雙向粉噴攪拌樁在市政道路軟基處理中的應用研究

肖敏

摘要：以安徽省亳州市某片區路網工程項目為研究對象，利用現場取樣、室內試驗、原位測試的方法，研究雙向粉噴攪拌樁樁體的強度增長規律以及地基承載變化情況，并分析雙向粉噴攪拌樁軟基處理后的沉降變化。研究結果表明：隨著時間的增加，雙向粉噴攪拌樁單軸抗壓強度均表現對數增加的曲線變化，擬合確定系數均大于0.93，表明參數之間具有良好的回歸相關性。成樁時間越長，對于處理后軟土地基的地基承載力提高越有利。雙向粉噴攪拌樁復合地基的工后沉降曲線先迅速增加，后趨于收斂穩定，在相同的監測時間內，成樁時間為90d的雙向粉噴攪拌樁復合地基的沉降量，比成樁時間為28d的雙向粉噴攪拌樁復合地基的沉降量小。由此表明，增加沉降時間有利于改善處理后軟土地基的工后沉降，但也增加了軟土地基處理的時間成本。

關鍵詞：軟土路基；地基處理；市政道路；雙向粉噴攪拌樁；工后沉降

0? ?引言

在市政道路工程中，軟弱地基的處理質量直接影響著道路的使用壽命和安全性能[1]。雙向粉噴攪拌樁作為一種新型的軟基處理技術，因具有強度高、施工速度快、環保等優點，而得到了較為廣泛的應用。其在軟基處理中通過噴射水泥固化劑，有效增大了土體的密實程度，提高了土體的強度和剛度，從而保證了道基的穩定性和耐久性[2-3]。雙向粉噴攪拌樁施工時會產生作用在地基中的剪切力，這種剪切力可以使地基土體發生固結和增密。同時，噴射混合土與周圍土體交界面形成粘結帶，從而有效提高了地基承載力[4]。本文結合安徽省亳州市某雙向粉噴攪拌樁軟基處理施工項目，研究雙向粉噴攪拌樁樁體的強度增長規律以及地基承載變化情況，并分析雙向粉噴攪拌樁軟基處理后的沉降變化，研究成果可為道路工程的設計和施工提供有效的技術參考。

1? ?工程概況

安徽省亳州市某片區路網工程項目由11條市政道路組成，道路設計總里程4348.633m，道路紅線寬20、22、25、30m。場區范圍內除表層分布有一定厚度的雜填土（Qml）、淤泥質黏性土（Ql），其下主要為第四系全新統沖積成因（Q4al）的軟弱黏性土層，第四系上更新統沖洪積成因（Q3al+pl）的黏性土及黏性土夾碎石層，其下為白堊-第三系泥質粉砂巖。各土層的埋藏分布情況如表1所示。

從表1中可以看出，場區軟土主要為軟-流塑狀①-3淤泥質黏土，具有含水量高、高孔隙性、低滲透性、高壓縮性、低抗剪強度、較顯著的觸變性和蠕變性等不良特點[5-8]。此外，還具有埋深較淺、厚薄不一、局部斷續、大部連續成片分布等特征。軟土地基采用雙向粉噴樁處理，軟基處理路段約7.442km，攪拌樁總量約為245萬延米，樁長設計為10m，樁間距為1.1m的雙向粉噴攪拌樁成樁時間為28d，樁間距為1.2m的雙向粉噴攪拌樁成樁時間為90d。樁體平面呈梅花形布置，樁頭上部鋪設80cm厚的隨時墊層和雙層鋼塑格柵。

2? ?雙向水泥土攪拌樁施工設備選型

雙向水泥土攪拌樁采用內、外嵌套同心雙重鉆桿攪動兩組葉片，并噴射水泥，使水泥和土體強力拌合而形成水泥土攪拌樁。雙向粉噴攪拌樁施工時，粉噴施工機械鉆機應滿足動力大、扭矩大的成樁要求，鉆頭直徑一般與水泥粉噴樁的直徑相同[9-11]。具有正向鉆進、反轉提升的功能，且鉆進與提升時具有勻速移動、均勻攪拌、勻速噴粉等功能。

綜合考慮各因素，確定選用定型產品SXJB-B雙向水泥攪拌樁機。空氣壓縮機的選定主要由加固工程的地質條件及加固深度所決定。空氣壓縮機壓力一般為0.4～0.9MPa，其風量不宜太大，一般為1.6～2.0m3。雙向粉噴攪拌樁施工設備數量及型號如表2所示。

3? ?雙向粉噴攪拌樁軟土地基處理工藝流程

雙向粉噴攪拌樁的軟土地基處理工藝流程如圖1所示。施工時，鉆進速度V＜1.2m/min，平均提升速度為0.8～1.0m/min，攪拌速度為R=30～50轉/min，鉆進噴灰、提升攪拌時管道壓力為0.4MPa＜P＜0.7MPa。

4? ?雙向粉噴攪拌樁成樁強度及復合地基承載力分析

4.1? ?取樣

采取鉆機取芯的方法，對成樁后的雙向粉噴攪拌樁進行芯樣獲取，取樣直徑不小于108mm，芯樣制備成邊長為50mm的立方塊，在室內進行單軸抗壓強度試驗。對于間距1.1m的雙向粉噴攪拌樁（成樁時間28d），取樣時間分別為7d、15d、20d和28d。對于間距1.2m的雙向粉噴攪拌樁（成樁時間90d），取樣時間分別為7d、15d、20d、28d、30d、60d和90d。

4.2? ?單軸抗壓強度分析

2種不同成樁時間雙向粉噴攪拌樁的單軸抗壓強度如圖3所示。從圖2中可以看出，隨著時間的增加，2種不同成樁時間的雙向粉噴攪拌樁單軸抗壓強度，均呈現對數增加的曲線變化。對成樁時間和雙向粉噴攪拌樁單軸抗壓強度進行擬合，得到的擬合擬合關系如公式（1）和公式（2）所示，擬合確定系數均大于0.93，表明參數之間具有良好的回歸相關性。

σ1=0.6313ln（t）+0.3957? ? ? ? ? ? （1）

σ2=1.0706ln（t）-0.3208? ? ? ? ? ?（2）

式中：σ1和σ2為雙向粉噴攪拌樁的單軸抗壓強度，t為時間。

4.3? ?復合地基承載力分析

分別選取成樁時間28d、90d的雙向粉噴攪拌樁各3根，運用現場載荷試驗的方法，對成樁后的雙向粉噴樁進行復合地基承載力測試。成樁時間28d雙向粉噴攪拌樁編號為S1樁～S3樁，成樁時間90d雙向粉噴攪拌樁編號為T1樁～T3樁，測試結果如圖3、圖4所示和表3所示。

從圖3中可看出，3根成樁時間28d的雙向粉噴樁復合地基的荷載-沉降曲線相近，存在明顯的比例界限。在荷載小于60kN時，荷載-沉降曲線呈直線關系。荷載大于等于60kN后，荷載-沉降曲線進入非線性變化。因此可以確定其地基承載力特征值為60kN。

從圖4中可以看出，3根成樁時間90d的雙向粉噴樁復合地基的荷載-沉降曲線在沉降量較小時相近，而在沉降量較大時存在略微差異，荷載-沉降曲線存在明顯的比例界限。在荷載小于90kN時，荷載-沉降曲線呈直線關系。荷載大于等于90kN后，荷載-沉降曲線進入非線性變化。因此可以確定其地基承載力特征值為90kN。由此表明，成樁時間越長對于處理后軟土地基的地基承載力提高越有利。

5? ?雙向粉噴攪拌樁處理路基工后沉降分析

為了研究雙向粉噴攪拌樁的軟土地基處理效果，運用現場實測的方法，對2種不同成樁時間的雙向粉噴攪拌樁復合地基的沉降量進行監測，監測時長為12個月，得到軟土路基實測工后沉降曲線如圖5所示。

從圖5可看出，隨著時間的增加，2種不同成樁時間的雙向粉噴攪拌樁復合地基的工后沉降曲線表現為類似的變化規律。在1～8月沉降量迅速增加，而在8～12月沉降量則趨于收斂穩定。在相同的監測時間內，成樁時間為90d的雙向粉噴攪拌樁復合地基的沉降量，比成樁時間為28d的雙向粉噴攪拌樁復合地基的沉降量小，前者的最大沉降量約為109mm，后者的最大沉降量約為151mm。由此表明，增加沉降時間有利于改善處理后軟土地基的工后沉降，但同時也增加了軟土地基處理的時間成本。

6? ?結束語

本文以安徽省亳州市某片區路網工程項目為研究對象，利用現場取樣、室內試驗、原位測試的方法，研究雙向粉噴攪拌樁樁體的強度增長規律以及地基承載變化情況，并分析雙向粉噴攪拌樁軟基處理后的沉降變化。研究結果表明：成樁時間越長，對于處理后軟土地基的地基承載力提高越有利。增加沉降時間有利于改善處理后軟土地基的工后沉降，但也增加了軟土地基處理的時間成本。

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