路基加固方式及施工工藝研究

■ 袁江 程軍 奚華峰

袁 江：南京河西新城建設(shè)指揮部，高級(jí)工程師，江蘇南京，210031

程 軍：南京河西新城新型有軌電車(chē)建設(shè)有限公司，高級(jí)工程師，江蘇 南京，210031

奚華峰：南車(chē)南京浦鎮(zhèn)車(chē)輛有限公司，教授級(jí)高級(jí)工程師，江蘇 南京，210031

1 概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，土地資源變得稀缺，各種各樣的工程建設(shè)需要在地質(zhì)條件較差的軟土地基上修建，軟土地基達(dá)到工程建設(shè)要求尤為重要。以南京市河西新城新型有軌電車(chē)快速公交（1號(hào)線）工程正線地基加固工程為例，論述深層攪拌（水泥土攪拌）和排水固結(jié)兩種軟弱地基處理方法。

水泥土攪拌法是加固軟土地基的成熟方法之一，其利用水泥、石灰等材料作為固化劑主劑，通過(guò)特制的深層攪拌機(jī)械，在地基中就地將軟土和固化劑（漿液狀或粉體狀）強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間產(chǎn)生的系列物理-化學(xué)反應(yīng)，使軟士硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)地基。

排水固結(jié)法的基本原理是軟土地基在附加荷載作用下，逐漸排出孔隙水，使孔隙比減小，產(chǎn)生固結(jié)變形。在這個(gè)過(guò)程中，隨著土體超靜孔隙水壓力的逐漸消散，土的有效應(yīng)力增加，地基抗剪強(qiáng)度相應(yīng)增加，并使沉降提前完成。排水固結(jié)法分為堆載預(yù)壓法、砂井法、真空預(yù)壓法、真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓法、降低地下水位法和電滲排水法。有軌電車(chē)快速公交（1號(hào)線）工程主要采用真空預(yù)壓法。

2 工程概況

有軌電車(chē)快速公交（1號(hào)線）工程正線全長(zhǎng)7.83 km，地貌屬長(zhǎng)江漫灘地，較為平坦，沿線穿越雙閘街道的雙龍村等村鎮(zhèn)和農(nóng)田，多河溝和水塘。

根據(jù)巖土工程勘察資料，工程地基處理深度范圍內(nèi)的巖土自上而下分布如下。1-1層：雜填土，主要為建筑垃圾、耕植土，平均層厚1.41 m。1-1A層：淤泥質(zhì)雜填土，有臭味，多為河塘底部填淤積局部夾磚渣，平均層厚1.13 m。1-2層：素填土，主要由黏土組成，局部硬塑，填齡大于10年，承載力90 kPa，平均層厚1.7 m。1-2A層：素填土，主要由黏土組成，填齡大于十年，承載力60 kPa，平均層厚1.71 m。2-1層：粉質(zhì)黏土，土質(zhì)不均，中等強(qiáng)度和中等韌性，強(qiáng)度分別為80 kPa和110 kPa，平均層厚1.47 m。2-2層：淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，局部夾薄層粉土，稍有光澤，中等強(qiáng)度和中等韌性，強(qiáng)度為60 kPa，平均層厚6.92 m。2-3層：淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土-粉砂，夾薄層粉砂和粉土，局部成互層狀，低強(qiáng)度和低韌性，強(qiáng)度為70 kPa，平均層厚2.7 m。2-4層：粉砂-粉土，局部中密，飽和；粉砂主要成分為石英、長(zhǎng)石和少量云母，低強(qiáng)度和低韌性，強(qiáng)度為150 kPa，平均層厚4.13 m。2-4A層：粉質(zhì)黏土，局部為淤泥質(zhì)粉黏土，中等強(qiáng)度和中等韌性，強(qiáng)度為80 kPa，平均層厚2.58 m。3-1層：粉細(xì)砂，局部稍密，飽和，局部夾中密粉土或軟塑粉質(zhì)黏土，級(jí)配一般；粉砂主要成分為石英、長(zhǎng)石和少量云母，強(qiáng)度為180 kPa，平均層厚10 m。

工程區(qū)域內(nèi)地表水為小河溝及水塘，水深0.8～1.3 m，底部淤泥厚0.5～1.2 m。地表水腐蝕性評(píng)價(jià)按Ⅱ類(lèi)環(huán)境考慮。經(jīng)判定，地表水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有微腐蝕性。勘探深度范圍內(nèi)的地下水可分為潛水層和弱承壓水層。潛水層的含水層由人工填土、2-1層—2-3層新近沉積的黏性土構(gòu)成。潛水上層對(duì)路基的穩(wěn)定性和土的工程性質(zhì)影響較大。弱承壓水層由2-4層粉砂-粉土—4層卵礫石構(gòu)成。

3 路基處理設(shè)計(jì)施工方案

由于工程地質(zhì)條件不能滿足建設(shè)需要，交叉路口、路橋過(guò)渡段的路基采取加固措施；軟土較深處的路基采用單軸雙向水泥攪拌樁加固措施，一般路段采用真空預(yù)壓+塑料排水板加固措施；真空預(yù)壓路段根據(jù)后續(xù)檢測(cè)評(píng)估判定是否采用加固措施。

3.1 單軸雙向水泥攪拌樁

單軸雙向水泥攪拌樁樁徑為0.5 m，樁間距1.2～1.5 m，梅花形布置。攪拌樁樁頂設(shè)厚0.4 m砂墊層。在軟土較厚路段，樁間距1.2 m，樁長(zhǎng)根據(jù)沉降控制要求計(jì)算確定。攪拌樁橫斷面設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1，其水泥摻量按17%～20%控制，施工時(shí)實(shí)際水泥摻量按現(xiàn)場(chǎng)含水量試驗(yàn)確定。施工時(shí)鉆桿下沉速度0.5～0.8 m/min，提升速度0.7～1.0 m/min；水泥采用PO42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水灰比為1︰0.45～0.55，水泥土28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.6 MPa；樁體壓縮模量不小于50～60 MPa；攪拌樁承載力特征值不小于100 kN。

攪拌樁施工流程見(jiàn)圖2，其施工工藝要求如下。

（1）平整場(chǎng)地，清除地表雜物，開(kāi)挖溝槽。

（2）確定攪拌孔位置，采用石灰線標(biāo)明并復(fù)核，樁機(jī)嚴(yán)格按定位線定位，攪拌樁樁徑500 mm，中心間距1.2～1.5 m。

（3）根據(jù)定位線鋪設(shè)枕木，安裝攪拌機(jī)，枕木要求鋪設(shè)水平，攪拌機(jī)保證機(jī)身垂直，確保攪拌樁偏差≤1.5%；攪拌機(jī)在指定樁位對(duì)中；采用經(jīng)緯儀進(jìn)行垂直度校正，確保鉆機(jī)垂直度。

（4）按攪拌樁施工工藝要求，做到“二噴二攪”，第一次噴漿為水泥用量的70%（下沉），第二次為30%（提升）。攪拌頭下沉?xí)r，開(kāi)啟灰漿泵，攪拌頭一邊攪拌下沉一邊噴漿。樁底1 m范圍進(jìn)行復(fù)攪，再進(jìn)行提升噴漿。攪拌樁噴漿提升高于樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高40 cm以上時(shí)關(guān)閉灰漿泵，單樁施工完成。

（5）提升注漿攪拌時(shí)，攪拌機(jī)下沉速度為0.5 m/min，提升速度為1.0 m/min。攪拌機(jī)下沉到設(shè)計(jì)深度時(shí)，開(kāi)啟注漿機(jī)將水泥漿壓入土中，邊注漿邊旋轉(zhuǎn)，同時(shí)提升攪拌機(jī)。注漿出現(xiàn)停機(jī)、斷漿及水泥漿離析等現(xiàn)象時(shí)，必須從停漿位置以下1 m處重新進(jìn)行注漿攪拌提升。

（6）攪拌樁完成后，在集料斗中加入清水，開(kāi)啟灰漿泵，清洗壓漿管道及其他機(jī)具后，移至下一根攪拌樁施工位置。

3.2 真空預(yù)壓+塑料排水板

真空預(yù)壓路段地基處理橫斷面見(jiàn)圖3。

（1）真空預(yù)壓路段密封膜下真空持續(xù)穩(wěn)定在80 kPa以上連續(xù)抽真空3個(gè)月，連續(xù)5個(gè)晝夜實(shí)測(cè)沉降速率小于0.5 mm/d或固結(jié)度達(dá)到90%以上時(shí)，可逐段減壓至停止抽真空。

（2）塑料排水板的pc100-b粘合型塑料排水帶規(guī)格：100 mm×4 mm，材料為新料（非再生料）。塑料排水板布置為梅花形，間距1.2 m。塑料排水板打到設(shè)計(jì)深度后，其頂面應(yīng)高于或齊平砂墊層頂面。

（3）中粗砂墊層、碎石墊層壓實(shí)系數(shù)（壓實(shí)度）不得小于0.94。

（4）為保證真空預(yù)壓高效、合理實(shí)施，對(duì)沿線軟基處理范圍分段進(jìn)行預(yù)壓，段間采用密封溝隔離。

真空預(yù)壓+塑料排水板施工工藝流程見(jiàn)圖4，其施工工藝要求如下。

（1）真空預(yù)壓路段路基橫向處理范圍邊線為1︰1.5放坡坡腳底部外不小于3 m。

（2）排水主管、濾管及管連接件均采用PVC管；濾管按正三角形開(kāi)濾水孔，孔徑8 mm，間距5 cm；濾管采用質(zhì)量≥250 g/m的無(wú)紡?fù)凉げ及龅街煌杆煌干啊?/p>

（3）砂墊層采用潔凈的中粗砂，含泥量應(yīng)小于5%。

圖1 攪拌樁橫斷面設(shè)計(jì)示意

圖2 攪拌樁施工流程

4 質(zhì)量檢驗(yàn)

（1）單軸雙向水泥攪拌樁檢測(cè)方法。對(duì)承受豎向荷載的攪拌樁，其軸力最大值在樁頂往下3～4 m范圍，是大面積新回填土的回填位置，可采用輕便動(dòng)力觸探了解攪拌樁的強(qiáng)度；荷載試驗(yàn)宜在攪拌樁竣工28 d后進(jìn)行；在輕便動(dòng)力觸探和荷載試驗(yàn)后，對(duì)攪拌樁質(zhì)量有懷疑時(shí)，應(yīng)在其成樁28 d后采用雙管單動(dòng)取樣器鉆取芯樣，截取試塊做抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

圖3 真空預(yù)壓路段地基處理橫斷面示意

圖4 真空預(yù)壓+塑料排水板施工工藝流程

（2）真空預(yù)壓+塑料排水板檢測(cè)方法。真空持續(xù)穩(wěn)定在80 kPa以上連續(xù)抽真空超過(guò)3個(gè)月，固結(jié)度達(dá)到80%以上，卸載后現(xiàn)場(chǎng)取樣進(jìn)行檢測(cè)，地基土的各項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)基本滿足設(shè)計(jì)要求，真空預(yù)壓效果良好。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）通過(guò)工程監(jiān)測(cè)資料分析，采用單軸雙向水泥攪拌樁加固和真空預(yù)壓+塑料排水板加固的樁芯無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，地基承載能力、孔隙水壓力消散等符合要求，是行之有效的地基處理方法。

（2）單軸雙向水泥攪拌樁技術(shù)適用于淤泥、粉土等軟土地基，目前在粉砂土地基中最大施工深度達(dá)19 m；采用雙排梅花形布置形式，地基處理更加可靠；利用攪拌機(jī)將深層土體和水泥固化劑強(qiáng)制進(jìn)行攪拌，充分利用了軟土，避免了大量挖掘和棄土；加固過(guò)程中對(duì)周?chē)馏w無(wú)擾動(dòng)，施工時(shí)無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪聲，對(duì)周?chē)h(huán)境無(wú)污染；與目前常用的混凝土地下連續(xù)墻、地下噴漿等防滲技術(shù)相比，地基處理費(fèi)用低廉。

（3）采用真空預(yù)壓法，可使軟土地基沉降在預(yù)壓期內(nèi)基本完成，固結(jié)基本穩(wěn)定，避免了使用中地基出現(xiàn)沉降；可在短時(shí)間內(nèi)以較低的成本增加地基土的抗剪強(qiáng)度，提高地基的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。

[1]龔曉楠. 地基處理手冊(cè)[M]. 3版. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]羅騏先. 樁基工程檢測(cè)手冊(cè)[M]. 2版. 北京：人民交通出版社，2004.