濱海新區軟土地基處理技術工程示范研究

王新岐

（天津市市政工程設計研究院，天津市 300051）

0 前言

天津濱海新區瀕臨渤海，軟土分布廣泛，道路修建面臨沉降過大、承載力不足等問題。多年來，濱海新區在道路修建中先后采用了袋裝砂井、塑料排水板、水泥攪拌樁、高壓旋噴樁、夯擴樁、CFG樁、碎石樁等軟基處理方法。通過對濱海新區幾條建成通車后2～8 a內高速公路軟基處理效果檢測表明，目前采用傳統深層地基處理方法的道路工后沉降較大，處理效果不明顯[1]。

近年來，針對各種深層處理技術出現的種種問題，全國各地對各種新型樁處理進行深入研究，出現了例如大直徑振動沉模現澆混凝土薄壁管樁，以及同心雙向水泥攪拌樁處理技術，這些樁無論從成樁質量及施工工藝等方面都有很大的改進，也取得了很好的效果。這些深層樁處理技術在濱海新區軟基處理中效果如何，是否適合濱海新區軟土地質情況需進一步研究。為此，本文對幾種深層處理技術——水泥攪拌樁處理技術、雙向水泥攪拌樁處理技術、薄壁管樁處理技術進行工程示范研究，以便歸納其適用效果。

1 示范工程概括

海濱大道工程示范段位于天津集疏港公路二期南段工程K6+600～K6+900段，總長300 m，該段包括一處橋梁，屬于海濱大道K6+729.553管溝橋頭路基加寬段，地面標高一般在3.82～5.36 m之間，地下水位標高在1.19～3.07 m之間。該跨線橋處地層在勘察深度范圍內主要為全新統及上更新統部分地層，表層為0.5～1.0 m厚人工填土，其下為10～15 m厚淤泥質粘土或淤泥，軟塑～流塑狀態，高壓縮性，含水量在40%～55%之間，孔隙比1.2～1.5，為典型的軟土層。

為了對比雙向水泥攪拌樁與薄壁管樁處理軟基的效果，對示范段采用三種處理方式，北側橋頭采用薄壁管樁進行處理、南側橋頭采用雙向水泥攪拌樁進行處理，橋頭處理范圍兩側各50 m。50 m范圍內靠近橋頭25 m為處理段、遠離橋頭25 m為過渡段，除橋頭處理段外其他段落均采用淺層處理方式為50 cm山皮土+土工格柵+30 cm（混渣+8%戧灰）+40 cm水泥石灰土（3%水泥，6%石灰），具體處理范圍及處理形式見表1所列。

2 示范工程沉降特性分析

2.1 示范工程沉降計算

橋頭填土高度3.38 m，淺層處理段填土高度按照平均填土高度3.52 m，填土時間共分為二級，0～4個月填土至高度2.54 m，然后預壓6個月，10～12個月填土至高度3.38 m、3.52 m（路面結構厚度0.84 m），按照該填筑流程計算不處理、雙向水泥攪拌樁處理、管樁處理后橋頭路基沉降-時間變化曲線，見圖1所示。

從沉降計算結果可看出，沉降曲線較圓滑，填土時沉降較大，而在兩次填土間隔時沉降趨于穩定，不處理橋頭路基沉降最大，基準期內（施工期后15 a）沉降為0.482 m，工后沉降為0.175 m；采用各種樁處理后基準期總沉降大大減小，管樁處理后沉降最小，僅為0.336 m，工后沉降為0.088 m；水泥攪拌樁處理后路基基準期內沉降為0.207 m，工后沉降為0.093 m；各種樁處理均可滿足工后沉降小于10 cm的要求。

表1 海濱大道示范段路基處理形式一覽表

圖1 海濱大道示范工程處理段沉降計算曲線圖

2.2 示范工程沉降實測分析

實際填筑時基本按照所設計的填筑時間進行填筑。為分析采用不同處理形式下的沉降特性，分別在三種處理段中布置沉降板，共設置5個斷面，水泥攪拌樁處理段共布置2處沉降測試斷面、管樁處理段共設置2處沉降測試斷面、淺層處理段共設置1處沉降測試段。每斷面設置2個測點，分別為加寬部分靠近中央分隔帶處、加寬部分西半幅最外側車道邊緣。

為了對比各種處理方式的效果，統一將路基填土高度歸一為3.52 m，匯總實測累計沉降見圖2所示。

圖2 海濱大道示范工程各種處理方式路基實測沉降-時間曲線圖

從圖2可看出，在觀測時間段，各種處理方式沉降相差較大，淺層處理路基沉降最大，19.4個月沉降為0.375 6m，路面完工后沉降為0.337m，完工后沉降速率為0.007 28 m/月；采用各種樁處理后總沉降大大減小，沉降速率也大大減小，管樁處理段路基19.4個月后沉降最小，僅為0.176 5 m，路面完工后沉降為0.175m，完工后沉降速率為0.000 39 m/月；水泥攪拌樁處理路基19.4個月后沉降為0.248 4 m，路面完工后沉降為0.247 7 m，完工后沉降速率為0.000 13 m/月；各種樁處理后總沉降及完工后沉降速率均很小，說明管樁和雙向水泥攪拌樁處理軟基效果較好，可以滿足工程需要。

從圖2還可看出在鋪筑路面結構之前，各種處理路基沉降-時間曲線平緩，斜率較小，管樁斜率最小，在路基填土填至2.5～3.0 m時，沉降斜率急劇增加，說明該填土高度對沉降影響較明顯，從圖2還可看出淺層處理段沉降斜率增加更加明顯，管樁處理段沉降斜率過渡平緩，說明管樁處理效果比其它處理方式較好。

3 荷載-沉降特性分析

示范段單樁載荷試驗共4根（管樁2根、雙向水泥攪拌樁2根、復合地基載荷試驗4個測點（東西側橋頭各兩個測點），采用測試儀為MS-50位移傳感器（三零三所）、全液壓X-100型鉆機。圖3給出兩管樁實測單樁承載力測試結果。

從圖3可看出，在0～116 kN荷載范圍內，管樁沉降無明顯變化，而在荷載大于116 kN以后，沉降明顯增大，說明樁與土發生作用，但在測試范圍內（荷載增加至580 kN），沉降變化較均勻，沉降速率也較小，說明樁處于彈性工作范圍，最終樁累計沉降在16.43～17.69 mm之間。

圖4給出兩根水泥攪拌樁單樁承載力測試荷載-沉降曲線關系。

圖3 管樁1、管樁2單樁lgQ-S曲線圖

圖4 雙向水泥攪拌樁1、水泥攪拌樁2單樁lgQ-S曲線圖

從圖4可看出，在0～40 kN荷載范圍內，雙向水泥攪拌樁沉降無明顯變化，而在荷載大于40 kN以后，沉降明顯增大，說明樁與土發生作用，但在測試范圍內（荷載增加至200 kN），沉降變化較均勻，沉降速率也較小，說明樁處于彈性工作范圍，最終樁累計沉降在15.82～17.84 mm之間。

圖5給出水泥攪拌樁復合地基承載力測試荷載-沉降曲線關系。

圖5 雙向水泥攪拌樁復合地基lgQ-S曲線圖

從圖5可看出，在0～24 kN荷載范圍內，雙向水泥攪拌樁復合地基沉降無明顯變化，而在荷載大于24 kN以后，沉降明顯增大，但在測試范圍內（荷載增加至240 kN），沉降變化較均勻，沉降速率也較小，說明復合地基承載力大于120 kN，滿足設計要求。

圖6給出管樁復合地基承載力測試荷載-沉降曲線關系。

從圖6可看出，在0～52 kN荷載范圍內，管樁復合地基沉降無明顯變化，而在荷載大于52 kN以后，沉降明顯增大，但在測試范圍內（荷載增加至260 kN），沉降變化較均勻，沉降速率也較小，說明復合地基承載力大于130 kN，滿足設計要求。

4 雙向水泥攪拌樁抽芯試驗分析

對海濱大道示范段南側橋頭雙向水泥攪拌樁進行抽芯檢測，共抽芯檢驗12根樁，抽芯檢測采用全液壓X-100型鉆機，鉆芯深度段自孔口下有效樁頭，然后全程鉆進取芯樣，觀察水泥土的深攪均勻程度，觀察水泥含量及賦存狀態。對所抽芯樁沿樁身選取代表性芯樣進行無側限抗壓強度試驗，得出水泥土芯樣的無側限抗壓強度值。表2分別給出水泥攪拌樁鉆芯取樣結果。

從表2可看出：雙向水泥攪拌樁在樁體深度0～12 m范圍內，含灰量正常，成樁質量好，攪拌均勻，鉆芯取樣后的無側限抗壓強度較大，一般在0.975 MPa～2.085 MPa，且隨深度增加，各鉆芯取樣強度變化不大，說明雙向水泥攪拌樁較常規水泥攪拌樁成樁質量好，均勻性好，強度高。

圖6 管樁復合地基Q-S曲線圖

5 結論及建議

海濱大道工程示范段管溝橋頭路基雙向水泥攪拌樁、薄壁管樁處理、淺層處理對比結果表明：在觀測時間段，各種處理方式沉降相差較大，淺層處理路基沉降最大，雙向水泥攪拌樁及薄壁管樁處理后總沉降及完工后沉降速率均很小，說明管樁和雙向水泥攪拌樁處理軟基效果較好，與傳統水泥攪拌樁相比，雙向水泥攪拌及薄壁管樁具有質量容易控制，樁身強度均勻，承載力較大，沉降較小的特點，適合濱海新區類似軟土地區道路路基處理，具有顯著的優勢，具有推廣應用前景。

表2 海濱大道示范工程雙向水泥攪拌樁樁體抽芯檢測結果一覽表

[1]天津市市政工程設計研究院.濱海新區軟土地基處理效果調查報告[R].2011.

[2]Tr Vses Dorozhn Nauch-issled Inst,Design and construction of roadbeds on weak ground(In Russian),International Journal of Rock Mechanics and Mining Science&Geomechanics Abstracts,Volume 15,Issue 5,October 1978,Page A115.

[3]段曄新，喬影.高等級公路中的軟土地基處理方法[J].黑龍江水利科技，2005，（6）.

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