沿海地區(qū)市政道路軟土地基處理方法研究

林輝，劉陽(yáng)，劉成帥

（中交二公局上海遠(yuǎn)通路橋工程有限公司，上海 201315）

1 引言

沿海地區(qū)在市政道路建設(shè)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到軟土地基，此類地基若不及時(shí)采取加固處理，將難以保證地基的穩(wěn)定性與可靠性，從而影響道路建設(shè)質(zhì)量。所以，對(duì)沿海地區(qū)市政道路軟土地基處理方法進(jìn)行深入探究有重要意義。工程技術(shù)人員要結(jié)合軟土地基的特征，分析軟土地基加固處理的重要性，并根據(jù)工程實(shí)際情況選擇合適的軟土地基處理方法，在地基處理施工中加強(qiáng)質(zhì)量控制，把握施工要點(diǎn)，從而有效提升軟土地基的強(qiáng)度。

2 沿海地區(qū)市政道路軟土地基的特征

軟土主要是指以灰色外觀為主，顆粒較小，含水量大于液限，而且空隙率大于1.0，天然抗剪強(qiáng)度在35 kPa 及以下的細(xì)粒土。常見(jiàn)的軟土形式有泥炭土、淤泥質(zhì)粉土、淤泥質(zhì)黏土等，是在流速較緩或者靜態(tài)的水環(huán)境中逐漸沉淀并長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)歷生物化學(xué)作用而形成的。沿海地區(qū)市政道路的軟土地基主要有以下特征：（1）具有較大的孔隙比和較高的含水量，軟土主要成分是粉土與黏土，結(jié)構(gòu)為絮狀，同時(shí)含水量通常超過(guò)35%；（2）具有壓縮性，在軟土地基受到一定程度的擠壓后，可產(chǎn)生較大的變形；（3）具有流變性，在受到剪力作用時(shí)，軟土?xí)霈F(xiàn)沉降變形；（4）透水性差，對(duì)于軟土來(lái)說(shuō)，其垂直滲透系數(shù)大多在1×10-6～1×10-8cm/s，所以，軟土地基需要經(jīng)歷較長(zhǎng)的固結(jié)時(shí)間[1]。

3 沿海地區(qū)市政道路軟土地基處理的重要性

一方面，在城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)過(guò)程中，我國(guó)土地資源日漸緊缺，需求量不斷加大，沿海地區(qū)因?yàn)閲?yán)重缺乏土地資源，在城市建設(shè)與發(fā)展過(guò)程中開(kāi)始使用疏浚出來(lái)的淤泥及泥沙造地，用以緩解沿海城市土地資源欠缺的現(xiàn)狀。而在這種情況下建設(shè)市政道路，容易出現(xiàn)不均勻沉降，所以，必須對(duì)軟弱地基采取有效的處理措施。另一方面，沿海地區(qū)在建設(shè)市政道路過(guò)程中，軟弱地基處理效果和整體工程建設(shè)質(zhì)量及安全都密切相關(guān)，采取有效的軟土地基處理措施，是確保市政道路工程建設(shè)質(zhì)量達(dá)標(biāo)的重要舉措，相關(guān)施工方要高度關(guān)注采取有效方法處理軟弱地基，在保證軟弱地基處理效果的基礎(chǔ)上提升整體道路施工質(zhì)量[2]。

4 沿海地區(qū)市政道路軟土地基處理方法

4.1 工程概況

三亞安游路改造工程起止樁號(hào)為K0+000～K8+839。其中K1+160～K2+923 段無(wú)深挖方，填方高度為0.206～4.16 m。淺層土主要為：①層雜填土、②層礫砂、②1 層中砂，其中，①層雜填土及②1 層中砂工程性能較差，②層礫砂工程性能一般。K0+040～K0+800 段回填物以建筑垃圾、生活垃圾為主，含較多的大塊石、廢棄的混凝土塊等硬雜質(zhì)，硬雜質(zhì)含量約為25%，粒徑＞10 cm，回填厚度大、成分復(fù)雜。K1+160～K1+220、K1+420～K1+560、K1+800～K1+900 段清表后揭露為②1 層中砂，層中夾有淤泥，工程性能差，且下伏③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。線路K0+040～K5+880 段、強(qiáng)軍隧道段交叉口至強(qiáng)軍隧道洞口處場(chǎng)地穩(wěn)定性為穩(wěn)定差場(chǎng)地。K2+820～K2+880 段的礫砂較薄，厚度約1.70 m。建議采用水泥土攪拌樁或CFG 樁對(duì)②1 層中砂與其下伏③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土進(jìn)行加固處理。K1+220～K1+420、K1+560～K1+800、K2+880～K2+920 段清表后揭露為②層礫砂，工程性能一般，可作為路基持力層，但其下伏③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，需驗(yàn)算軟弱下臥層，若驗(yàn)算結(jié)果不滿足，建議采用水泥土攪拌樁或CFG 樁對(duì)其下伏③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土進(jìn)行加固處理。應(yīng)注意，K1+880 及K2+800 處附近屬于路橋過(guò)渡段，淺層土為①層雜填土、②層礫砂、②1 層中砂，其均下伏③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，工程地質(zhì)條件較差。應(yīng)采用攪拌樁或CFG 樁對(duì)地基土進(jìn)行加固處理，嚴(yán)格控制路橋過(guò)渡段的差異沉降。

4.2 水泥土攪拌樁處理方法

4.2.1 施工步驟

水泥土攪拌樁是指以水泥為固化劑，利用深層攪拌機(jī)強(qiáng)制性攪拌軟土和固化劑，使軟土和固化劑發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，從而硬化軟土層，生成具有較高穩(wěn)定性、強(qiáng)度以及整體性的優(yōu)質(zhì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，為市政道路工程施工奠定基礎(chǔ)。

在該工程軟土地基處理中運(yùn)用了水泥土攪拌樁處理技術(shù)，主要施工步驟如下。

1）配制水泥漿。在該工程軟土地基處理中運(yùn)用水泥土攪拌樁施工技術(shù)，選擇42.5 級(jí)普通硅酸水泥，嚴(yán)格控制好混凝土、骨料以及水的比例，施工期間所有施工流程以及施工操作都要充分遵守混凝土施工規(guī)程。在漿液攪拌期間，每次攪拌時(shí)間要≥3 min，并保證攪拌均勻。

2）攪拌樁鉆機(jī)就位。該工程施工中需要在漿液配置的同時(shí)確保攪拌樁鉆機(jī)到位，促使后續(xù)各項(xiàng)工作能夠順利開(kāi)展，并通過(guò)水平尺將機(jī)座調(diào)平，使導(dǎo)向架和地面保持垂直關(guān)系，注意垂直偏差≤1%，并要求對(duì)位偏差≤5 cm，攪拌樁之間要相互搭接約20 cm。

3）預(yù)攪拌漿下沉。在攪拌漿下沉期間，與設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高有大概50 cm 的距離時(shí)發(fā)出信號(hào)，及時(shí)通知后臺(tái)進(jìn)行噴漿鉆進(jìn)作業(yè)，一直達(dá)到設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高。

4）噴漿提升。預(yù)攪拌漿逐漸下沉到設(shè)計(jì)深度后，原地?cái)嚢?，等到漿液送出約30 s 后提升鉆頭。另外，于設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高上方約50 cm 處設(shè)置停漿面，確保攪拌樁施工中樁頂質(zhì)量可靠[3]。

4.2.2 施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

該工程在運(yùn)用水泥攪拌樁施工期間，要把握好以下施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

1）樁位標(biāo)準(zhǔn)。在樁機(jī)移架就位之后，需按照總承包方所設(shè)控制點(diǎn)測(cè)設(shè)樁位，通過(guò)竹簽做好標(biāo)記，保證測(cè)量誤差＜1 cm，并使攪拌頭和竹簽對(duì)準(zhǔn)，控制誤差＜1 cm，保證累計(jì)誤差＜2 cm。另外，樁區(qū)部位要定量設(shè)置控制檢查樁，還要在打樁之前對(duì)竹簽位置進(jìn)行嚴(yán)格核實(shí)，如果發(fā)生改變，需及時(shí)更正。

2）垂直度標(biāo)準(zhǔn)。施工中要根據(jù)樁身垂直度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與樁架上方進(jìn)行水平尺的設(shè)置，可選焊接方式，也可用綁扎方式，并設(shè)置線砣（2 m 高），保證垂直線球始終處于刻度區(qū)間之內(nèi)。所有樁在打樁之前都要嚴(yán)格檢查，每鉆進(jìn)并提升一次都要檢查一次，保證打樁期間一直不超過(guò)垂直度要求標(biāo)準(zhǔn)。所有樁都必須鉆進(jìn)，各進(jìn)行2 次上下提升。

4.2.3 質(zhì)量控制要點(diǎn)

該工程在采用水泥土攪拌樁處理軟土地基期間，還要把握以下質(zhì)量控制要點(diǎn)。

1）控制好攪拌樁強(qiáng)度。為有效控制質(zhì)量，需要及時(shí)抽查并送檢施工材料，保證所用施工材料均合格，若經(jīng)檢查施工材料不滿足技術(shù)要求，嚴(yán)禁應(yīng)用在施工中。施工期間還要對(duì)水泥灰和水配合比進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢查，確保達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

2）樁長(zhǎng)。施工中要科學(xué)計(jì)算施工樁長(zhǎng)，并要在成樁之前對(duì)鉆桿長(zhǎng)度進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量，在樁架上標(biāo)記好，確保深度誤差＜5 cm，合理確定噴漿位置。

3）送漿。為有效控制送漿質(zhì)量，可將擠壓表安設(shè)于灰漿擠壓泵上，也可安設(shè)自動(dòng)記錄儀，以防出現(xiàn)送漿壓力過(guò)低或者樁身斷漿等情況[4]。送漿期間需專門(mén)安排工作人員動(dòng)態(tài)觀察和記錄，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)噴以及補(bǔ)攪。

4.3 CFG樁處理方法

4.3.1 CFG 樁的地基加固機(jī)理

此工程路橋過(guò)渡段的軟土地基主要通過(guò)CFG 樁進(jìn)行加固處理。首先，CFG 樁可發(fā)揮置換作用，在水泥水化過(guò)程中與粉煤灰發(fā)生反應(yīng)，逐步形成穩(wěn)定性良好的化合物結(jié)晶，由此對(duì)礫石間縫隙進(jìn)行填補(bǔ)，使集料緊密黏結(jié)起來(lái)，可有效提升樁基抗剪強(qiáng)度與形變模量，使CFG 樁充分發(fā)揮加固作用，還可承載上方荷載。其次，CFG 樁可以發(fā)揮約束作用，通過(guò)CFG 樁復(fù)合地基，可對(duì)土體的側(cè)向形變予以限制，使復(fù)合地基具備更強(qiáng)的抵抗垂直形變能力。再次，CFG 樁還具有排水作用，因?yàn)镃FG樁具有良好的滲透性，其滲透常數(shù)一般在10-3～10-1cm·s-1，比樁間土壤滲透常數(shù)更高，所以，成樁之初可使樁周沿途加速固結(jié)[5]。最后，CFG 樁具有擠密作用，該工程通過(guò)CFG 樁進(jìn)行軟基處理，可在沉樁過(guò)程中擠密樁間土，使樁間土不斷提升強(qiáng)度。

4.3.2 CFG 樁施工流程

該項(xiàng)目施工中，CFG 樁的主要施工流程為：平整場(chǎng)地；放樣定位；埋設(shè)樁頭；鉆機(jī)就位；振動(dòng)沉管；投料拔管；移機(jī)；砍樁頭；接擴(kuò)頭樁；鋪設(shè)褥墊層。

4.3.3 CFG 樁施工技術(shù)要點(diǎn)

1）成孔要點(diǎn)

在CFG 樁成孔施工中，主要應(yīng)用全站儀、鉆機(jī)等機(jī)械設(shè)備。施工中，為防止由于連續(xù)施打造成樁身被擠或者樁體混凝土出現(xiàn)縮徑等質(zhì)量問(wèn)題，需要在施工過(guò)程中選擇間斷跳打方式，避免連續(xù)施打。CFG 樁施工期間，處理范圍應(yīng)涵蓋路橋軟土地基所有需要加固的軟土。CFG 樁成孔施工中，先使打樁機(jī)就位，并合理調(diào)整，然后設(shè)置鉆孔深度，一切準(zhǔn)備就緒后試鉆，鉆至設(shè)計(jì)深度后空鉆排土，其間要合理控制鉆具，最后根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整樁孔位置。

2）成樁要點(diǎn)

在CFG 樁成樁過(guò)程中，主要用到混凝土攪拌機(jī)、混凝土輸送泵等機(jī)械設(shè)備。成樁施工中，在以空鉆方式清理樁底的雜物時(shí)，需同步配料，在完成雜物清理工作后，及時(shí)根據(jù)有關(guān)規(guī)范展開(kāi)樁體灌注操作。在CFG 樁成樁施工中，主要有以下幾個(gè)步驟：清理樁底雜物；按要求配料；灌注混合料；控制提鉆速度；基本完成灌注。

4.3.4 CFG 樁質(zhì)控要點(diǎn)

1）CFG 樁施工之前，要求施工單位展開(kāi)成樁工藝試驗(yàn)，結(jié)合試驗(yàn)確定施工參數(shù)以及相關(guān)施工工藝，為后續(xù)施工提供依據(jù)與參考。

2）結(jié)合設(shè)計(jì)樁距以及工程現(xiàn)場(chǎng)土層性質(zhì)確定樁位施工順序，此工程軟弱地基處理中，需要以隔樁跳打形式打樁。而在滿堂布樁情況下，要從中間逐漸推向外圍，也可從一邊推向另一邊有序施工。

3）CFG 樁沉管期間，要專門(mén)安排工作人員加強(qiáng)觀察，動(dòng)態(tài)記錄，注意每沉管1 m 都需對(duì)電流數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，由此了解土層變化。

4）結(jié)合沉管記錄，當(dāng)CFG 樁樁端即將到達(dá)持力層時(shí)，鉆機(jī)動(dòng)力會(huì)顯著下降，此時(shí)需結(jié)合樁基抬架點(diǎn)位以及設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)做出合理調(diào)整，有效控制擺動(dòng)。

5）CFG 樁拔管快慢會(huì)對(duì)樁體質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，如果拔管速度過(guò)快，容易造成縮徑斷樁或者使樁徑偏小，也可引發(fā)離析，降低設(shè)計(jì)強(qiáng)度。所以，拔管過(guò)程中要合理控制速度，在該工程中，拔管速度約保持在0.7 m/min。

6）CFG 成樁質(zhì)量以及樁體強(qiáng)度會(huì)受到混合料質(zhì)量影響，所以，施工中要嚴(yán)格控制混合料的和易性，具體是在CFG 樁施工期間先進(jìn)行混合料配合比設(shè)計(jì)，然后制作試塊，展開(kāi)試驗(yàn)，對(duì)不同齡期混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，保證樁體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值。

7）合理控制樁頂標(biāo)高，一般應(yīng)超出設(shè)計(jì)標(biāo)高約0.5 m，在樁體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值后再開(kāi)槽，開(kāi)槽期間需注意防止破壞中間土或者樁體。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，軟土地基具有孔隙比大、含水量高、流變性強(qiáng)、透水性差等特征，為保證市政道路施工質(zhì)量，在相關(guān)工程施工中必須采取有效的軟土地基處理方法。市政道路工程相關(guān)施工單位要結(jié)合工程實(shí)際情況，認(rèn)識(shí)到軟土地基處理的重要性，并在綜合考慮多方因素情況下，合理選擇軟土地基處理方法，把握好技術(shù)要點(diǎn)，做好質(zhì)量控制。