超高含水率淤泥地質攪拌樁成樁試驗研究

李俊峰

（華設設計集團股份有限公司廈門分院，福建廈門361000）

0 引言

近年來，隨著吹填造地區項目增多，眾多大面積的淤泥軟土地基處理被投入使用。由于剛吹填的造地區，吹填淤泥含水量高，機械無法進場施工。根據以往經驗，主要是先由造地工程對整個地塊進行預處理（如真空預壓），滿足機械上場條件后，再由各個地塊根據相關標準進行二次地基處理。而對于在吹填造地未進行地基處理的基礎上（未進行真空預壓）直接采用攪拌樁一次性處理到位的案例較少。因此結合某道路的地基處理，并選擇了非常規的機械設備浮筒式攪拌樁（可直接在吹填流泥區進行施工作業，不受施工條件限制），進行了試樁工程，并依據現場試驗檢測情況，綜合評判浮筒式攪拌樁在道路地基一次性處理的可行性。

1 工程概況

該道路為片區主干路，要求運行速度不可超過60km/h，道路紅線寬43m。主要建設內容包括道路工程、管線綜合等市政配套設施。

2 地形地貌與地質特征

該道路沿線現狀場地主要為農田、吹填區。其中K1+673～K2+760 位于吹填區，場地內原始地貌是海灣灘涂，標高設定在-1.0～0.5m 范圍內現已完成淤泥吹填工作，標高增高至5.5m，多數淤泥呈流塑狀態，施工機械難以進場。

根據鉆探揭露，K1+673～K2+760 段，吹填淤泥厚度為3.5～5.2m，下伏淤泥1.6～5.0m，軟土總厚度為5.1～10.2m。擬建場地巖土體的分布及特征按埋藏順序分述如下：

吹填淤泥③a：該層沿線吹填造地區部分鉆孔有分布，厚度為1.60～5.20m。呈灰黑色，含水量約在80%～100%范圍，飽和，流塑狀，成分由黏、粉粒組成，混10%～35%石英中、細砂，見貝殼碎屑等。原狀芯樣搖振無反應，屬高壓縮性土，力學強度低。

主要地層巖土設計參數表，詳見表1。

表1 巖土設計參數表

3 試樁

3.1 試樁目的

3.1.1 確定浮筒式水泥攪拌樁是否能在吹填的淤泥（超高含水量）上成樁。

3.1.2 提出合理的設計參數、施工工藝，為道路及類似工程提供設計依據。

3.2 試樁區域選擇

此次吹填淤泥工作涵蓋三種形態：軟塑狀、流塑狀吹和流泥。對比流泥狀態，含水量最差，約為100%，而流塑狀的含水量高達78%，軟塑狀約為60%，且下伏原狀淤泥含水量數值為65%(見表2)。

表2 試樁區域位置

1 號塊主要為流塑狀吹填淤泥與原狀淤泥，軟土厚度較薄，地質條件較好；且離周邊進場的道路較遠，不便于材料進場運輸，試樁造價較高。

2 號塊涵蓋了所有淤泥的狀態，地質條件最差。

3 號塊主要為軟塑狀吹填淤泥、流塑狀吹填淤泥與原狀淤泥，地質條件次之。

因此工程試樁區域選擇比較有代表性且便于施工入場條件段進行試樁，為此后續試樁在軟土條件最差、且便于施工的部位靠近便道的2 號及3 號地塊開展，地質剖面詳見圖1。

圖1 地塊地質剖面

經水泥攪拌樁施工工藝對比，考慮常規的攪拌樁無法進入吹填造地區，因此此次采用浮筒式攪拌樁施工工藝。在施工項目中，軟土層整體水量較高，孔隙比大，很容易被壓縮，更加靈敏，依據地基處理經驗，結合專業性的特征分析，可選用大直徑固化樁混合水泥的策略，樁徑設定為1m，應用四攪兩噴的施工工藝。

3.3 試樁參數及要求

水泥攪拌樁的處理深度參數設計標準，最大處理深度為13m。對于該工程中，水泥攪拌樁使用浮筒式施工策略，具體的試樁要求是：

3.3.1 試樁水泥攪拌樁中原材料使用普通硅酸鹽水泥，強度等級為42.5 級，水灰比設定為0.7，水泥摻量為18%、20%。

3.3.2 外摻劑選擇中，依照室內試驗結果，相應的予以增添。

3.3.3 強度要求中，水泥攪拌樁單樁直徑在0.8m 的，實際承載力超過12 噸。隨著水泥攪拌樁直徑增大，承載力相應提升，此時復合地基承載力超過80kPa。要求樁體水泥土，室內無側限抗壓強度高于0.8MPa 標準，現場施工強度也應在0.6MPa 以上[1]。

綜上所述，此次攪拌樁試樁的位置、樁徑、間距及根數等參數詳見表3。

表3 試樁參數表

4 檢測

4.1 室內水泥試塊試驗

此次選取不同的水泥摻入量，進行室內配合比試驗（見圖2），完成相應的無側限抗壓強度數據統計（見表4）。對于水泥摻入比分類設定，結合圖表內容，不同配比的水泥固化吹填土強度各不相同，均超過0.8MPa。由于現場施工水泥攪拌情形特殊，與室內相比，均勻性可能受到限制，可能折減現場強度數值，一般情況下，折減率為1/2，如果預計現場目標強度為0.6MPa，選擇18% 或20% 的配比完成現場試樁工作。

表4 無側限抗壓強度表

圖2 室內混凝土試塊

4.2 標貫-樁身質量

標貫是根據錘擊數來推定土的力學特性的一種原位試驗方法。根據打入的錘擊數，檢驗樁體強度沿深度變化情況及均勻性。

此次選取了3-20-100-220-1 試驗樁進行標貫試驗。根據相關文獻的經驗公式，錘擊數N=30 時，強度能達到1.0MPa 左右，從表5 可知，不同深度的水泥攪拌樁錘擊數N 均為50 擊以上，強度大于設計要求。

表5 水泥攪拌樁標貫擊數

4.3 鉆芯法檢測樁身強度

根據表6 及圖3 可知，浮筒式水泥攪拌樁28d 強度均＞0.6MPa，滿足水泥土強度設計等級的要求。

圖3 水泥攪拌樁取芯

表6 水泥攪拌樁芯樣強度檢測結果

4.4 單樁豎向靜載荷試驗

通過分散豎向的荷載，確保單樁受力是均勻的，進行單樁變形觀測，知曉分級荷載特點，隨著沉降速率逐步穩定，每增加一級荷載施加，探究不同荷載下的單樁樁頂沉降效果，完成靜載試驗的Q—s 曲線和s—lgt 輔助曲線圖繪制，從而結合曲線公式，推算單樁豎向抗壓承載力特征值，具體結果詳見圖4、表7。

圖4 單樁承載力曲線圖

表7 水泥攪拌樁單樁承載力檢測結果

4.5 復合地基豎向靜載荷試驗

將總豎向荷載進行分級施加，由多樁復合地基予以承擔，相應的觀察并測量復合地基的變形效果，隨著沉降速率達到穩定標準后，再施加下一級荷載，實際檢測復合地基的不同荷載沉降表現，完成曲線繪制，從而推算出復合地基的承載力特征值[2]，具體結果詳見表8。

表8 水泥攪拌樁復合地基承載力檢測結果

從表8 及圖5 可知，浮筒式水泥攪拌樁單樁承載力和復合地基承載力均滿足設計要求。

圖5 復合地基承載力曲線圖

5 結語

經對試樁結果進行檢測，證明在吹填造地區未經真空預壓預處理而直接實施水泥攪拌樁，工藝可行，檢測合格。浮筒式攪拌樁作為吹淤造地區中道路軟基處理的核心組成，建設工期短，施工速率較高，具有極佳的經濟性，與傳統方式相比，處理效果更好，對此廣泛的使用浮筒式攪拌樁，提升軟基處理的可行性，成為吹填土地基處理的一種優選方案。