雙向粉噴攪拌樁在市政道路軟基處理中的應(yīng)用研究

肖敏

摘要：以安徽省亳州市某片區(qū)路網(wǎng)工程項(xiàng)目為研究對(duì)象，利用現(xiàn)場(chǎng)取樣、室內(nèi)試驗(yàn)、原位測(cè)試的方法，研究雙向粉噴攪拌樁樁體的強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律以及地基承載變化情況，并分析雙向粉噴攪拌樁軟基處理后的沉降變化。研究結(jié)果表明：隨著時(shí)間的增加，雙向粉噴攪拌樁單軸抗壓強(qiáng)度均表現(xiàn)對(duì)數(shù)增加的曲線變化，擬合確定系數(shù)均大于0.93，表明參數(shù)之間具有良好的回歸相關(guān)性。成樁時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)于處理后軟土地基的地基承載力提高越有利。雙向粉噴攪拌樁復(fù)合地基的工后沉降曲線先迅速增加，后趨于收斂穩(wěn)定，在相同的監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)，成樁時(shí)間為90d的雙向粉噴攪拌樁復(fù)合地基的沉降量，比成樁時(shí)間為28d的雙向粉噴攪拌樁復(fù)合地基的沉降量小。由此表明，增加沉降時(shí)間有利于改善處理后軟土地基的工后沉降，但也增加了軟土地基處理的時(shí)間成本。

關(guān)鍵詞：軟土路基；地基處理；市政道路；雙向粉噴攪拌樁；工后沉降

0? ?引言

在市政道路工程中，軟弱地基的處理質(zhì)量直接影響著道路的使用壽命和安全性能[1]。雙向粉噴攪拌樁作為一種新型的軟基處理技術(shù)，因具有強(qiáng)度高、施工速度快、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，而得到了較為廣泛的應(yīng)用。其在軟基處理中通過(guò)噴射水泥固化劑，有效增大了土體的密實(shí)程度，提高了土體的強(qiáng)度和剛度，從而保證了道基的穩(wěn)定性和耐久性[2-3]。雙向粉噴攪拌樁施工時(shí)會(huì)產(chǎn)生作用在地基中的剪切力，這種剪切力可以使地基土體發(fā)生固結(jié)和增密。同時(shí)，噴射混合土與周?chē)馏w交界面形成粘結(jié)帶，從而有效提高了地基承載力[4]。本文結(jié)合安徽省亳州市某雙向粉噴攪拌樁軟基處理施工項(xiàng)目，研究雙向粉噴攪拌樁樁體的強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律以及地基承載變化情況，并分析雙向粉噴攪拌樁軟基處理后的沉降變化，研究成果可為道路工程的設(shè)計(jì)和施工提供有效的技術(shù)參考。

1? ?工程概況

安徽省亳州市某片區(qū)路網(wǎng)工程項(xiàng)目由11條市政道路組成，道路設(shè)計(jì)總里程4348.633m，道路紅線寬20、22、25、30m。場(chǎng)區(qū)范圍內(nèi)除表層分布有一定厚度的雜填土（Qml）、淤泥質(zhì)黏性土（Ql），其下主要為第四系全新統(tǒng)沖積成因（Q4al）的軟弱黏性土層，第四系上更新統(tǒng)沖洪積成因（Q3al+pl）的黏性土及黏性土夾碎石層，其下為白堊-第三系泥質(zhì)粉砂巖。各土層的埋藏分布情況如表1所示。

從表1中可以看出，場(chǎng)區(qū)軟土主要為軟-流塑狀①-3淤泥質(zhì)黏土，具有含水量高、高孔隙性、低滲透性、高壓縮性、低抗剪強(qiáng)度、較顯著的觸變性和蠕變性等不良特點(diǎn)[5-8]。此外，還具有埋深較淺、厚薄不一、局部斷續(xù)、大部連續(xù)成片分布等特征。軟土地基采用雙向粉噴樁處理，軟基處理路段約7.442km，攪拌樁總量約為245萬(wàn)延米，樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)為10m，樁間距為1.1m的雙向粉噴攪拌樁成樁時(shí)間為28d，樁間距為1.2m的雙向粉噴攪拌樁成樁時(shí)間為90d。樁體平面呈梅花形布置，樁頭上部鋪設(shè)80cm厚的隨時(shí)墊層和雙層鋼塑格柵。

2? ?雙向水泥土攪拌樁施工設(shè)備選型

雙向水泥土攪拌樁采用內(nèi)、外嵌套同心雙重鉆桿攪動(dòng)兩組葉片，并噴射水泥，使水泥和土體強(qiáng)力拌合而形成水泥土攪拌樁。雙向粉噴攪拌樁施工時(shí)，粉噴施工機(jī)械鉆機(jī)應(yīng)滿足動(dòng)力大、扭矩大的成樁要求，鉆頭直徑一般與水泥粉噴樁的直徑相同[9-11]。具有正向鉆進(jìn)、反轉(zhuǎn)提升的功能，且鉆進(jìn)與提升時(shí)具有勻速移動(dòng)、均勻攪拌、勻速噴粉等功能。

綜合考慮各因素，確定選用定型產(chǎn)品SXJB-B雙向水泥攪拌樁機(jī)。空氣壓縮機(jī)的選定主要由加固工程的地質(zhì)條件及加固深度所決定?？諝鈮嚎s機(jī)壓力一般為0.4～0.9MPa，其風(fēng)量不宜太大，一般為1.6～2.0m3。雙向粉噴攪拌樁施工設(shè)備數(shù)量及型號(hào)如表2所示。

3? ?雙向粉噴攪拌樁軟土地基處理工藝流程

雙向粉噴攪拌樁的軟土地基處理工藝流程如圖1所示。施工時(shí)，鉆進(jìn)速度V＜1.2m/min，平均提升速度為0.8～1.0m/min，攪拌速度為R=30～50轉(zhuǎn)/min，鉆進(jìn)噴灰、提升攪拌時(shí)管道壓力為0.4MPa＜P＜0.7MPa。

4? ?雙向粉噴攪拌樁成樁強(qiáng)度及復(fù)合地基承載力分析

4.1? ?取樣

采取鉆機(jī)取芯的方法，對(duì)成樁后的雙向粉噴攪拌樁進(jìn)行芯樣獲取，取樣直徑不小于108mm，芯樣制備成邊長(zhǎng)為50mm的立方塊，在室內(nèi)進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。對(duì)于間距1.1m的雙向粉噴攪拌樁（成樁時(shí)間28d），取樣時(shí)間分別為7d、15d、20d和28d。對(duì)于間距1.2m的雙向粉噴攪拌樁（成樁時(shí)間90d），取樣時(shí)間分別為7d、15d、20d、28d、30d、60d和90d。

4.2? ?單軸抗壓強(qiáng)度分析

2種不同成樁時(shí)間雙向粉噴攪拌樁的單軸抗壓強(qiáng)度如圖3所示。從圖2中可以看出，隨著時(shí)間的增加，2種不同成樁時(shí)間的雙向粉噴攪拌樁單軸抗壓強(qiáng)度，均呈現(xiàn)對(duì)數(shù)增加的曲線變化。對(duì)成樁時(shí)間和雙向粉噴攪拌樁單軸抗壓強(qiáng)度進(jìn)行擬合，得到的擬合擬合關(guān)系如公式（1）和公式（2）所示，擬合確定系數(shù)均大于0.93，表明參數(shù)之間具有良好的回歸相關(guān)性。

σ1=0.6313ln（t）+0.3957? ? ? ? ? ? （1）

σ2=1.0706ln（t）-0.3208? ? ? ? ? ?（2）

式中：σ1和σ2為雙向粉噴攪拌樁的單軸抗壓強(qiáng)度，t為時(shí)間。

4.3? ?復(fù)合地基承載力分析

分別選取成樁時(shí)間28d、90d的雙向粉噴攪拌樁各3根，運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)的方法，對(duì)成樁后的雙向粉噴樁進(jìn)行復(fù)合地基承載力測(cè)試。成樁時(shí)間28d雙向粉噴攪拌樁編號(hào)為S1樁～S3樁，成樁時(shí)間90d雙向粉噴攪拌樁編號(hào)為T(mén)1樁～T3樁，測(cè)試結(jié)果如圖3、圖4所示和表3所示。

從圖3中可看出，3根成樁時(shí)間28d的雙向粉噴樁復(fù)合地基的荷載-沉降曲線相近，存在明顯的比例界限。在荷載小于60kN時(shí)，荷載-沉降曲線呈直線關(guān)系。荷載大于等于60kN后，荷載-沉降曲線進(jìn)入非線性變化。因此可以確定其地基承載力特征值為60kN。

從圖4中可以看出，3根成樁時(shí)間90d的雙向粉噴樁復(fù)合地基的荷載-沉降曲線在沉降量較小時(shí)相近，而在沉降量較大時(shí)存在略微差異，荷載-沉降曲線存在明顯的比例界限。在荷載小于90kN時(shí)，荷載-沉降曲線呈直線關(guān)系。荷載大于等于90kN后，荷載-沉降曲線進(jìn)入非線性變化。因此可以確定其地基承載力特征值為90kN。由此表明，成樁時(shí)間越長(zhǎng)對(duì)于處理后軟土地基的地基承載力提高越有利。

5? ?雙向粉噴攪拌樁處理路基工后沉降分析

為了研究雙向粉噴攪拌樁的軟土地基處理效果，運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的方法，對(duì)2種不同成樁時(shí)間的雙向粉噴攪拌樁復(fù)合地基的沉降量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)為12個(gè)月，得到軟土路基實(shí)測(cè)工后沉降曲線如圖5所示。

從圖5可看出，隨著時(shí)間的增加，2種不同成樁時(shí)間的雙向粉噴攪拌樁復(fù)合地基的工后沉降曲線表現(xiàn)為類(lèi)似的變化規(guī)律。在1～8月沉降量迅速增加，而在8～12月沉降量則趨于收斂穩(wěn)定。在相同的監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)，成樁時(shí)間為90d的雙向粉噴攪拌樁復(fù)合地基的沉降量，比成樁時(shí)間為28d的雙向粉噴攪拌樁復(fù)合地基的沉降量小，前者的最大沉降量約為109mm，后者的最大沉降量約為151mm。由此表明，增加沉降時(shí)間有利于改善處理后軟土地基的工后沉降，但同時(shí)也增加了軟土地基處理的時(shí)間成本。

6? ?結(jié)束語(yǔ)

本文以安徽省亳州市某片區(qū)路網(wǎng)工程項(xiàng)目為研究對(duì)象，利用現(xiàn)場(chǎng)取樣、室內(nèi)試驗(yàn)、原位測(cè)試的方法，研究雙向粉噴攪拌樁樁體的強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律以及地基承載變化情況，并分析雙向粉噴攪拌樁軟基處理后的沉降變化。研究結(jié)果表明：成樁時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)于處理后軟土地基的地基承載力提高越有利。增加沉降時(shí)間有利于改善處理后軟土地基的工后沉降，但也增加了軟土地基處理的時(shí)間成本。

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