基于水泥攪拌樁加固的路基質(zhì)量管理

摘要 文章基于某高速公路軟土路基加固工程，制定了水泥攪拌樁的具體施工方案與質(zhì)量控制措施，并通過施工現(xiàn)場路基沉降監(jiān)測檢驗(yàn)了水泥攪拌樁的加固效果，主要研究結(jié)果如下：（1）在相同攪拌樁軸轉(zhuǎn)速的條件下，現(xiàn)場單樁靜載強(qiáng)度與水泥摻入比整體成正相關(guān)關(guān)系；在相同水泥摻入比的條件下，試驗(yàn)樁抽芯樣本的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與攪拌樁軸轉(zhuǎn)速整體成正相關(guān)關(guān)系。（2）結(jié)合抽芯無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和現(xiàn)場單樁靜載強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果，在滿足水泥攪拌樁樁體強(qiáng)度要求的條件下，將水泥摻入比設(shè)置為18%，攪拌樁軸轉(zhuǎn)速設(shè)置為40 r/min，可以最大程度地節(jié)省施工成本。（3）填筑結(jié)束時樁頂與樁間土最終的沉降量差值為3.3 mm，差異性不顯著，表明水泥攪拌樁對地基整體實(shí)現(xiàn)了較好的加固效果。

關(guān)鍵詞 水泥攪拌樁；路基加固；質(zhì)量管理；沉降監(jiān)測

中圖分類號 U418.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）02-0123-03

0 引言

在城市道路建設(shè)中，經(jīng)常會遭遇多樣化的地質(zhì)環(huán)境，特別是軟土地基的情況屢見不鮮。軟土因其特有的物理力學(xué)特性，對道路建設(shè)的各個環(huán)節(jié)提出了嚴(yán)峻的技術(shù)挑戰(zhàn)。水泥攪拌樁技術(shù)因其操作簡便、效果卓越、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且環(huán)保等特點(diǎn)，在軟土區(qū)域的施工中廣泛應(yīng)用[1-4]。目前已經(jīng)開展了許多關(guān)于水泥攪拌樁加固軟基的研究，張家欣[5]基于縣道335康美復(fù)線一期工程，借助有限元軟件模擬了復(fù)合地基模型，詳細(xì)分析了樁土接觸面的摩擦系數(shù)、含砂量、地表荷載等因素對復(fù)合地基沉降、樁身附加應(yīng)力等的影響機(jī)制。王麗萍[6]聚焦于某高速公路工程，深入探討了軟土地基處理中水泥攪拌樁的加固技術(shù)，制定了詳細(xì)的水泥攪拌樁施工方案，并在施工后采用靜力觸探、鉆孔取芯和低應(yīng)變動測等手段進(jìn)行了質(zhì)量檢測，全面評估了樁體的強(qiáng)度、均勻性和樁長，旨在為水泥攪拌樁質(zhì)量檢測方法的優(yōu)化提供有力支持。

該文聚焦于水泥攪拌樁的施工技術(shù)，深入剖析其施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)和質(zhì)量控制策略，以期對水泥攪拌樁的設(shè)計(jì)和施工提供更為精準(zhǔn)的指導(dǎo)和參考。

1 水泥攪拌樁施工

1.1 工程背景

該文基于某高速公路工程展開研究。高速公路接線段全長近21.3 km，起止樁號為K140+860～K160+713。其中，軟土路段集中在K149+503～K152+506和K155+818～K159+352，主要組成為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和粉砂。

1.2 工藝流程

該工程水泥攪拌樁的施工流程如圖1所示。

1.3 注意事項(xiàng)

在施工過程中，需要特別關(guān)注以下幾個關(guān)鍵步驟，以確保施工的順利推進(jìn)。

（1）當(dāng)進(jìn)行定位下沉?xí)r，應(yīng)嚴(yán)格參照施工圖表，確定沉樁點(diǎn)的位置，并使用臨時樁進(jìn)行標(biāo)記，以確保攪拌機(jī)準(zhǔn)確地在預(yù)定的圖示地點(diǎn)進(jìn)行沉樁操作。

（2）施工前應(yīng)預(yù)先攪拌水泥漿，根據(jù)圖紙和具體施工要求，按照預(yù)定的配比調(diào)配所需的水泥漿，然后將其注入容器進(jìn)行存放，以便后續(xù)使用。

（3）在固定攪拌機(jī)的過程中，務(wù)必確保攪拌樁機(jī)器的傾斜角度小于1%，以保證施工的穩(wěn)定性和安全性。

（4）為了提高施工效率，節(jié)約時間成本，在保證攪拌足夠充分的條件下，可以適當(dāng)提高噴漿攪拌的速度并調(diào)整其下降深度。

（5）在攪拌過程中，應(yīng)全面且多角度地進(jìn)行攪拌，確保土和漿液能夠充分混合，以達(dá)到理想的黏合狀態(tài)，提高施工質(zhì)量。

（6）施工完成后，應(yīng)加注開水對灰漿泵進(jìn)行徹底清洗，去除集料器在使用過程中因反復(fù)使用而積累的污垢。清洗完成后再將設(shè)備移動到下一個施工柱位，準(zhǔn)備進(jìn)行下一階段的施工。

2 加固質(zhì)量控制研究

2.1 工藝性試樁方案

試樁工作通過對地質(zhì)資料的再核查，以及對施工設(shè)備、工藝及操作流程適用性的全面評估，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案中的水泥攪拌樁是否滿足工程所需的承載力和沉降標(biāo)準(zhǔn)，以確定攪拌機(jī)最優(yōu)的鉆進(jìn)提升速度、軸轉(zhuǎn)速、攪拌遍數(shù)和水泥摻入比，進(jìn)而提升樁體整體強(qiáng)度，增強(qiáng)加固效果。因此，試樁工作在施工過程中是不可忽視的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

該項(xiàng)目采用三角梅花形布局設(shè)置現(xiàn)場的水泥攪拌樁，并選取42.5級的普通硅酸鹽水泥作為材料，樁徑取0.5 m，樁長度取15 m，樁間距設(shè)置為1.1 m。在試樁的過程中，設(shè)置12%、15%、18%、20%四種水泥摻入比，并在各水泥摻入比條件下設(shè)置30 r/min、40 r/min、50 r/min三種不同的攪拌樁軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)行試驗(yàn)樁的成樁操作，以探究不同水泥摻入比和攪拌樁軸轉(zhuǎn)速對成樁質(zhì)量的影響。在試驗(yàn)樁施工結(jié)束28 d后，對采用30 r/min和50 r/min軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行成樁的試驗(yàn)樁，開展抽芯樣本的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)；對采用40 r/min軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行成樁的試驗(yàn)樁，開展現(xiàn)場單樁的靜載強(qiáng)度試驗(yàn)。

2.2 結(jié)果分析

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與水泥摻入比的關(guān)系曲線如圖2所示，靜載強(qiáng)度與水泥摻入比的關(guān)系曲線如圖3所示。根據(jù)施工方案，抽芯樣本無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值為0.9 MPa，而現(xiàn)場單樁靜載強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值為96 kN。

從圖2可以看出，在攪拌樁軸轉(zhuǎn)速分別為30 r/min和50 r/min的條件下，不同水泥摻入比試驗(yàn)樁的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均大于設(shè)計(jì)值0.9 MPa。在相同水泥摻入比條件下，試驗(yàn)樁抽芯樣本的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與攪拌樁軸轉(zhuǎn)速整體成正相關(guān)關(guān)系，并且低轉(zhuǎn)速條件下的關(guān)系曲線表現(xiàn)出更強(qiáng)的線性特征。這主要原因是地基土塊在高轉(zhuǎn)速條件下被切削成更細(xì)小均勻的顆粒，使得水泥漿液與土體混合得更加充分，從而提升了樁體的整體強(qiáng)度。

從圖3可以看出，在相同攪拌樁軸轉(zhuǎn)速的條件下，現(xiàn)場單樁靜載強(qiáng)度與水泥摻入比整體成正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)水泥摻入比大于18%時，現(xiàn)場單樁的靜載強(qiáng)度值大于設(shè)計(jì)值96 kN，滿足設(shè)計(jì)要求。這主要原因是隨著水泥摻入比的提升，樁體單位體積內(nèi)的水泥含量也隨之增加，固化反應(yīng)更加充分，所形成的結(jié)構(gòu)也更加緊密，減少了強(qiáng)度的離散性，提升了整體的固化程度，從而顯著強(qiáng)化了水泥土中的固化效果。

綜合前文所述，各攪拌樁軸轉(zhuǎn)速均滿足無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值，但水泥摻入比需達(dá)到18%才能滿足靜載強(qiáng)度要求，因此在符合施工要求的條件下，為了盡量降低施工的經(jīng)濟(jì)成本與時間成本，該工程采用18%的水泥摻入比，攪拌樁軸轉(zhuǎn)速設(shè)置為40 r/min。

3 室內(nèi)含水率與強(qiáng)度關(guān)系試驗(yàn)

在18%水泥摻入比的條件下，制作9個含水率分別為30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%的水泥土試塊，養(yǎng)護(hù)28d后進(jìn)行室內(nèi)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。水泥土試塊的強(qiáng)度與含水率的關(guān)系曲線如圖4所示。

從圖4可以看出，在含水率不超過35%時，隨著含水率的上升，水泥土試塊的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度有小幅增加；當(dāng)含水率超過35%后，水泥土試塊的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與含水率整體成負(fù)相關(guān)關(guān)系，曲線類似反比例函數(shù)，下降速率在含水率為40%～50%的范圍內(nèi)達(dá)到最大值；當(dāng)含水率超過55%后，下降速率逐漸趨于平穩(wěn)。

4 路基沉降現(xiàn)場監(jiān)測

施工現(xiàn)場監(jiān)測到的地基表面沉降值，可以直觀地體現(xiàn)復(fù)合地基路堤土體的形變特性及其整體穩(wěn)定性，并可以用其預(yù)測工程完工后的沉降演變趨勢。此外，施工過程中路堤的填筑速度也可以基于這些沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，從而進(jìn)一步保證施工質(zhì)量。因此，為了驗(yàn)證該施工質(zhì)量控制方案的效果，在 K150+500處設(shè)置觀測斷面，對填筑過程中的地基沉降進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。

4.1 監(jiān)測方法

為了保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，將沉降板埋設(shè)于路基中心線處的樁頂及樁間土上。在安置前，先在鋼板下方鋪設(shè)一層均勻厚度的細(xì)砂，并在砂墊層上進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲簩?shí)和揉搓，以確保底座與砂墊層的緊密貼合。在埋設(shè)過程中，需要注意沉降桿的垂直度，確保其在安裝時保持鉛直狀態(tài)。同時，為防止鋼底板出現(xiàn)局部懸空現(xiàn)象，應(yīng)特別注意沉降板底座的水平穩(wěn)定性。沉降板埋設(shè)完畢后，應(yīng)迅速進(jìn)行土體的回填與壓實(shí)工作，確保地基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。

若監(jiān)測到異常情況，應(yīng)立即暫停施工，并加大觀測頻率，直至該段落穩(wěn)定為止，確保施工安全與質(zhì)量。

4.2 監(jiān)測結(jié)果

路基中心處樁頂與樁間土的沉降量隨填土高度和時間的變化曲線如圖5所示。

由圖5可知，樁頂與樁間土的沉降量隨時間推進(jìn)均呈現(xiàn)增長趨勢。在填筑的前中階段，兩者的沉降規(guī)律表現(xiàn)出高度的一致性，沉降量無明顯差異。在填筑后期，樁頂與樁間土的沉降量逐漸趨于穩(wěn)定，樁頂?shù)某两盗窟_(dá)到128.1 mm，而樁間土沉降量則達(dá)到131.4 mm。當(dāng)?shù)鼗喜康暮奢d達(dá)到一定值后，樁間土與樁頂之間的沉降值逐漸呈現(xiàn)出較明顯差異，填筑結(jié)束時最終的差值為3.3 mm。從整體來看，水泥攪拌樁對地基的加固實(shí)現(xiàn)了較好的效果。

5 結(jié)語

該文基于某高速公路軟土路基加固工程，制定了水泥攪拌樁的施工工藝與質(zhì)量控制措施，確定了最優(yōu)施工方案，并通過路基沉降監(jiān)測驗(yàn)證了實(shí)際的加固效果，主要研究結(jié)果如下：

（1）在相同攪拌樁軸轉(zhuǎn)速的條件下，現(xiàn)場單樁靜載強(qiáng)度與水泥摻入比整體成正相關(guān)關(guān)系；在相同水泥摻入比的條件下，試驗(yàn)樁抽芯樣本的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與攪拌樁軸轉(zhuǎn)速整體成正相關(guān)關(guān)系。

（2）通過抽芯無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和現(xiàn)場單樁靜載強(qiáng)度試驗(yàn)，在滿足樁體強(qiáng)度要求的情況下，得到的最優(yōu)水泥摻入比為18%，最優(yōu)攪拌樁軸轉(zhuǎn)速為40 r/min。該施工方案不僅滿足工程實(shí)際對現(xiàn)場施工工藝的要求，還能提高工程的經(jīng)濟(jì)性。

（3）在填筑后期，樁頂?shù)某两盗糠€(wěn)定在128.1 mm，樁間土沉降量穩(wěn)定在131.4 mm，沉降量差值為3.3 mm，差異性不顯著，水泥攪拌樁對地基的整體加固質(zhì)量良好。

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