水泥土攪拌法在高速公路地基處理上的應(yīng)用

常 明

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院，山西 太原 030012）

水泥土攪拌法在高速公路地基處理上的應(yīng)用

常 明

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院，山西 太原 030012）

文章結(jié)合工程設(shè)計實例，介紹了水泥土攪拌法在處理飽和黃土地基上的應(yīng)用，并提出了一些建議與解決方法。

水泥土攪拌法；飽和黃土地基；地基處理；承載力

1 引言

水泥土攪拌法是利用水泥材料作為固化劑，通過特制的攪拌機械，在地基深處就地將軟土和固化劑（漿液）強制攪拌，由固化劑和軟土間所產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使軟土凝結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的水泥加固土，從而提高地基強度和增大變形模量。

2 工程概況

臨縣—離石高速公路位于山西省中部，路線主要跨越地貌單元為黃土丘陵區(qū)，區(qū)內(nèi)黃土沖溝內(nèi)，當(dāng)?shù)匕傩諡樵焯锒嘣O(shè)置淤地壩，部分壩內(nèi)土層淤積較厚（大于5 m），含水量可達(dá)25%，地基土處于飽和狀態(tài)，壓縮性高。設(shè)計中為提高擋土墻地基的承載力及控制路基的沉降，采用了水泥土攪拌樁（樁孔直徑50cm，樁長8 m）對地基進(jìn)行處理。

3 設(shè)計計算及加固機理

3.1 設(shè)計依據(jù)和基本要求

設(shè)計水泥土攪拌樁時，應(yīng)具有下列資料和條件：

（1）場地的工程地質(zhì)勘察資料。本段落地基土的含水量、孔隙比等物理性質(zhì)指標(biāo)詳見表1。

表1 各土層物理力學(xué)指標(biāo)表

（2）建筑結(jié)構(gòu)的類型、用途和荷載。長度為40 m路堤式擋土墻，墻高10 m，擋土墻采用衡重式，頂寬1.4 m，底寬7 m，分段長度10 m，設(shè)計要求復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值f≥210 kPa。路基對變形及不均勻沉降要求較嚴(yán)，本段路基高約16 m，路基邊坡坡率取1：1.5～1：1.75，按《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30—2004）規(guī)定，其工后沉降量s≤30 cm。

（3）場地的條件與環(huán)境。本段落地處黃土丘陵區(qū)黃土沖溝內(nèi)，溝底寬約50 m，該處場地較平整，利于施工。

3.2 設(shè)計計算與加固機理

本例設(shè)計計算分兩部分，第一部分是以復(fù)合地基承載力要求為控制，主要體現(xiàn)在擋土墻基礎(chǔ)部分；第二部分是以控制復(fù)合地基沉降為要求，主要體現(xiàn)在擋土墻側(cè)的路基部分。水泥土攪拌樁取樁徑d＝50 cm，擋土墻基礎(chǔ)底攪拌樁間距取1 m，矩形布設(shè)；路基基底攪拌樁間距取1.5 m，矩形布設(shè)。水泥土攪拌樁的設(shè)計計算內(nèi)容包括：單樁承載力、置換率、樁孔間距、水泥摻入比等項，其設(shè)計計算方法分述如下。

擋土墻基底設(shè)計：①單樁設(shè)計。因為Q4土層厚8.5 m，為控制沉降考慮，樁體應(yīng)穿越軟弱土層，故取設(shè)計樁長8 m，樁端持力層到達(dá)N2黏土層。根據(jù)單樁豎向承載力公式Ra=up∑qsili+aqpAp=178 kN，其中，樁間土平均摩擦力qs取15 kPa，樁端天然地基土承載力qp取280 kPa，折減系數(shù)a取0.5。故取單樁豎向承載力150 kN。再根據(jù)公式Ra=ηfcuAp，其中強度折減系數(shù)η取0.3，反算水泥土無側(cè)限抗壓強度fcu要求達(dá)到2.5 MPa。根據(jù)水泥土室內(nèi)配合比試驗，擬定水泥摻入量aw=15%，水泥采用32.5級。②置換率m。根據(jù)公式fsp,k=mRa/Ap+β（1-m）fs,k，求得m=0.2。本段擋土墻高h(yuǎn)=10 m，基礎(chǔ)寬度8 m，基礎(chǔ)長度10 m。所需樁根數(shù)n=mA/Ap=80根。攪拌樁間距取1 m，矩形布置，樁體平面布置見圖1。

圖1

路基基底設(shè)計：路基部分?jǐn)嚢铇对O(shè)計基本參數(shù)同第一部分擋土墻基底設(shè)計，樁長取8 m，樁徑0.5 m，樁間距可放大取1.5 m，矩形布設(shè)。路基復(fù)合地基設(shè)計主要為地基沉降的計算。攪拌樁復(fù)合地基變形s的計算，包括攪拌樁群體的壓縮變形s1和樁端下未加固土層的壓縮變形s2之和。計算時，s1采用復(fù)合模量法，s2采用應(yīng)力擴散法。S=s1+s2=116.56+83.2=199.77(mm)，滿足要求。

加固機理：水泥加固土的物理化學(xué)反應(yīng)過程與混凝土的硬化機理不同，混凝土的硬化主要是在粗填充料中進(jìn)行水解和水化作用，所以凝結(jié)速度較快；而在水泥加固土中，由于水泥摻量很小，水泥的水解和水化反應(yīng)完全是在具有一定活性的介質(zhì)——土的圍繞下進(jìn)行，所以水泥加固土的強度增長過程比混凝土較為緩慢。水泥土無側(cè)限抗壓強度fcu與土樣含水量有較大關(guān)系，一般隨土樣含水量的降低而增大，一般情況下，土樣含水量每降低10%，則強度可增加10%～50%，本例黃土地區(qū)地基土的含水量較軟土地區(qū)含水量要小很多，故實際施工過程中，形成的水泥土的強度應(yīng)該會比理論值要高，故本例計算的樁距排列是偏保守的，施工中可根據(jù)現(xiàn)場實測的水泥土樁強度及復(fù)合地基承載力值，現(xiàn)場調(diào)節(jié)樁間距及水泥摻入比，以達(dá)到更加經(jīng)濟和安全的效果。

3 施工方法

（1）攪拌機械設(shè)備及性能：目前攪拌機多采用中心管噴漿方式，水泥漿從兩根攪拌軸間的另一中心管輸出，當(dāng)葉片直徑在1 m以下時，并不影響攪拌均勻度，而且它還可適用多種固化劑，除純水泥漿外，還可用水泥砂漿，甚至摻入工業(yè)廢料等粗粒固化劑。

（2）施工工藝：深層攪拌法的施工工藝流程主要有，定位、預(yù)攪下沉、制備水泥漿、提升噴漿攪拌、重復(fù)上下攪拌、清洗、移位。

（3）施工注意事項：每一個攪拌樁施工現(xiàn)場，由于土質(zhì)有差異、水泥的品種和標(biāo)號不同，因而攪拌加固質(zhì)量有較大的差別。所以在正式攪拌樁施工前，均應(yīng)按施工組織設(shè)計確定的攪拌施工工藝制作數(shù)根試樁，養(yǎng)護(hù)一定時間后進(jìn)行開挖觀察，最后確定施工配比等各項參數(shù)和施工工藝。一般認(rèn)為，控制水泥土攪拌樁施工質(zhì)量的主要指標(biāo)為：水泥用量、提升速度、噴漿（或噴粉）的均勻性和連續(xù)性以及施工機械的性能。

4 結(jié)束語

綜上所述，飽和黃土地基中采用粉噴樁，有較好技術(shù)、經(jīng)濟和環(huán)境效益，發(fā)展?jié)摿Υ蟆Ｒ院笤谠O(shè)計與施工中，應(yīng)多積累相關(guān)的經(jīng)驗，進(jìn)一步完善、優(yōu)化設(shè)計。

[1] 中交第二公路勘察設(shè)計研究院。公路路基計規(guī)范（JTG D30－2004）北京：人民交通出版社，2007.

[2] 中國建筑科學(xué)研究院。建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB50007-2002）北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

The App ly in Expressway Ground Treatment of Cement Deep Mixing

Chang Ming

By the works example，the paper discusses the apply in saturated loesssub grade of cement deep mixing,also offers some suggestions and solutions.

cement deep mixing；saturated loess；ground treatment；bearing capacity

U416.1

A

1000-8136(2010)35-0072-02

常明，男，1978年出生，山西榆次人，2001年畢業(yè)于同濟大學(xué)。