水泥攪拌樁在市政道路設計軟土地基中的應用

摘要 水泥攪拌樁具有施工簡便、效果顯著、工期短及對周圍環(huán)境影響小等優(yōu)點，被廣泛應用于軟土地基加固中。該文結(jié)合深圳市龍華區(qū)民治街道民華路（民治大道—民愉路）工程實際地基處理案例，在采用水泥攪拌樁對工程場地軟土地基進行加固處理的設計上，詳細研究了工程地質(zhì)情況及水泥攪拌樁施工順序和質(zhì)量檢測，檢測結(jié)果顯示水泥攪拌樁對軟土地基處治效果顯著。該文研究為市政道路軟土路基處理提供參考，水泥攪拌樁對市政道路路基的強度、整體穩(wěn)定性及抗變形能力起到了一定的保障作用。

關鍵詞 軟土地基；水泥攪拌樁；承載力；穩(wěn)定性

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）18-0042-03

0 引言

隨著城市化進程的不斷加快，市政道路建設面臨著優(yōu)質(zhì)土地資源緊缺問題，尤其是低強度和大沉降的軟土地基給市政道路建設和運營造成了較大的影響。為確保軟土地基具備滿足工程需求的承載力，需針對軟土地基的構(gòu)成和性質(zhì)采取針對性的加固處理，確保軟土地基的工程性質(zhì)滿足設計要求。調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，針對軟土地基的處理當前的研究和處治方法相對較多，需要根據(jù)軟土地基工程性質(zhì)和工程需求采取定向加固技術，如此方能在最優(yōu)造價情況下實現(xiàn)設計預期[1-3]。水泥攪拌樁具有施工簡便、效果顯著、工期較短及對周邊環(huán)境影響較小等優(yōu)點，被廣泛應用于軟土地基加固中[4]。根據(jù)詢價，水泥攪拌樁在同樣樁徑、樁長、樁距條件下的其他幾種攪拌樁類型（粒料樁、CFG樁）中，以每米60元左右的較低單價取得造價經(jīng)濟優(yōu)勢。水泥攪拌樁的加固原理為利用深層攪拌機將水泥漿和地基土原位攪拌形成圓柱狀的水泥土樁，在化學反應及物理反應的作用下固結(jié)成形，與原地基土共同作用形成復合地基以提高地基承載力，減小沉降。

該文結(jié)合深圳市龍華區(qū)民治街道民華路（民治大道－民愉路）工程實例，從該工程的勘察地質(zhì)情況和工程承載需求分析，選用水泥攪拌樁進行地基加固處理，并針對性地進行了水泥攪拌樁設計、施工和質(zhì)量控制的細致探討，最后進行檢驗和檢測，結(jié)果顯示水泥攪拌樁處理的地基在單樁的抗壓能力、承載力以及整體復合地基承載力上均滿足工程設計要求。

該文重點探討了水泥攪拌樁在處理市政道路軟土地基中的應用，對后續(xù)類似項目提供一定的工程經(jīng)驗。

1 市政道路軟基概述

1.1 軟基的組成與性質(zhì)

在廣東省深圳市，分布有較多的軟土地基（以下稱軟基），在城市道路的發(fā)展建設中，不可避免需要穿越此類地質(zhì)。軟基大致分為軟土、雜填土、沖填土三大類：

（1）軟土：主要組成成分為淤泥、淤泥質(zhì)黏土和粉土等，試驗證明上述土體的天然含水量大，可壓縮性強，承載能力相對較低。如不進行處理，荷載作用下容易發(fā)生不均勻沉降。

（2）雜填土（人工填土）：主要為含有建筑垃圾、工業(yè)廢料、生活垃圾等雜物的填土。其成分復雜，性質(zhì)不均勻，結(jié)構(gòu)松散，抗剪強度低，壓縮性較高，一般還具有浸水濕陷性。

（3）沖填土：多處在河流航道附近，主要有泥沙和水組成，最終在河流兩岸形成沖填土，其主要性質(zhì)為可壓縮性強，承載能力差。

1.2 軟基對市政道路的影響

由于軟基的承載力通常達不到市政道路的要求，如不進行處理，在長期車輛荷載作用下，路基會產(chǎn)生開裂或拱起等嚴重變形，引起路面病害，對道路行車造成影響；又由于軟基還具有高壓縮性與濕陷性等性質(zhì)，受淺層降水及地下水的影響，在長期車輛荷載作用下，造成路基沉陷，引起道路破壞及邊坡失穩(wěn)等嚴重問題。

因此，在市政道路設計中，需要對道路路基下的軟基進行處理，提高路基強度、整體穩(wěn)定性及抗變形能力，延長道路使用壽命。目前對軟基處理的方式和技術主要分為換填法、排水固結(jié)法、加固土樁法、振實擠密法及加筋法等，需要結(jié)合工程地質(zhì)勘察情況及施工條件選擇合適的處理方式。該文中的水泥攪拌樁屬于加固土樁法其中一種類型，擬結(jié)合在實際工程軟基處理中的應用過程進行分析。

2 水泥攪拌樁處理軟基概況

水泥攪拌樁，即利用機械設備通過回轉(zhuǎn)、翻松、噴粉和攪拌作業(yè)完成水泥和周圍軟土的混合，在一定深度和范圍內(nèi)對軟土進行加固處理，形成一定尺寸的加固土樁體。樁體和周圍軟土結(jié)合形成復合地基，提高路基變形模量，減少地下水對路基的滲透和影響，具有較大的承載能力和強度。

對水泥漿與土攪拌形成的水泥土進行室內(nèi)試驗，得到以下結(jié)論：（1）加固水泥土的強度隨水泥摻入比的增大呈遞增趨勢[5]；（2）加固水泥土隨齡期增加強度亦呈增大趨勢，當齡期超過28 d后強度仍有較明顯增長[6]；（3）水泥土強度隨水泥摻量的提高而增加[6]；（4）有機質(zhì)可使土具有較大的水容量和塑性、膨脹性及低滲透性，并使土的酸性增加，使水泥的水化反應受到抑制。有機質(zhì)含量小的水泥土強度比有機質(zhì)含量高的水泥土強度高得多[6]；（5）水泥土的抗拉強度、抗剪強度隨抗壓強度的增長而提高[7]。

3 工程應用分析

3.1 工程概況

基于上述分析，水泥攪拌樁在軟基處理中具有比較顯著的效果，為進一步分析水泥攪拌樁對市政道路軟基處治的成效，該文選擇位于廣東省深圳市的民華路（民治大道—民愉路）工程進行分析。

民華路（民治大道—民愉路）工程位于深圳市龍華區(qū)民治街道，南鄰民樂立交，西鄰民治大道，下穿民樂路市政工程接民愉路，道路紅線寬15 m，雙向兩車道，全長約520 m，采用城市支路建設標準。

3.1.1 工程地質(zhì)情況

根據(jù)該項目的地質(zhì)鉆探和勘察報告揭露，擬建工程路段內(nèi)分布的地層從上而下為：素填土、含礫黏土、淤泥、含有機質(zhì)礫砂、礫質(zhì)黏性土及全風化層、土狀強風化層、中風化層和微風化層。

擬建工程場地內(nèi)的特殊性巖土為素填土、淤泥、含有機質(zhì)礫砂。

（1）素填土

揭露層厚0.70～6.40 m，層底埋深0.70～8.00 m，平均厚度3.17 m。整體呈松散狀態(tài)，土層厚度及密實度差異均較大，密實度較低，該層未進行處理，不宜直接作為路基持力層。

（2）淤泥

揭露層厚2.40 m，平均厚度2.40 m，層頂埋深6.20 m。其壓縮性高，強度低，工程性質(zhì)差，不能直接作為路基持力層。

（3）含有機質(zhì)礫砂

揭露層厚0.40～2.30 m，平均厚度1.35 m，層頂埋深6.20～8.60 m，呈高壓縮性，力學性質(zhì)差，不能直接作為路基持力層。

其主要巖土力學參數(shù)值如表１所示。

3.1.2 工程周邊現(xiàn)狀條件

擬建工程位于現(xiàn)狀建成區(qū)，建成年代久遠，周邊建筑密集，且鄰近立交，根據(jù)擬建工程沿線地質(zhì)情況及《建筑抗震設計標準》（GB/T 50011—2010）、《公路工程抗震規(guī)范》（JTG B02—2013）中的相關規(guī)定，起點至K0+180段屬于臺地地貌，地形起伏小，屬于對建筑抗震一般地段。其中K0+180～K0+380段分布軟土層，屬于對建筑抗震不利地段，K0+380線路終點屬臺地地貌，該段下穿民樂路在建市政工程，地形起伏較大，屬對建筑抗震不利地段。

3.2 水泥攪拌樁設計

根據(jù)該工程項目的地質(zhì)與周邊情況，針對擬建場地內(nèi)埋深超過3 m的人工填土及淤泥路段采用最適合的水泥攪拌樁對道路路基進行加固，具體設計如下：

（1）樁徑：根據(jù)地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)和市政道路的承載需求，攪拌樁樁徑設計為0.5 m。

（2）樁長：樁長則根據(jù)不同路段的勘察結(jié)果進行設計，進入持力層的長度不少于1.0 m，平均樁長則分為4.0 m、5.0 m、5.5 m，具體樁長根據(jù)實際鉆孔情況確定。

（3）布置形狀：按照三角形的梅花樁進行設計布置，水泥攪拌樁的中心間距為1.3 m。

（4）水泥摻量：水泥攪拌樁水泥摻量為20%，水泥漿的水灰比宜為0.45～0.55。

（5）樁頂墊層：水泥攪拌樁樁頂鋪設50 cm級配碎石作為路基褥墊層，碎石壓實度不低于92%。

（6）檢測項目：根據(jù)設計要求，28 d水泥攪拌樁無側(cè)限強度不小于1.0 MPa。

28 d后單樁承載力不小于90 kPa，復合地基特征承載力不小于120 kPa。

3.3 前期準備

施工條件準備：施工前需進行場地平整，清除地上雜物及垃圾，并提前復核查驗地下管線情況。在拓寬路基外側(cè)開挖臨時排水溝，用以保證施工期間的排水，保證用水用電正常。

機械進場：水泥攪拌樁施工主要涉及的機械為攪拌樁機，分為單軸和多軸等類型，該工程選用的是單軸攪拌樁機。

材料進場：水泥攪拌樁最主要的材料為水泥，進場的水泥需具備出廠合格證，并送檢合格。水泥采用標準為P·O42.5的硅酸鹽水泥，不得有結(jié)塊，受潮或者變質(zhì)。

開工前試樁：在正式施工前進行成樁試驗，檢驗水泥攪拌樁的樁體是否均勻，水泥摻量和水灰比是否滿足設計要求等，以此核驗各種參數(shù)如噴漿壓力、鉆進速度、停漿時間等，并將合格的參數(shù)作為現(xiàn)場施工的參考依據(jù)。

3.4 施工過程

（1）根據(jù)施工放線定位的位置，將攪拌機移動至對應樁位，平衡塔架，確保雙向?qū)χ?，使攪拌鉆軸始終垂直于地面。

（2）根據(jù)設計及試樁確定的配合比要求制備水泥漿。

（3）用鋼絲繩緩緩吊起攪拌機，啟動攪拌機電機，等待機器正常運轉(zhuǎn)后，緩緩放松鋼絲繩，使攪拌機鉆軸沿導向架下降，當鉆頭鉆入土體后開啟泥漿泵，鉆進作業(yè)與噴漿作業(yè)一同進行。根據(jù)電流監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整下沉速度，工作電流不超過額定電流值60 A，如果鉆進阻力過大，下沉速度較慢，可提高壓重或加水稀釋土體以利于鉆進。

（4）當攪拌機下沉在設計深度時，停止鉆進，繼續(xù)攪拌一段時間后按照設計的速度勻速提升攪拌機，一邊提升一邊繼續(xù)噴漿攪拌，在提升至即將到達地面時停留噴漿攪拌一段時間。

（5）重復下沉與提升噴漿攪拌作業(yè)，使軟土與水泥漿充分攪拌均勻。

（6）施工完成后，完成樁質(zhì)量檢驗，質(zhì)量達到設計要求后移機進行下一根樁的施工作業(yè)。

（7）碎石墊層填筑與土工格柵鋪設，水泥攪拌樁施工完成后，對完成樁開展整體驗收，驗收通過后將0.5 m碎石墊層與土工格柵鋪設在上方，并對其進行壓實，檢驗壓實度滿足要求。

3.5 質(zhì)量檢驗

為保證路基施工質(zhì)量，根據(jù)設計要求對施工完成達到28 d齡期后的水泥攪拌樁及復合地基進行質(zhì)量檢驗，檢驗方式共采用了抽芯檢驗、單樁載荷試驗及復合地基載荷試驗三種方法。

試驗樁按比例隨機抽取，并且在每個施工點位分布均勻。檢驗得到的強度與承載力不得小于設計值。

3.6 檢驗結(jié)果分析

抽檢的三根試驗樁樁身芯樣強度代表值、單樁靜載試驗結(jié)果分別如表2和表3所示。

根據(jù)表2和表3可以得出相關參數(shù)滿足規(guī)范和設計要求，具體如下：

（1）芯樣試件抗壓強度值在6.4～9.6 MPa范圍，滿足設計不小于1.0 MPa的要求。

（2）單樁豎向承載能力滿足最大荷載180 kN，滿足不小于90 kN的設計要求。

4 結(jié)論

在市政道路設計的軟基處理過程中，水泥攪拌樁能夠有效提高復合地基的穩(wěn)定性與承載力。依托民華路（民治大道—民愉路）工程采用水泥攪拌樁處理軟土地質(zhì)的方案，該文得出以下結(jié)論：

（1）軟基的承載能力較差，為了滿足市政道路承載力要求，需要采取針對性的處治措施。

（2）水泥攪拌樁在市政道路軟基處理中具有較強的適用性，形成的復合地基具有較強的穩(wěn)定性和承載能力。

（3）采用水泥攪拌樁處理后的地基承載力能達到設計不小于120 kPa的要求。

參考文獻

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