高速公路橋頭深厚軟土地基的水泥攪拌樁處理

歐陽光

（湖南省高速公路管理局，湖南 長沙 410016）

0 引言

軟土地基上修建的高等級公路，通車運營后，往往會產生一定的沉降，沉降量的大小隨軟土深度、處治方式不同而不同。軟基處理不當導致的后果對高等級公路的運營安全有較大的影響[1，2]。當處治不當時，往往會產生較大的差異沉降，導致路基差異變形，進而發展到路面整體開裂，在雨水的作用下，掏空路面基層及土基，嚴重時甚至產生路基整體失穩。軟土路基的這種差異沉降，在橋梁結構物與路基相接處更為明顯。軟基路段的橋臺差異沉降一般都較難處理，往往產生較大的橋臺跳車，嚴重影響行車舒適性和安全性[3，4]。

本文通過計算分析水泥攪拌樁處理橋頭軟基的實例，得出一定軟土深度范圍內的橋頭路基處理方式。采用水泥攪拌樁處理橋頭軟基，路基工后差異沉降滿足設計要求，通車運營后沒有產生明顯的橋臺跳車病害，說明該軟基處理方式取到較好的處治效果。

1 軟基拓寬處理方案比選

某高速公路項目在K22+400～K25+880段落廣泛分布淤泥質土、粉質粘土等軟土，根據地質鉆孔資料，大部分軟土深度為6.5～13.8m左右，軟土物理力學指標見表1。

表1 主要土層物理力學指標統計表

針對本項目的軟土的具體特點和分布情況，參照本地區施工技術成熟、處治效果較好的軟土路基處理方式進行系統的分析比選（見表2）。此外，考慮到工期要求以及橋頭路基工后沉降量應小于等于10cm，綜合對比，本段橋頭軟基處理方式選擇水泥攪拌樁進行處理。

表2 軟基處理方案對比

2 水泥攪拌樁設計及施工

2.1 水泥攪拌樁設計

2.1.1 設計方案

本項目軟基處理水泥攪拌樁采用漿噴樁。樁直徑0.5m，樁間距根據各路段計算情況確定，一般為1.3～1.5m。樁的長度由沉降及穩定計算結果確定，原則上全部穿透軟土層，并打入持力層大于等于0.5m，主要用于處理深度小于14m的軟土地基。

圖1 水泥攪拌樁處理橋頭軟基設計圖

漿噴樁在平面上呈正三角形布置（布置區域邊線與構造物基礎輪廓線平行，見圖1）。漿噴樁處理段采用等載預壓，預壓期90d。樁身設計無側限抗壓強度為：R28=0.6MPa，R90=1.2MPa。

水泥攪拌樁布置范圍至路基坡腳處。橋頭處理路段水泥攪拌樁樁距1.5m；在復合地基處理段與一般路基段之間設置10m過渡段，水泥攪拌樁樁距1.7m；臺前處理長度為1.5H，H為橋臺填土高度,水泥攪拌樁樁距也是1.5m。過渡段處理采用變間距的方法，以使不同處理方案路段間的工后沉降均勻過渡，避免處治方法本身帶來的差異沉降。

2.1.2 承載力[5，6]

水泥攪拌樁復合地基承載力標準值一般可通過現場復合地基載荷試驗確定，也可根據下式計算：

式中：fsp——水泥攪拌樁復合地基承載力標準值；

c——水泥攪拌樁樁土置換率；

Rk——水泥攪拌樁單樁承載力標準值；

Ad——水泥攪拌樁截面面積；

α——承載力折減系數，一般可取0.5-1；fs——原有天然地基承載力標準值。

2.1.3 沉降[5，6]

水泥攪拌樁復合地基的沉降量一般較少，主要包括兩部分：樁身以內復合地基的壓縮變形S1和樁端往下未處理土基的壓縮變形S2。其中：

式中：S1——復合地基的壓縮變形；

P1——群樁體底面處平均自重壓力；

P2——群樁體底面處平均附加壓力；

L——水泥攪拌樁有效樁長；

Eps——復合地基的壓縮模量。

2.1.4 典型斷面沉降量計算

對軟基路段的橋頭路基處理進行沉降量計算，在兩側橋頭路基選取三個計算斷面，分別為橋頭過渡段、橋頭處理段和臺前處理段。大樁號橋頭路基（0號橋臺）填高5.0m，小樁號橋頭路基（n號橋臺）填高4.5m，各斷面計算沉降量見表3。

表3 橋頭路基沉降計算表

從以上計算結果分析，橋頭路基過渡段、橋頭路基處理段、臺前段的工后沉降、總沉降均滿足設計要求（橋頭路基過渡段小于0.2m、橋頭路基處理段小于0.1m、臺前段小于0.1m），說明水泥攪拌樁處理該處橋頭路基及過渡段能有效減小路基沉降，達到了設計要求。

2.2 材料要求

水泥采用32.5級普通硅酸鹽水泥，所購置的水泥應是國家的免檢產品，且在有效期內使用；嚴禁使用受潮、結塊、變質的劣質水泥。對非免檢廠生產的水泥，應分批提供有關標號、安定性等試驗報告[9]。 水灰比一般采用0.4～0.45。

2.3 施工質量控制及質量檢驗

2.3.1 質量控制

施工時的質量控制應符合以下規定：

a）漿液拌制必須按預定的配合比進行，拌制好的漿液應無離析現象，且放置時間不宜超過2h；

b）開始泵送作業前，應保持管路處于潮濕狀態，一遍漿液順利輸入，現場施工時應對漿液拌制、泵送施工全過程進行記錄；

c）正式施工前應進行試樁試驗，得出全面開展施工的的技術參數，再行開展大面積施工；試樁試驗過程應全程記錄，如每米下沉時間、提升時間、送漿時間、停漿時間等參數；

d）提供使用的漿液必須拌合均勻，施工中供漿必須連續；如果因不可抗因素停漿，為避免斷樁，應將噴漿攪拌機放置停漿面以下1.0m處，等供漿回復正常后再噴漿提升；

e）噴漿施工過程中攪拌機施工至至地面以下2m左右時提升速度應減慢；當噴漿口施工至地面時，應暫停提升，攪拌噴漿10左右秒以保證樁頭施工質量；

f）漿噴樁施工過程中如果噴漿量不足使得該樁失去設計功效時，必須在旁邊補充一根新樁，補充的新樁施工與其它樁施工質量相同；

g）噴漿施工過程時，必須嚴格按試驗得到的鉆進深度、停灰時間、噴粉時間、送漿時間等，確保施工質量，以電流大于60A作為控制電流，確保樁體穿透軟土層進入持力層50cm；

h）漿噴樁施工結束28d，并經檢驗合格后，方可以填筑路基。

2.3.2 質量檢驗

2.3.2.1 施工允許偏差

施工允許偏差檢驗項目包括樁長、樁徑、樁距、單樁噴漿量（由水泥摻量及水泥漿水灰比換算得出）和強度等（詳見表4）。

2.3.2.2 挖樁頭檢驗

成樁7d內，應進行挖樁頭檢驗，觀察樁體成型情況及攪拌均勻程度，如實做好記錄，檢查頻率為1%，開挖深度不小于1.5m，如發現凝體不良等情況，應報廢補樁。

表4 漿噴樁施工允許偏差

2.3.2.3 無側限抗壓強度試驗

成樁28天后，對不同軟土地質條件、不同樁長路段，分別在整樁長度范圍內進行鉆芯取樣，并進行無側限抗壓強度試驗，要求其上、中、下部（按樁長1/3等分）強度的平均值≥0.6MPa，最小值≥設計強度的1/3，抽檢頻率≥樁數的2%。

3 軟基處理效果觀測

為施工安全考慮，軟基處理設計時根據竣工驗收及通成運行后的沉降觀測數據（見表5），設置沉降板和孔隙水壓力計[7～9]，依據觀測數據指導現場施工[10]。

表5 沉降觀測表

由表中數據可知，本項目橋頭路基軟土路段經過水泥攪拌樁處理，兩側橋頭路基處理段路基總沉降分別為0.075m和0.058m，小于0.1m，滿足設計要求；通車至今一年沒有產生橋臺跳車病害，說明水泥攪拌樁處治橋頭路基深厚軟土達到了預期效果。

實際觀測到的沉降量較計算值大，可能是由于實際施工時成樁未豎直，部分水泥攪拌樁有傾斜，軟土材料具有不均一性，試驗獲取的軟土物理力學參數不能完全代表軟土整體物理力學性質等因素引起的。

4 結論

軟土地區的橋頭路基是連接一般路基與橋梁結構物的過渡段，軟基處理方式的選擇尤為關鍵，處理不好，很容易在通車后產生橋臺跳車病害，這對橋頭路基的軟土處理提出了較高的要求。由于橋梁構造物是剛性的，沉降基本可忽略，因此對橋頭路基的處理應選擇偏剛性的復合地基處理方式。本文工程實例分析說明，一定深度范圍內的橋頭軟土路基，水泥攪拌樁處理能有效控制路基沉降，避免產生橋臺跳車。本文所得主要結論如下：

a）對不同軟土深度及不同工期要求的橋頭軟基處理，應結合經濟合理、技術可行的處治原則，在控制沉降變形及工期允許的前提下，應選擇造價更為經濟的處治方式；

b）橋頭路基軟土處理應設置橋頭路基處理過渡段，樁間距較橋頭路基處理段可適當放大，以避免橋頭路基與一般路基間的差異沉降過大，同時應對橋臺臺前一定范圍內也進行處理，本項目臺前范圍1.5H，H為橋頭填土高度，其他項目可參考使用；

c）水泥攪拌樁處理3～14m深度的橋頭軟土路基，能使工后沉降滿足要求，避免橋頭跳車，同時也是較為經濟的軟基處治方式，且施工工期較短，同類工程可參考使用。

[1]婁亦紅，張文基.京珠高速公路軟基加固技術及其效果分析[J].中南公路工程，2002，（4）：21-23.

[2]蘇陽.廣佛高速公路擴建工程軟基路段施工簡介[J].水運工程，2001，（2）：51-55.

[3]徐澤中，方滌華，姜樸，等.滬寧高速公路軟土的工程特性研究[J].水利水電科技進展，1998，18（2）：9-12.

[4]高翔，劉松玉，石名磊.軟土地基上高速公路路基擴建加寬中的關鍵問題[J].公路交通科技，2004，21（2）：29-33.

[5]JGJ 79—2002，建筑地基處理技術規范[S].

[6]GB 50007—2002，建筑地基基礎設計規范[S].

[7]劉松玉.公路地基處理[M].南京：東南人學出版社，2001.

[8]JTJ 017—96，公路軟上地基路堤設計與施工技術規范[S].

[9]蔡家范，許道化，等.滬寧高速公路軟土地基綜合處理技術研究和實踐[J].水利水電科技進展，1998，18（2）：1-4.

[10]王盛源，關錦荷.高速公路深厚軟基上路堤填筑快速施工的監測[J].土工基礎，1998，12（2）：10-13.