水泥攪拌樁在公路軟基處理中的應用

張啟凱

中鐵第五勘察設計院集團有限公司 北京 266600

1 水泥攪拌樁設計方案

1.1 工程概況

某公路工程位于重慶市，路基寬度26m。其中，一填方段落長160m，橫跨一U 型溝谷，谷內地形平緩。

根據地勘報告，場地沖溝內上覆土層主要為第四系全新統殘坡積粉質黏土，下伏基巖為侏羅系上統遂寧組泥巖。本場地特殊巖土主要為過濕土，為軟塑狀粉質黏土層，主要分布于地表及其以下一定深度范圍內，勘探揭露軟土層底深度約7.8m，物理力學性質差。場地主要土層物理力學指標如表1 所示。

表1 場地主要土層物理力學指標

1.2 水泥攪拌樁加固方案

根據有關規范，水泥攪拌樁的長度、直徑、間距應根據穩定、沉降計算確定。豎向承載樁的長度應根據上部結構對承載力和變形的要求確定，并宜穿透軟土層，到達承載力相對較高的土層。為提高抗滑穩定性而設置的樁體，其樁長應超過危險滑弧以下2m。

使用簡化Bishop 法進行滑坡搜索計算，可知滑面位于軟弱夾層底部，因此設計水泥攪拌樁長應至少穿透軟塑土層進入硬塑層2m。圓弧滑面計算如圖1 所示。

圖1 圓弧滑面計算圖

根據穩定和沉降計算結果，調整水泥攪拌樁樁徑、樁長、布樁方式。在表1 地層參數條件下，使得該段路基穩定系數及沉降指標滿足規范要求的水泥攪拌樁設計參數如表2 所示。

表2 水泥攪拌樁處置設計參數

對于經水泥攪拌樁處理后的路基沉降，應包含由墊層壓縮變形量、加固區復合土層壓縮變形量（s1）和加固區下臥土層壓縮變形量（s2）組成。當墊層壓縮變形量小，且在施工期已基本完成時，可忽略不計。復合土體的壓縮模量可采用式（1）計算。

式中：Ep——樁體壓縮模量；

Es——加固區土體壓縮模量；

m——樁土置換率。

對于經水泥攪拌樁處理后的路基穩定安全系數計算，復合地基內滑動面上的抗剪強度應采用復合地基抗剪強度，詳見式（2）。

式中：τp——樁體壓縮模量；

τs——加固區土體壓縮模量；

m——樁土置換率。

2 水泥攪拌樁施工準備

2.1 施工設施預備

在公路軟基水泥攪拌樁施工中，經常應用到的機械設施主要有粉漿機、壓縮機等，成樁所使用的機械設備為鉆機。主要特點是動力大、便于操控、可以在多種地質情況下展開鉆進工作，且具有較為便利的移動性能[1]。

2.2 試樁作業

不同軟基工點的地質條件具有一定差異，為了保證公路軟基加固處理的施工質量，就必須在施工前展開試樁[2]。通過試樁，確定本段水泥攪拌樁施工時的水泥漿輸漿量、水泥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。

現場工作人員應該經由試樁，了解下鉆以及提升鉆頭時遇到的阻力情況，并明確鉆頭進入硬土層之后電流的變化程度，從而設計高效合理的輸灰量；明確水泥粉末通過輸灰泵到達攪拌樁噴灰所需要的時間，據此明確下鉆的速度、攪拌樁設備提升速度、復攪等相關信息[3]。

試樁成樁后，現場工作人員還應該對于樁的勻稱性以及成樁直徑展開檢查測驗，掌握適用于該地質狀況的水灰比和各項施工參數，保障成樁滿足施工質量要求。

3 水泥攪拌施工工序

3.1 清表

將施工區域內的雜草以及雜物處理干凈，將區域內低洼地段填平處理并壓實。如若施工區域處于水田環境，現場工作人員須先將區域內的水排放干凈，再展開清表處理工作。清表厚度應根據設計要求，一般控制在0.3～0.5m。平整場地應具有一定的外向橫坡，防止場地內部積水。在場地兩側開挖邊溝，在挖溝時，施工人員應該注意鄰近的已有管道線路等，避免對管線造成破壞。場地平整之后，按照設計要求鋪設墊層，并在墊層中間夾鋪土工格柵。之后，現場工作人員需要根據設計圖紙，使用全站儀進行樁位確定，并在控制樁上設計顯著的標識，并注意定時復查。

3.2 拌制水泥漿

施工單位必須嚴格依照相應規范標準配置水泥漿，為了保障配合比的精確科學，工作人員應該嚴格把控水泥、添加劑等材料的使用量。借助試樁實驗，對攪拌時長進行確定。在水泥漿配置過程中，施工人員須規避結塊、成團等情況發生。在實際施工中，工作人員不能應用產生初凝狀況的水泥漿。每一次攪拌工作所產生的水泥漿量應把控在一根水泥攪拌樁用量以上[4]。

制備好的漿液不得離析，不得長時間放置，超過2h的漿液應廢棄。漿液倒入集料斗時應加篩過濾，避免漿內塊狀物損壞泵體。

3.3 水泥攪拌設備安裝

施工人員應該在施工現場將鉆機設施進行細致嚴密的安裝，在機械設施首次運轉到達場地工作時，必須標定樁機深度測量儀、留電表等設備的位置。在施工過程中，工作人員還應該定時對其展開檢查維護，特別是攪拌機鉆頭部位，經常會產生一定的磨損情況，當直徑磨損量大于10mm 時，必須更換鉆頭。如若工作人員對磨損鉆頭沒有足夠的關注與重視，也不對其進行處理，那么長此以往將會導致設備無法正常運轉，因此當磨損情況超出限制時，必須立刻對其更換，這樣才可以確保設備穩定運行。

3.4 攪拌與提升

鉆機正式開始運轉以后，鉆桿沿導向架方向保持勻速下沉，進行切土拌和。同時，工作人員應該發動送漿泵，將水泥漿向著土體噴灑。雙軸葉片旋轉拌和，直至標定深度。當到達標定深度以后，工作人員還應該操作此設備在樁端部位持續展開噴漿攪拌處理，復攪速度宜為0.5～0.8m/ min。

提升攪拌可避免出現噴漿口被堵住的情況。提升鉆桿、噴漿攪拌時，應使鉆頭反向邊旋轉、邊噴漿、邊提升，提升速度宜控制在0.5～0.8m/ min。當鉆頭提升至距離地面1m 時，宜用慢速提升；當噴漿口即將出地面時，應停止提升，攪拌數秒，保證樁頭攪拌均勻。

3.5 檢測

根據水泥攪拌樁特點，應重點關注樁身的完整性、強度及樁長。

不同規范對水泥攪拌樁檢測要求略有不同。根據《公路軟土地基設計與施工技術細則》（JTG/ T D31- 02- 2013），成樁28d 后進行鉆探取芯。抽檢頻率應為總樁數的1%～2%，取芯位置宜在樁直徑2/ 5 處。應將代表性芯樣應加工成直徑×高度為50mm×100mm 的圓柱體，進行無側限抗壓強度試驗。強度值應達到設計要求。采用輕型動力觸探、靜力觸探以及反射波、瑞利波等物理勘探方法，對樁的均勻性和完整性進行檢查。水泥攪拌樁質量標準如表3 所示。

表3 水泥攪拌樁質量標準

3.6 監測

地基處理完成并檢驗合格后，應按有關規范和設計要求，進行路基填筑過程中的沉降和位移觀測，沉降觀測斷面測點布置如圖2 所示，并做好記錄。若路基填筑過程中變形超過設計允許值，應立即停止施工。

圖2 沉降觀測斷面測點布置

4 水泥攪拌樁施工要點

（1）根據軟基加固深度、水泥攪拌樁設計參數等情況進行攪拌樁設備、漿液輸送設備以及配套設施的選取與應用。

（2）必須應用質量達標的施工材料，不能使用受潮嚴重或者變質的加固材料。軟基施工過程中，所使用的固化劑以及其他類型的添加劑，必須與施工設計標準相適配。攪拌樁實施時，必須嚴格依據相應規范要求，按從中間到邊緣的次序展開工作[5]。

（3）施工中，若發現地層出現異常，如土層密實度不夠，或者樁孔吸漿量變少等，需及時尋找原因，不應盲目施工，并針對原因提出應對措施[6]。

5 結語

水泥攪拌樁在我國公路工程軟基處理中具有應用廣泛、技術成熟的特點，可以有效解決公路工程中的軟基問題，增強公路安全質量。水泥攪拌樁設計過程中，對復合地基物理力學性質參數的取值，可結合當地經驗與有關規范確定，以保證路基穩定和沉降滿足規范要求為目標。在施工過程中，工作人員應該做好準備工作，選擇質量合格的材料，運用恰當的技術手段，并做好工程記錄，保證攪拌樁成樁質量。