水泥攪拌樁在道路軟土路基加固處理中的應用與設計

洪昱

漳州市平原市政工程設計有限公司（363000）

水泥攪拌樁在道路軟土路基加固處理中的應用與設計

洪昱

漳州市平原市政工程設計有限公司（363000）

結合某市政道路軟土路基加固處理的工程實例，介紹了水泥攪拌樁加固處理的設計方法，總結了加固處理的設計及其參數計算，以供給相關專業技術人員參考。

0 引言

福建省漳州市古雷港經濟開發區緯五路為城市主干路，沿線以養殖場、池塘為主。根據地質勘察得知，大部分路段存在厚度不等的高壓縮性軟弱土層,不能滿足道路路基及市政管線承載力需求,需對路基進行加固處理。項目右側有一條平行于道路的引水主干管近期將要施工，項目建設工期緊，因此加固方案首先要保證工程質量達到要求，其次要縮短建設周期。在這種情況下，選用在福建省得到了廣泛應用且技術成熟的水泥攪拌樁作為首選處理方案，并與塑料排水板+堆載預壓方法進行經濟和技術比較。通過比較認為，水泥攪拌樁在工程質量和工期進度方面有保障，最終選擇深層攪拌樁進行路基加固處理。

1 地質條件

緯五路道路擬建段路線長約7.896 km，路基寬40 m，根據工程地質勘察報告，擬處理路段場地地層概況如下：

耕植土：厚度0.5 m，松散，稍濕，土質松軟，均勻性差，力學強度低。

淤泥質土：厚度2.8～14.8 m，飽和，流塑～軟塑狀，屬軟土，具低強度、高壓縮性，工程性能差。

粉質黏土：厚度0.0～10.8 m，稍濕～濕，一般呈可塑狀，具中等強度、中等壓縮性。

中砂：厚度2.3～17.1 m，一般呈稍密～中密狀，具中等強度、中等壓縮性。

殘積黏性土：厚度4.2～16.7 m，一般呈可塑～硬塑狀態，層位基本穩定，具中等強度、中等壓縮性。

由于淤泥質土承載力低，且具有流變、高壓縮性等特點,無法滿足路基及市政管線承載力需求,因此需要進行加固處理。

2 加固方案

2.1 方案比選

根據項目地質情況提出了水泥攪拌樁與塑料排水板+堆載預壓兩種方案、以下為水泥攪拌樁和塑料排水板+堆載預壓兩種方案在經濟技術方面的比較。

水泥攪拌樁：施工工藝成熟，項目區域施工經驗豐富，施工工期短，施工技術要求及造價相對較高，對環境有一定影響。

表1 土層設計參數

塑料排水板+堆載預壓：排水效率高、投資省、施工簡單、速度快，對周邊土層擾動小，但堆載土方需二次調運，預壓期較長。

因項目所在地為港口地區,土方資源緊缺，工期也較緊，排水板堆載土方需遠距離調運，工期按以往經驗包含預壓期需要12～14個月，且部分路段軟土下臥層中砂層為透水層，采用排水板處理效果不太理想。為保障工程質量和縮短建設周期，本次路基軟土加固采用水泥攪拌樁處理。在樁頂設置60 cm的碎石褥墊層，墊層中設置一層土工格柵以協調樁土變形，調整基礎不均勻沉降，保證樁土共同作用。

2.2 巖土參數

根據項目地質勘察報告，各土層設計參數見表1。

2.3 計算單樁承載力

本次設計選取軟弱土層較厚路段進行計算，以確保單樁承載力滿足設計要求。已知條件：樁徑d= 0.6 m，up=1.88 m，Ap=0.283 m2，樁長L=13 m；固化劑水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥，fcu取1.7 MPa,σp取0.5，η本次采用濕法取0.25；樁間土層分布為,淤泥質土厚12 m，qs=8 kPa，qp=60 kPa，中砂厚1.0 m，qs=25 kPa，qp=180 kPa。

由樁身材料強度確定的單樁承載力計算：

由樁周土和樁端土的抗力所提供的單樁承載力計算：

式中：Ra——單樁承載力特征值（kN）；Ap——樁身截面面積（m2）；η——樁強度折減系數，干法可取0.2～0.25，濕法可取0.25；fcu——與攪拌樁樁身混凝土配比相同的室內加固土試塊90 d無側限抗壓強度（kPa）；up——樁的周長（m）；qsi——樁周第i層土的側阻力特征值（kPa）；lpi——樁長范圍內第i層土的厚度（m）；αp——樁端端阻力發揮系數，可取0.4～0.6；qp——樁端端阻力特征值（kPa）；Ra=120.3（kN）。

2.4 復合地基承載力驗算

本次路段填方高度約3.8 m，路面結構+車輛荷載+路基填方自身重量及市政管線對基礎承載力的需求，路基承載力fs≥100 kN方能滿足設計要求。故本次攪拌樁樁間距采用1.3 m，按等邊三角形布置，面積置換率m=0.193；本次有設置褥墊層β取高值0.4；fsk取天然承載力特征值。

式中：fspk——復合地基承載力特征值（kPa）；fsk——處理后樁間土承載力特征值（kPa）；m——面積置換率；λ——單樁承載力發揮系數，可取1.0；Ra——單樁承載力特征值（kN）；Ap——樁身截面面積（m2）；β——樁間土承載力發揮系數，對淤泥、淤泥質土和流塑狀軟土取0.1～0.4。

計算結果fspk≥fs滿足設計要求。

由于路基下臥層中砂層天然承載力為180 kPa，已大于路基加固后承載力，下臥層強度滿足要求。

2.5 計算復合地基的變形（沉降）

復合地基沉降量包括加固土層樁群體的壓縮變形和樁端下未加固土層的壓縮變形兩部分之和。本次采用理正軟土路堤、堤壩設計軟件進行計算，加固土層變形（沉降）計算采用復合地基壓縮模量法，樁端下未加固土層采用壓縮模量法。

經計算，加固土層變形（沉降）量為S1=103 mm；樁端下未加固土層的變形（沉降）量S2=82 mm

最終總沉降量S=S1+S2=185 mm=0.185 m<0.3 m(一般路段路基規范容許工后變形)滿足設計要求。

3 質量控制措施

攪拌樁屬地下隱蔽工程,施工質量受機具、施工工藝、施工人員責任心等多種因素影響,質量控制應貫穿在施工的全過程。應堅持全過程的施工監理，施工過程中應隨時檢查施工記錄和計量記錄，并對照規定的施工工藝對每根樁進行質量評定。檢查重點是：水泥用量、樁長、攪拌頭轉數和提升速度、復攪次數和復攪深度等。

混凝土攪拌法施工現場事先應予以平整,必須清除地上和地下的障礙物。

施工前應根據設計進行工藝性試樁，數量不少于3根。

施工應前應確定灰漿泵輸漿量、灰漿經輸漿管到達攪拌機噴漿口的時間和起吊設備提升速度等施工參數，并根據設計要求通過工藝性成樁試驗確定施工工藝。

施工中應保持攪拌樁機底盤的水平和導向架的豎直，攪拌樁的垂直偏差不得超過1.0%，樁位的偏差不得大于樁直徑1/6。

施工中所使用的水泥應過篩，嚴格按照成樁試驗確定配合比拌制水泥漿液。制備好的漿液不得離析，泵送應連續。不得長時間放置，超過2 h的漿液則應降低標號使用。漿液倒入集料斗時應加篩過濾，避免漿內塊狀物損壞泵體。

拌制水泥漿液的罐數、水泥用量及泵送漿液的時間等應由專人記錄。噴漿量及攪拌深度必須采用經國家計量部門認證的監測儀器進行自動記錄。施工機具設備的漿體發送器必須配置漿料自動計量裝置，并記錄泥漿的瞬時噴入量和累計噴入量。

攪拌樁施工采用“二噴四攪”工藝，首次下鉆和提鉆用低檔,復攪時可提高一檔,充分預攪以利于土與水泥漿均勻攪拌。

當鉆頭鉆至樁底設計標高后,開始噴漿。為保證成樁質量,首次需在樁底部旋轉半分鐘后方可提升。當鉆頭提升至地面1 m時宜用慢速提升,當噴漿口到達樁頂標高時宜停止提升,在樁頂部位置噴漿攪拌半分鐘，以確保樁頭均勻密實。

攪拌機預攪下沉時不宜沖水。當遇到硬土層下沉太慢時，方可適量沖水，但應考慮沖水對樁身強度的影響。

施工中應記錄噴漿壓力、噴漿量、鉆進速度、提升速度等有關參數變化。當發現噴漿量不足時，應整樁復打，復打的噴漿量不應小于設計用量。如遇停電、機械故障等原因，噴漿中斷時，應使漿攪拌機下沉至停漿面以下0.5 m，待恢復供漿時再噴漿提升。若停機超過3 h時，應先拆卸輸漿管路，并進行清洗后方可繼續施工，防止漿液硬結堵塞管路。

施工過程中應經常檢查鉆頭直徑，攪拌鉆頭直徑磨耗量不大于10 mm。

樁機移位前,應向集料斗中注入適量清水，開啟灰漿泵，清洗全部管路中殘存的漿液，直至管路干凈，并將鉆頭清洗干凈后方可移位。

4 加固效果檢驗

根據設計要求，加固路段在單樁成樁后3 d用N10型輕便動力觸探對樁身上部均勻進行檢驗。檢驗時按1%的施工總樁數（最少不能少于3根）進行抽檢。成樁28 d后進行單樁靜載荷試驗及復合地基靜載荷試驗，檢驗數量為總樁數的1%（且不少于3處）。檢驗結果顯示，抽檢的各項指標均符合設計要求，達到了預期的加固效果。

5 結語

目前緯五路部分路基已使用一段時間，路基無明顯變形或沉降，工程進度及質量得到了保證，達到設計預期的目標。

工程實例表明，對于各類飽和軟黏土采用水泥攪拌樁處理后，地基承載力有較大的增加，工后沉降較小，處理效果較好，且具有土方量小、施工速度快等特點，適合大力推廣。