用下，逐漸變成含有較多淤泥、泥炭的軟土，軟土由于自身高含水率、大孔隙、壓縮性高、承載能力低的特性，會(huì)對(duì)公路路基的穩(wěn)定造成較大的影響[1]，為使公路使用壽命滿足要求，需選擇合適的技術(shù)對(duì)軟土路基進(jìn)行加固處理。

1 工程概況

某公路全長(zhǎng)20.2km，據(jù)估算，軟基地段超過(guò)16km，約占80%。當(dāng)?shù)赜捎诮涤炅枯^大，土基中含水率較高，地形條件為湖泊灘涂，而在灘涂上修筑公路經(jīng)常會(huì)遇到飽和淤泥質(zhì)黏土和松散粉細(xì)砂層，若處治不當(dāng)，易引起施工期與運(yùn)營(yíng)期的路基縱向開(kāi)裂、滑移及橋涵接頭處的跳車(chē)等病害。為確保本項(xiàng)目修筑質(zhì)量，選取K10+000—K10+500標(biāo)段作為試驗(yàn)路段，以本文的研究成果為本試驗(yàn)路段鋪筑依據(jù)，以使整條公路路基沉降量較小，承載力可以滿足設(shè)計(jì)要求[2]。該公路雙向四車(chē)道，設(shè)計(jì)時(shí)速為60km/h，所修筑公路多為軟土路基，本項(xiàng)目所修筑的公路路面結(jié)構(gòu)樣式見(jiàn)表1~表2。

表1 公路路基樣式

表2 路面結(jié)構(gòu)層樣式

2 軟基處治措施選擇與應(yīng)用

2.1 軟土路基的特性與處治方法

本項(xiàng)目所屬地區(qū)軟土多屬濱海相沉積，作為公路地基的軟土具有如下突出特點(diǎn)：

（1）軟土為飽和淤泥質(zhì)黏土和粉細(xì)砂，成分、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分布不均勻。

（2）地下水位高、水量大、難以疏排。

（3）低填路堤較多，扣除路面結(jié)構(gòu)層0.84cm后，填高一般在0.5~2m。

不同軟土的特征和主要處治方法見(jiàn)表3。

表3 軟基特性與處治方法

表3 （續(xù)）

2.2 加固技術(shù)的選擇

根據(jù)表3可知，本地區(qū)屬于濱海相沉積型軟土，多選用換填法、淺換加筋法（格柵、格室）、拋石擠淤法（片石+碾壓或強(qiáng)夯）、強(qiáng)夯法（強(qiáng)夯或強(qiáng)夯轉(zhuǎn)換）、水泥攪拌樁（干法、濕法）。由于當(dāng)?shù)剀浲翆雍穸容^大，分布廣泛，若使用換填法和拋石擠淤法則需運(yùn)輸和購(gòu)買(mǎi)大量的換填土以及碎石，對(duì)于經(jīng)濟(jì)要求較高，而強(qiáng)夯法也很難對(duì)本工程所在地區(qū)軟土進(jìn)行夯實(shí)。水泥攪拌樁處理軟土地基原理是依靠水泥與軟土在水的作用下產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)，從而使軟土凝結(jié)硬化成一個(gè)整體，提高軟基的承載能力，可有效地減少地基的沉降以及坡腳側(cè)向位移，水泥攪拌樁承擔(dān)部分上部荷載，將荷載傳遞到下臥層，可減小復(fù)合地基加固區(qū)的超靜孔隙水壓力，減少?gòu)?fù)合地基的工后沉降。因此，本文選用水泥攪拌樁法進(jìn)行軟基加固[3]。

2.3 水泥攪拌樁處理軟土路基的設(shè)計(jì)參數(shù)

本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)水泥攪拌樁直徑為600mm，按等邊三角形布設(shè)，兩樁之間距離為1.20m，詳細(xì)布設(shè)如圖1所示。

圖1 水泥攪拌樁布設(shè)方案

為保證水泥攪拌樁施工后軟基的強(qiáng)度，本文選用P·I 42.5硅酸鹽水泥，對(duì)其性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表4所示。

表4 水泥性能試驗(yàn)結(jié)果

表4 （續(xù)）

由表4可看出，本項(xiàng)目所選硅酸鹽水泥完全滿足規(guī)范要求，可以用于項(xiàng)目施工。由于水泥攪拌樁是將水泥噴入土體并進(jìn)行攪拌，發(fā)生物化反應(yīng)后可以提高土體抗壓強(qiáng)度[4]，與水泥混凝土類似，因此若想使水泥攪拌樁的承載能力達(dá)到最佳效果，需在施工前通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試樁來(lái)確定最佳水泥漿液水灰比。查找資料后發(fā)現(xiàn)，一般情況下水泥攪拌樁的泥漿水灰比在0.4~05之間，本文即在0.4~0.5之間設(shè)置6個(gè)不同的水灰比，不同水灰比之間以0.02為一個(gè)梯度，即分別為0.40,0.42,0.44,0.46,0.48,0.50，以此六組水灰比分別在室內(nèi)成型試件，進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)，所測(cè)得的7d,28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度如表5所示。

表5 水泥與土硬化物抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

對(duì)上述數(shù)據(jù)分析，得到圖2。

結(jié)合圖2和表6可以看出，6組水灰比下，水灰比在0.44時(shí)7d和28d的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度最大，分別為0.63和1.33，類比混凝土的水灰比與強(qiáng)度的關(guān)系，水灰比越小，強(qiáng)度越大，但本次試驗(yàn)，在0.44的水灰比處水泥與土的硬化物7d和28d強(qiáng)度最大，這是由于土顆粒會(huì)吸收部分水分，過(guò)低的水灰比會(huì)使得水泥不能完全水化，導(dǎo)致水泥與土顆粒固結(jié)后不能完全發(fā)揮水泥的性能；反之，過(guò)大的水灰比會(huì)使得水泥與土顆粒之間的間隙過(guò)大，水化產(chǎn)生的膠體不能夠完全填充于孔隙之中，蒸發(fā)后水分也會(huì)留下孔隙，不利于固結(jié)物硬度的提高。通過(guò)計(jì)算和室內(nèi)試驗(yàn)，確定好水灰比之后，可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試樁[5]。對(duì)于樁體，本項(xiàng)目選用280kg/m3的水泥用量，約相當(dāng)于樁體體積的15%，水灰比選擇為0.44，施工完成后，對(duì)試驗(yàn)樁的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。

圖2 不同水灰比下的無(wú)側(cè)向限抗壓強(qiáng)度

2.4 質(zhì)量檢測(cè)

（1）承載力檢測(cè)

根據(jù)上述步驟，完成對(duì)試驗(yàn)樁的施工，施工完成后，對(duì)試驗(yàn)樁的7d和28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明，試驗(yàn)樁的7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.60MPa，28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1.26MPa，大于規(guī)定的7d0.55MPa，28d1.0MPa。

（2）沉降量檢測(cè)

對(duì)本項(xiàng)目的沉降量采用現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表6所示。

表6 沉降量檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)表7，對(duì)沉降量進(jìn)行分析，并繪制分析圖如圖3所示。

圖3 沉降量檢測(cè)結(jié)果

（3）復(fù)合地基承載力檢測(cè)

按照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79—2012），復(fù)合地基的承載力可按下式計(jì)算：

式（1）中：Ap為單樁的橫截面積（㎡）；Ra為單樁的豎向承載力特征值（kN）；fspk為復(fù)合地基的承載力特征值（kPa）；fsk為樁間土的承載力特征值（kPa）；β為樁間土的承載力折減系數(shù)；m為復(fù)合地基置換率。

本文為三角形布樁，因此m根據(jù)下式計(jì)算：

式（2）中：d為攪拌樁直徑（m）；l為攪拌樁間距（m）。

根據(jù)上述檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算方法，對(duì)本項(xiàng)目復(fù)合地基的極限承載力進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)深度加權(quán)平均后，測(cè)得復(fù)合地基的黏聚力c=5.3kPa，內(nèi)摩擦角為0.272，重度為5.9kN/m3，按式（1）計(jì)算得到復(fù)合地基承載力為1 075 kPa。

綜上可知，使用水泥攪拌樁后的沉降量大大減小，小于300mm，復(fù)合地基承載力為785kPa，說(shuō)明土體的整體強(qiáng)度得到提高，本文所使用方法取得了良好的效果。

3 結(jié)語(yǔ)

本文依托某公路建設(shè)項(xiàng)目，對(duì)軟土路基的加固技術(shù)展開(kāi)研究，通過(guò)對(duì)軟土路基特性的調(diào)查和分析，選取了適合該地區(qū)軟基加固的技術(shù)，即水泥攪拌樁加固技術(shù)，并通過(guò)研究，發(fā)現(xiàn)本項(xiàng)目所在地區(qū)，在水灰比0.44，各樁基之間成等邊三角形，間距1.2m的條件下施工，施工后進(jìn)行樁基的沉降量和承載能力檢測(cè)。工程結(jié)果表明，采用該施工技術(shù)，在對(duì)軟基加固后，軟基的沉降量小于300mm，單樁承載能力大于1.0MPa，復(fù)合樁的承載能力為785kPa，軟基加固取得了良好的效果。