探討公路軟基處理中水泥攪拌樁技術的應用

熊金偉

（貴州橋梁建設集團有限責任公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

軟土路基具有土質疏松、孔隙比大、透水性高等特點，是道路工程施工中承載性能較差的路基形式[1]。某公路設計沿線河流分布廣泛，路基土體含水量較大，部分路段路基中含有大量的淤泥、沼澤及泥炭類軟土，其強度低、含水率高、壓縮性能高、承載力不足，在公路工程運營階段容易產生路面沉降、不均勻裂縫等質量缺陷，嚴重降低行車舒適性和安全性，縮短公路使用年限[2-3]。為有效防止上述問題出現，道路工程施工時通常會采取相應的軟基處理技術對路基實施加固，以有效提升道路承載性能和結構穩定性，保證使用壽命。

1 工程概況

某公路設計長度16.808 km，全線按二級公路標準進行改造，設計車速為40 km/h，路基寬度一般路段為8.5 m。道路沿河而建，沿線軟土地質占比較大，承載力不足。經現場勘測，軟土路段大于9 km，超過道路總長度的一半。從地形上看，施工區域整體地勢北部高、南部低，且河流湖泊密布，土體含水率較大，在該區域建設公路，經常出現含水量較高的淤泥質黏土等軟土地層，施工難度較大。若處理不到位，勢必會導致道路運營過程中產生表面裂縫、路基沉陷等質量缺陷，嚴重威脅行車安全。此外，該地區地勢較為平坦，水體資源豐富，區域內路基填方較少，地基侵蝕嚴重，道路施工技術要求較高，應選擇合適的地基加固方式進行路基處理。為確保該道路工程竣工后長期穩定運營，特選擇K1+050～K2+550路段作為試驗段，通過試驗段施工獲得施工的各項技術指標。其具體結構形式如表1所示。

表1 公路路面結構層

2 水泥攪拌樁法在工程實踐中的應用

2.1 軟土路基的破壞形式

公路具有施工線路長、地質條件復雜，環境惡劣等特點，施工中不可避免會遇到軟土路基，軟土路基常見的破壞形式主要有邊坡失穩和路基變形[4]。前者主要是因路基施工時，未合理把握填土速度，且未采取分層填筑、分層壓實的施工工藝，導致填方路基壓實度不足，造成邊坡出現剪切變形，引發土體失穩。而路基變形則是由于土體具有較高的可壓縮性，通常狀況下土體顆粒處于飽和狀態，遭遇外力作用，土體內部水分被擠壓出來，體積收縮，使土體出現豎向變形及側向膨脹[5]。

通常狀況下，軟土路基變形主要出現在前期施工和后期運營兩個階段，施工階段變形發展較快，沉降較為顯著，常被稱作瞬時沉降[6-7]。而后期運營階段變形發展較為緩慢，沉降不太明顯，被稱為工后沉降。就軟土路基來講，其工后沉降所需時間較長，其內部水分需經行車荷載反復作用，方可被排擠出來，土體密實度逐步增大，強度越來越高[8-10]。

2.2 軟基特性與處治方法

該公路施工沿線大部分位于河湖相沉積區域，其基本特性如下：

（1）軟土主要為飽和淤泥質黏土和粉細砂，內部成分、結構較為復雜，質地不均。

（2）地下水豐富、不易排除。

（3）大部分屬于低填路基，去除路面結構層0.84 cm后，其填筑高度大部分位于0.5～2 m范圍內。根據軟土種類的不同，采取的處理方式也存在顯著差異，具體情況如表2所示。

表2 軟基特性與處理方式

2.3 加固技術的對比

該公路工程位于沿河相沉積型軟土區域，目前針對該類型軟基常用的處理方式主要有換填法、淺換加筋法、拋石擠淤法、水泥攪拌樁法。針對深度較淺的軟土路基通常采用換填法、加筋法等，而對于深度較大的軟土路基則采用排水固結法、拋石擠淤法、深層攪拌法和水泥攪拌樁法。

該工程施工區域內軟土深度較大且分布較廣，采用換填法和加筋法無法達到加固效果，而拋石擠淤法所需石塊及土方用量較大，造價較高，強夯法對該區域軟土夯實難度較大，經綜合分析和研究決定，采用水泥攪拌樁法對該區域軟土路基實施加固處理。其主要工作原理是水泥、軟土經水化作用發生理化反應，使水泥、軟土固結形成整體，全面提升其承載性能。

2.4 水泥攪拌樁施工工藝

該公路工程水泥攪拌樁布置形式為正三角形，樁徑為650 mm，樁間距為1 000 mm，其具體布設方案如圖1所示。

圖1 水泥攪拌樁布設方案

水泥攪拌樁施工對原材料性能要求不高，因此該工程試驗段選擇普通硅酸鹽水泥，根據《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》（JTG 3420—2020）對水泥相關性能指標實施測定，其測定結果如表3所示。

通過表3測定數據能夠看出，該工程所采用的P·O42.5普通硅酸鹽水泥符合標準要求，可應用于該項目施工。因水泥攪拌樁作用原理是依靠水泥、土體間的理化反應，通過水泥、土體固結提升土體承載性能，因此，實際施工前應通過試驗確定最佳水灰比。該文分別設置0.40、0.42、0.44、0.46、0.48、0.50六組水灰比，通過室內抗壓強度試驗，先后測出不同水灰比條件下水泥與土硬化物7 d、28 d的無側限抗壓強度，具體數據如表4所示；通過分析表4數據得到其抗壓強度，具體如圖2所示。

表3 水泥性能試驗結果

表4 水泥與土硬化物抗壓強度檢測結果

圖2 水泥與土硬化物抗壓強度

通過圖2、表4能夠看出，當水灰比為0.44時，水泥與土硬化物7 d和28 d無側限抗壓強度最大，最終確定該工程采用水灰比為0.44的水泥漿進行施工，其施工工藝流程如圖3所示，成樁后分別對其承載力及沉降量實施檢測。

圖3 水泥攪拌樁施工流程

2.5 樁基承載力檢測

承載力檢測：按照上述施工流程，完成試驗樁施工。成樁后，及時測定試驗樁7 d和28 d無側限抗壓強度。試驗樁7 d、28 d無側限抗壓強度分別為0.61 MPa和1.25 MPa，復合樁承載力為142 kPa，完全符合設計標準要求。

沉降量檢測：該工程沉降量檢測采用現場靜載檢測，實際檢測數據如表5所示。

結合表5，對沉降量實施綜合分析，見圖4。

通過表5、圖4能夠看出，采用水泥攪拌樁加固處理后，路基沉降量顯著降低，其沉降值低于300 mm，充分表明軟土路基承載性能得到大幅度提升，證明該工程選用的加固方法可行。

表5 沉降量檢測結果

圖4 沉降量檢測結果

3 結論

根據某公路工程實踐，對該施工區域軟土路基種類及特性展開探究，選擇水泥攪拌樁加固技術對軟土路基實施加固處理。結果表明，當水灰比為0.44，樁徑為650 mm，樁間距為1 000 mm，采用正三角形布置時，其承載性能最佳，單樁、復合樁承載能力分別大于1.0 MPa和140 kPa，沉降量小于300 mm，軟土路基加固效果顯著。