水泥攪拌樁處治軟土地基的效果分析

趙 剛

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

隨著我國高等級公路發(fā)展，工程建設(shè)不可避免地遇到大量軟弱地基，我國地域遼闊，從沿海到內(nèi)地，由山區(qū)到平原，分布著多種多樣的地基土，其抗剪強(qiáng)度、壓縮性以及透水性等因土的種類不同而可能有很大的差別，地域條件區(qū)域性較強(qiáng)。

軟體路基處治方法有置換法、排水固結(jié)法(袋裝砂井、塑料排水板)、木樁擠密法、振沖碎石樁、爆擴(kuò)碎石樁、深層攪拌法等[1]。而水泥攪拌樁作為一種固結(jié)方法，不僅能使土體顆粒進(jìn)一步結(jié)合，封閉土層間的空隙，使樁體周圍的土體更為堅固，而且能使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的良好復(fù)合地基，從而提高地基的承載能力，減少地基沉降量，滿足工程建設(shè)的不同需求[2]。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)概況

路段場地內(nèi)覆蓋層主要分布有第四系的淤泥、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、黏土、下伏侏羅紀(jì)系中統(tǒng)下沙溪廟組泥巖夾砂巖。現(xiàn)按由新到老地層的順序描述如下（①～⑤為地層序號）：

a)填筑土（①）：灰褐色、褐黃色，干—稍濕，一般結(jié)構(gòu)較松散，部分已壓實(shí)，一般由可塑或硬塑黏土、粉質(zhì)黏土組成，局部含磚頭，主要為宅基地、河堤、路堤填土。厚度約0.50～3.40 m。

b)種植土（②）：灰褐色、褐黃色，結(jié)構(gòu)較松散，含植物根系，一般為棉田或菜地表土。沿線廣泛分布，厚度0.30～0.90 m。

c)淤泥（③）：灰黑色，飽和，流塑—軟塑，微臭，含腐殖質(zhì)，系水塘（溝）底部淤積而成，僅在水塘和水溝底部分布。厚度小，約0.50～0.70 m。

d)淤泥質(zhì)黏土（⑤）：褐灰色、深灰色，飽和，軟塑狀態(tài)，局部夾薄層可塑狀態(tài)粉質(zhì)黏土。

軟基深比較厚，根據(jù)試驗結(jié)果表明，淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土(黏土)呈灰色、深灰色，軟塑狀，飽和，厚度一般為0.80～8.90 m，天然含水量W平=42%，天然密度ρ平=1.81 g/cm3，比重 Gs=2.70，孔隙比 e平=1.136，壓縮系數(shù) α1-2=0.6 MPa-1，壓縮模量 Es=3.75 MPa，不排水抗剪強(qiáng)度 Cu=5～30 MPa，固結(jié)系數(shù) Cr=1.68～1.80×10-3cm2/s，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗N=3～7擊。淤泥質(zhì)黏土的含水量范圍值為31.9%～58.4%，孔隙比范圍值為1.023～1.647，液限范圍值為30%～51.6%，液限指數(shù)范圍值為1.0～1.89，直接快剪黏聚力為4.1～15.4 kPa，直接快剪內(nèi)摩擦角為2.1°～6.2°，物理力學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為液限指數(shù)高，高壓縮性，抗剪強(qiáng)度低的特點(diǎn)。

1.2 設(shè)計概況

水泥攪拌樁樁徑為500 mm，停灰面為地面下450 mm，樁長根據(jù)地質(zhì)情況為4～8 m,樁間距縱向為1.1 m，采用正三角形布置[3]。其具體布置詳見圖1所示。

2 施工工藝

2.1 施工準(zhǔn)備

采用PH-5D深攪鉆機(jī)[4]，確保設(shè)備完好，滿足工程要求。施工中將現(xiàn)場技術(shù)員、鉆機(jī)長、現(xiàn)場負(fù)責(zé)人、水泥攪拌樁樁長、樁距等制成標(biāo)牌懸掛于鉆機(jī)明顯處。施工圖紙樁位圖編號，測量人員測設(shè)出施工區(qū)域邊界線、縱橫軸線、攪拌樁樁位及樁位處地面高程，樁位用竹簽做明顯標(biāo)記，樁位偏差不大于50 mm。

圖1 水泥攪拌樁平面及斷面布置

2.2 施工工藝流程

四攪二噴的工藝流程為：鉆機(jī)就位→檢驗、調(diào)整鉆機(jī)→正循環(huán)四檔噴漿鉆進(jìn)至設(shè)計深度→反循環(huán)四檔提鉆并噴水泥漿→上升至砂墊層以下30 cm→正循環(huán)五檔復(fù)攪下沉→反循環(huán)五檔提鉆攪至地面→成樁結(jié)束→移位下一樁→人工夯實(shí)樁頭，以保證樁頂密實(shí)完整。

2.3 施工關(guān)鍵技術(shù)

a)測量放線布樁時要對控制性軸線、樁位進(jìn)行復(fù)查，滿足要求后方可開鉆。

b)樁長、樁位、樁徑的控制：通過看儀表和鉆機(jī)搭架上做出的標(biāo)記來控制樁長，在設(shè)計樁長深度位置、地質(zhì)明顯變化位置標(biāo)記數(shù)字；樁位控制時測量放樣后應(yīng)插竹簽，然后灑白灰點(diǎn)；用吊錘球控制垂直度；樁徑控制要求不小于設(shè)計直徑，要經(jīng)常檢查鉆頭，發(fā)現(xiàn)磨損超限時及時焊補(bǔ)。

c)水泥劑量的控制：攪拌樁噴漿量控制采用“雙控”措施，即每一交接班施工數(shù)量與水泥用量的對照控制和采用分上、中、下3種不同地質(zhì)分層定量的方法控制每延米的噴漿量。機(jī)械配備電腦記錄儀，同時現(xiàn)場用比重計控制水泥漿稠度。

d)攪拌均勻性的控制：施工中樁機(jī)的檔位控制按照“四檔噴漿鉆進(jìn)→四檔噴漿提升→五檔復(fù)攪下沉→五檔復(fù)攪提升”的工藝進(jìn)行。同時，改進(jìn)鉆頭型式，增加鉆頭鋒利度以提高削切能力、增加鉆頭光滑度以減少阻力、增加反向削切（雙刃刀）、增加出漿口的順滑度。

e)現(xiàn)場采用取芯機(jī)隨機(jī)抽芯的方法當(dāng)即對已施工完成的試驗樁進(jìn)行取芯，檢驗其水泥含量及攪拌的均勻性，以此來控制施工質(zhì)量。

3 沉降觀測方法

3.1 觀測設(shè)備的安置

3.1.1 沉降標(biāo)埋設(shè)

沉降標(biāo)構(gòu)造示意圖如圖2所示。將沉降板埋入設(shè)計的樁號斷面處鋪好的砂墊層上，填埋第一層土并進(jìn)行壓實(shí)。然后在壓實(shí)面上挖深度為20～30 cm的坑槽，鋪上5 cm左右厚度的砂墊層，保持層面水平。將沉降標(biāo)放在砂墊層上，沉降標(biāo)只有第一節(jié)鋼管，管頂應(yīng)低于壓實(shí)面5～8 cm，測量管頂至底板的高差。填埋第二層土并進(jìn)行夯實(shí)，土層層面至管頂，并讀取初始標(biāo)高。第二層土施工完畢后，在管頂位置上接上第二節(jié)鋼管。觀測時應(yīng)注意，每節(jié)管的頂面有上、下管頂標(biāo)高兩個讀數(shù)，下節(jié)管頂面標(biāo)高用于計算第一沉降量，上節(jié)管頂標(biāo)高作為下次計算沉降量的數(shù)據(jù)。根據(jù)觀測需要，逐節(jié)連接接管，重復(fù)上述工作直至滿足需要。

圖2 沉降標(biāo)構(gòu)造示意圖

3.1.2 水準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)

水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)設(shè)在土質(zhì)堅硬的地段，以保證能夠長期保存，且位置應(yīng)垂直于路中心線50 m外。隨施工的進(jìn)行，路堤填筑高度逐漸增高，路堤升至一定高度時，為了減少沉降觀測由地面水準(zhǔn)點(diǎn)傳遞到路面的高差影響，可將水準(zhǔn)點(diǎn)轉(zhuǎn)設(shè)到有灌注樁的耳墻角上。橋角水準(zhǔn)點(diǎn)必須鉆孔埋設(shè)有球狀頂面的水準(zhǔn)標(biāo)點(diǎn)。橋角水準(zhǔn)點(diǎn)用三等水準(zhǔn)往返觀測，高差閉合差為±1.4 mm。

水準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)完成后，應(yīng)及時將水準(zhǔn)點(diǎn)劃分成若干區(qū)段，在各區(qū)段內(nèi)進(jìn)行聯(lián)測，確定各水準(zhǔn)點(diǎn)的準(zhǔn)確高程。在之后的觀測過程中應(yīng)定期檢驗水準(zhǔn)點(diǎn)，保證沉降觀測的精度。

如若在檢驗時需要對水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，那么在調(diào)整完之后，必須將前期觀測成果按水準(zhǔn)點(diǎn)新高程重新計算觀測點(diǎn)高程，用來與后期成果比較計算沉降量。

3.1.3 水準(zhǔn)儀及水準(zhǔn)尺

水準(zhǔn)儀用的是索佳C32型號，水準(zhǔn)尺為紅、黑面鋁合金材質(zhì)，長度為3 m。在進(jìn)行觀測前應(yīng)檢查儀器的圓水準(zhǔn)器、十字絲位置、自動安平水準(zhǔn)儀補(bǔ)償器靈敏度以及i角的準(zhǔn)確性。水準(zhǔn)尺應(yīng)完好無損，刻度清晰，尺底牢固。

3.2 路基沉降變形監(jiān)測周期

公路施工一般分為填筑期、預(yù)壓期和路面施工期3個階段。監(jiān)測頻次按表1監(jiān)測頻次表進(jìn)行。

表1 監(jiān)測頻次表

當(dāng)有特殊要求或發(fā)現(xiàn)有異常情況時，適當(dāng)縮短觀測周期。

4 路基施工期間沉降觀測結(jié)果分析

圖3 斷面K111+405沉降觀測圖

該段路基設(shè)觀測點(diǎn)于K111+405、K111+900兩處進(jìn)行觀測沉降量。從圖3、圖4的沉降曲線圖也可以看出，在路堤填筑期間，每次隨著填土的增加，路基會出現(xiàn)明顯的較大沉降，表明隨著路堤的填筑，地基開始固結(jié)排水，發(fā)生沉降。斷面K111+405最終沉降分別為91.4 cm，于路堤填筑期2010年9月沉降速率分別達(dá)到28.5 cm/月。斷面K111+900最終沉降分別為98.9 cm，于路堤填筑期2010年9月沉降速率分別達(dá)到21.9 cm/月。從2011年11月以后的曲線已經(jīng)是趨于收斂，說明該段路基已經(jīng)是趨于穩(wěn)定，可以進(jìn)行下道工序路面施工。

圖4 斷面K111+900沉降觀測圖

5 結(jié)語

a)在軟基處治施工中一定要進(jìn)行施工沉降觀測。通過觀測數(shù)據(jù)來保證工程的穩(wěn)定性，指導(dǎo)施工。

b)從沉降觀測結(jié)果來看，K111+405—K111+900段路基采用水泥攪拌樁處治是成功的，為今后進(jìn)一步推廣應(yīng)用水泥攪拌樁處治軟基提供了實(shí)踐經(jīng)驗。