深層水泥攪拌樁的水泥摻量原位試驗研究

賀立 余輝 何文潤 張建球

摘要：深層水泥攪拌樁法作為一種原位加固法，能最大限度地利用原狀土的承載力或其他力學性能。文章通過原位實驗，確定最優水泥摻入量。試驗結果表明：地基含水量可能是水泥攪拌樁的水泥摻量的重要影響因素之一，在地基含水量較高時，適當提高水泥摻量，可增加地基的密實性，提高復合地基的承載力。

關鍵詞：深層水泥攪拌樁;復合地基;原位試驗;地基承載力

0 引言

我國在進行大規模沿海工程建設時，也面臨大量的工程問題。軟土地基工程性質特殊，其特點一般有流變性、觸變性、透水性低、壓縮性高和抗剪強度低等，在荷載作用下，有著緩慢的排水固結、較差的地基穩定性和沉降難以控制等現象。在軟土地基上修路基時，如果不進行地基處理，則可能會發生過量沉降或路堤失穩等問題，最終導致路基不能正常使用或被破壞[1]。

深層水泥攪拌樁與天然地基形成深層水泥攪拌樁復合地基，樁體和地基共同承擔荷載，達到有效地提高地基承載力和改善地基變形的效果[2]，該方法可用于處理淤泥、淤泥質土、粉土、砂土等飽和黏土。當處理泥炭土或有機質含量較高的黏土時，應該通過試驗確定其的適用性[3]。

本文依據北海鐵山港進港大道軟基加固工程，通過現場原位試驗、現場檢測方法，研究沿海軟基條件下水泥土加固體的工程性能，以及主要影響因素（水泥摻入量）對深層水泥攪拌樁復合地基加固效果的影響。這對于深層水泥攪拌樁復合地基加固技術的推廣和應用有十分重要的意義。

1 工程概況

北海鐵山港1#～4#泊位進港大道工程位于北海市鐵山港工業區，根據提供的勘察資料揭示，該道路沿線場地內的巖土種類地質狀況如下：

（1）素填土①1及沖填土①2性質不均，強度較低，具高壓縮性，工程性能一般，經處理后可作為路基持力層。

（2）淤泥質砂②1，呈流塑狀，承載力極低，不得作為路基持力層。

（3）中砂②2層，呈松散-稍密狀，一般位于水位以下，稍密狀中砂具一定承載力，可作為路基持力層。

（4）黏土③1層，呈軟可塑狀，且埋深較深，承載力一般，不宜作為路基持力層。

（5）中（粗）砂③2層，承載力較高，可直接作為路基持力層。

在施工前應對地基進行原位試驗，以確定水泥攪拌樁的適用性，并根據原位試驗結果確定最佳的水泥摻量。

進港大道道路位于港口吹填區，道路設計標高為7.75m，最高潮水位為4.85m。道路的填挖方高度很小，由于場地僅是初步平整，其填土較厚且固結時間短，不滿足道路規范對其路基持力層的要求，所以必須對場地地基進行加固處理。

施工后對復合地基的加固效果進行檢測，采用復合地基荷載試驗檢查地基加固處理效果，根據設計要求，其復合地基承載力要求≥140kPa。

2 原位試驗

本實驗采用復合地基載荷試驗法檢測水泥攪拌樁試驗樁復合地基承載力，分別在2標段、3標段進行原位試驗，深層攪拌處理軟土路基示意圖如圖1所示。每個標段均測試4種不同水泥摻量的水泥土攪拌樁，目的是判斷水泥攪拌樁試驗樁復合地基承載力是否滿足設計要求，為確定工程樁最佳水泥摻量提供依據。

復合地基載荷試驗的承壓板采用方形，試驗承壓板面積為2m2，承壓板的中心與增強體中心必須保持一致，且與荷載的作用點重合。

水泥攪拌樁樁徑為600mm，梅花形布樁，樁間距為1.5m，樁的長度根據軟土層厚度確定，樁端應穿過軟土層，并嵌入持力層≥0.5m，持力層取砂層。設計要求復合地基承載力≥140kPa。

進港大道2#標段靠近陸域，全長740m，道路寬45m。為確定水泥攪拌樁的最佳水泥摻量，分別以四種水泥摻入比（12%、14%、16%、18%）進行原位試驗。

進港大道3#標段靠近海域，全長1000m，道路寬45m。為確定水泥攪拌樁的最佳水泥摻量，分別以四種水泥摻入比（12%、15%、18%、20%）進行原位試驗。

3 結果分析

3.1 最優水泥摻入比

進港大道2#標段共完成復合地基載荷試驗檢測4個點（水泥摻量為12%、14%、16%、18%），試驗承壓板面積為2m2，擬最大試驗承載力為280kPa，分10級進行分級加載試驗。進港大道3#標段共完成復合地基載荷試驗檢測4個點（水泥摻量為12%、15%、18%、20%），試驗承壓板面積為2m2，擬最大試驗承載力為280kPa，分10級進行分級加載試驗。

由圖2的沉降-時間對數（s-lgt）曲線、后頁圖4（a）的壓力-沉降（p-s）曲線以及圖5（a）的沉降-壓力對數（s-lgp）曲線可知：2#標段道路，水泥摻量比為12%時，試驗加載至210kPa時，沉降急劇增大，承壓板周圍土體隆起，終止試驗，復合地基承載力為88～108kPa，不滿足設計要求。水泥摻量為14%～18%的水泥攪拌樁，其承載力滿足設計要求。但水泥摻量為14%的復合地基的最大沉降量為27.52～29.53mm，偏大?？紤]到工程施工工藝水平，為保證施工質量滿足設計要求，選用16%水泥摻量的水泥攪拌樁（試驗樁）為2#標段工程樁的最優水泥摻量。

由圖3的沉降-時間對數（s-lgt）曲線、圖4（b）的壓力-沉降（p-s）曲線以及圖5（b）的沉降-壓力對數（s-lgp）曲線可知：3#標段道路，水泥摻量比為12%和15%時，試驗分別加載至196kPa和280kPa時，沉降急劇增大，終止試驗。水泥摻量比為18%和20%時，壓力-沉降（p-s）曲線為平緩的光滑曲線，累計總沉降量分別為19.56mm和13.25mm，復合地基承載力特征值的檢測值>140kPa，滿足設計要求。因此，選用18%水泥摻量為3#標段工程樁的最優水泥摻量。

當水泥摻入比相同（12%或18%）時，2#標段道路復合地基承載力特征值略大于3#標段承載力特征值;而2#標段地基沉降量顯著小于3#標段地基沉降量，這可能是由于3#標段更靠近海域，同時3#標段確定的水泥攪拌樁最優水泥摻量更高。這是因為在地基含水量較高時，為保證工程質量，提高了水泥摻量，這樣可以有更多的水泥參與水化反應，水化物可更好地填充土壤顆粒間的空隙，進一步增加地基密實性，從而提高復合地基的承載力[4]。

3.2 沉降量隨水泥摻量的變化

在不同荷載條件下，沉降量隨水泥摻量的變化規律如下頁圖6所示，由圖6曲線變化表明：2#標段、3#標段的地基沉降量均隨水泥摻量的增加而減小;當荷載接近其承載力極限時，沉降量隨水泥摻量增加而減小的趨勢越顯著;水泥摻量越大，荷載變化對地基沉降量的影響越小。當水泥摻量為12%，荷載條件為224kPa時，由于3#標段地基已超過其承載能力極限，地基沉降（s）-水泥摻量（%）曲線出現突降。

3.3 復合地基加固效果

進港大道2#標段、3#標段工程采用深層水泥攪拌樁施工后，需分別對其復合地基的加固效果進行檢測。根據設計要求，其復合地基承載力要求≥140kPa。2#標段、3#標段工程分別隨機選取10個測點進行復合地基載荷試驗，最大試驗荷載為280kPa，檢測結果分別如表1、表2所示。

根據表1、表2中的檢測數據可知，進港大道2#、3#標段采用的深層水泥攪拌樁的復合地基加固效果較好，滿足工程設計要求。

4 結語

本文通過對鐵山港進港大道2#標段、3#標段進行原位試樁試驗，分別確定了其最優水泥摻量為16%和18%。通過對比分析表明：

（1）地基含水量可能是水泥攪拌樁的水泥摻量的重要因素之一。在地基含水量較高時，適當提高水泥摻量，可有更多的水泥參與水化反應，水化物可更好地填充土壤顆粒間的空隙，進一步增加地基密實性，從而提高復合地基的承載力。

（2）在同一荷載條件下，地基沉降量隨水泥摻量的增加而降低;當荷載接近其承載力極限時，沉降量隨水泥摻量增加而減小的趨勢越顯著;水泥摻量越大，荷載變化對地基沉降量的影響越小。

（3）根據施工后的工程樁復合地基承載力進行檢測的結果說明，采用深層水泥攪拌樁對地基進行加固的效果較好。通過該工程實踐，可為類似工程提供參考，進一步優化設計參數。

參考文獻：

[1]李彰明.軟土地基加固理論、設計與施工[M]，北京：中國電力出版社，2006.

[2]李翔軍.水泥攪拌樁復合地基技術研究與工程實踐[D].天津：天津大學，2003.

[3]吳邵海，王智猛，褚宇光.水泥土攪拌樁處理海相沉積軟土的試驗研究[J].高速鐵路技術，2018，9（6）：11-15.

[4]周成明.高含水量地基中深層水泥攪拌樁的水泥摻量[J].江蘇水利，2006（3）：17.