水泥攪拌樁和土工織物復合地基在某工程中的運用

張金山

(廣州工程總承包集團有限公司)

1 工程概況

某市政橋梁位于廣州市某河流內，橋長約120m，采用預應力簡支梁結構。橋寬約24.5m，橋頭填土高達4m。因在軟土地基，為了解決橋頭路堤沉降和穩定性問題，初步方案采用塑料排水板和超載預壓處理，采用這種方法雖然成本較低，但需要有一段很長時間的預壓期，且橋臺處鉆孔灌注樁施工須在預壓期滿后，再進行一次開挖才能進行?？紤]到施工工期有限的情況，決定采用土工織物加水泥攪拌樁的處理方案。

2 工程地質條件

大橋位于淤積層地段，地勢平坦開闊，其土層分布及其巖土力學指標見表1。

表1 巖土參數

3 方案基本思路

土工織布加筋的作用，一是提高路堤本身的穩定性，特別是本工程中采用的直立式擋土墻護坡，土工織物加筋可以抵消部分填土的水平推力，減小路堤對橋臺樁和擋土墻的水平土壓力；二是土工織布加筋改善了攪拌樁和樁間土之間的應力分擔比，因路堤是相對軟性體，并不像房屋建筑中采用的剛性基礎，土工織物加筋提高了樁的應力分擔比，同時加筋也使路堤的不均勻沉降減小。水泥攪拌樁的主要作用，一是提高地基的承載力，二是大大減小地基的沉降量，使其工后沉降量在控制范圍之內，解決橋臺與路堤的縱向變形協調問題。

4 水泥攪拌樁的加固原理

水泥攪拌樁所用漿液成分主要為水泥。水泥拌到土層中后，能強烈地吸收土體中的孔隙水。這些孔隙水和水泥中的有效成分進行水化反應后就被固定成結晶水。水化反應中，產生出來的鈣離子能和土體中的礦物結晶表面吸咐著的鈉、鉀離子進行當量吸咐交換，使大量分散的土顆粒結成較大的“土顆粒-鈣-土顆?！蓖翀F粒，而水泥水化生成的氫氧化鈣膠體，又能把這些較大的土團粒粘結在一起。這樣便改變了土的結構，使被加固土體的強度提高。此外，鈣和粘土礦物中的二氧化硅和三氧化二鋁還能進行硬凝反應，水泥水化物中的氫氧化鈣還能進行碳酸化作用。上述作用都能改變土的結構和成分，大大提高其強度。

5 方案和計算

在天然地基條件下，橋頭3.85m 高的填土，橋臺臺后路堤邊坡采用U 型分布擋土墻形式，經計算，橋頭總沉降量為s=125cm。20 年設計使用年限內的工后沉降量達42cm。路堤穩定安全系數只有0.70。

5.1 水泥攪拌樁方案

為了使路線縱斷面平滑、順暢，決定采用鉆孔灌注樁基礎的橋臺，為處理橋臺無沉降量至路基有較大沉降的過渡，水泥攪拌樁的處理必須采用分段過渡處理，控制標準為：①橋頭30㎝范圍內的工后沉降量在10cm 以內。②控制縱向變化率為6‰。

水泥攪拌樁的樁徑采用常規的50cm，噴漿量采用45㎏/m。樁體28d 的無側限抗壓強度大于750kpa。平面采用梅花型布置。

橋兩岸軟土層深為9.8m；橋東岸軟土層深度為11.7m，為了盡可能減小下臥層的沉降量，以及增加樁底的承載力，水泥攪拌樁打穿軟土層，水泥攪拌樁深度分別為9.8m 和11.7m。縱向變形過渡依靠布置間距的變化來解決，依據以上的控制標準，橋頭處理過渡段長為70m，分為三個區段：30m 為1.2m 間距；20m 為1.5m 間距；20m 為1.8m 間距，縱斷面布置如圖1 所示。三個區段的平均計算總沉降量依次為21.4cm、26.5cm、31.8cm，平均工后沉降量分別為：6.7cm、9.5cm、11.7cm。橫斷面布置如圖2 所示。

5.2 土工織物加筋

如圖1、圖2 所示，土工織物布置在60㎝厚的碎石含量較大的石渣墊層之中，使之形成剛度較大的加筋墊層，在橋臺臺背和兩側擋土，將土工布回折2m。

⑴由豎向分布荷載產生的拉應力

假定土工織物的彎曲形狀為拋物面，如圖3 所示，在荷載作用下，其受力特點呈三向應力特點，按力的平衡原理可導出織物的應力Tv，如式⑴。

式⑴中，

a——1/2 兩樁的外側距離；

S——土工織物的中心撓度；

P1——豎向荷載；

圖1 縱斷面設計圖

圖2 橫斷面設計圖

圖3 受力分析圖

P2——地基反力。

當填土高度為3.85m 的情況下，P1=80kpa；當間距為1.2m 時，置換率m=0.157，a=0.375m；假設s=0.05m，應力分擔比n=3.5。

則由式⑴可得Tv=16.2kn/m。

⑵水平荷載

假設土工織物的影響范圍只為60㎝厚的碎石墊層，則其水平拉應力如式⑶。

式⑶中，

Ka——加筋碎石墊層的主動土壓力，Ka=tg2（45°－φ/2）

φ——加筋碎石墊層的內摩擦角（°），通常取35°；

H——路堤高度；

γs——路堤填筑重度；

Hg——土工織物影響厚度。

設：φ=35°，γs=21kn/m3，H=3.85m，Hg=0.6m，Th=23.0 kn/m，T=Tv+Th=39.2kn/m。

本工程中采用的土工織物為300g/m2的編織土工布，經向拉伸強度≧50.0kn/m；緯向拉伸強度≧40.0kn/m。

6 土工織物加水泥攪拌樁的加固作用

土工織物加水泥攪拌樁在橋頭軟土地基處理中的作用是：作為橋臺剛性樁基礎無沉降量至橋頭路堤有較大沉降量的過渡、協調橋臺與路堤之間的變形。特別是對軟土層深度小于15m 的地基，是解決橋頭路堤變形問題的最佳方案。

土工織物加筋墊層不但提高路堤的穩定性，減小對橋臺樁和邊坡擋土墻的水平土壓力，而且能提高樁土間的應力分擔比，改善樁土間的受力狀態，減小不均勻沉降。

土工織物加粉噴樁的處理方案與目前公路軟土地基中常用的排水固結法相比，無需預壓期，只需較短的養護期，對于施工期緊的工程，更為合適。

完工后，通過沉降監測，完全達到設計值，實際效果良好。