關于軟土路基施工技術探討

【摘 要】軟土的成因一般認為是由于第四紀后期地表水所形成的沉淀物質，多分布在海濱，湖濱，河流沿岸等地勢低洼地帶，地表常年潮濕或積水。當天然地基的強度不足或土的壓縮性較大，不能夠滿足構造物對地基的要求時，就需要針對不同的情況進行地基處理。淤泥、粘土等組成的軟土地基，由于其強度低、壓縮性高、透水性和均勻性差，在工程中常需要進行地基加固處理。水泥土攪拌法能夠有效提高軟土的強度，降低壓縮模量，因此在市政道路路基工程中得到廣泛應用。

【關鍵詞】軟土；地基；技術

水泥土攪拌樁是由固化劑(水泥)與軟土攪拌形成的固結體，由于歷史原因和使用習慣，將用水泥漿與軟土攪拌形成的柱狀固結體稱為深層攪拌樁；將用水泥粉體與軟土攪拌形成的柱狀固結體稱為粉噴樁；現在將這兩類地基加固方法(拌入泥漿稱為濕法和拌入水泥粉稱為干法)合稱為水泥攪拌法。

1 發展歷史

水泥土攪拌法最早在美國研制成功，稱為Mixed in PlacePile(MIP法)，我國在改革開放后，才開始理論研究和機械研制工作，并于1980年在軟土地基加固工程中獲得成功。近三十年來，在工業廠房、民用建筑、市政工程、基坑支護等工程中打設攪拌樁逾一千萬根，約1億延米，均取得了良好的技術經濟效果，和傳統的鋼筋混凝土樁基相比，在用鋼量、成本和工期方面有明顯的優勢。

2 水泥土攪拌樁的加固原理

水泥土攪拌法是以水泥作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機械，將固化劑和地基土強制攪拌，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定的強度的樁體的地基處理方法，適用于處理正常固結的淤泥與淤質粘土、粉土、飽和黃土、素填土、粘性土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基。

水泥加固土的基本原理是基于水泥加固土的物理化學反應過程，它與混凝土硬化機理不同，由于水泥摻量少，水泥水解和水化反應完全是在具有一定活性介質——土的圍繞下進行反應，硬化速度較慢，且作用復雜。

普通硅酸鹽水泥的主要礦物質有硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸三鈣、硫酸鈣等，將水泥拌入軟土后，水泥中的礦物質與土中水發生一系列的物理化學反應，生成氫氧化鈣、水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣及水化鐵酸鈣等化合物，水泥水化物和粘土顆粒發生離子交換、凝硬和碳酸化反應，使水泥土具有整體性、水穩定性和一定的強度，水泥土攪拌得越均勻，水泥土的強度也越高。將固化劑(水泥)與軟土充分攪拌后形成水泥土，其抗壓強度比天然軟土提高數倍，變形模量也增大數倍，由水泥土樁和天然土層形成的復合地基，能夠較大提高地基承載力，減小了沉降量。簡單說，水泥土攪拌法就是水泥土攪拌單樁和周圍土體構成復合地基，共同承受上部豎向荷載。

3 設計計算

在地基加固設計前，應該收集下面的資料

3.1 擬建場地的巖土工程地質資料，特別是填土層的厚度、組成情況；軟土的發布范圍、分層情況及固結狀態；地下水位及PH值；土的含水量、塑性指數和有機質含量等。

3.2 上部結構和基礎工程資料

主要是上部結構對地基承載力和沉降的要求。

按照工程實際情況，可以采用柱狀、壁樁、格柵狀和塊狀等不同的加固形式。在路基工程中常采用柱狀加固(每間隔一定距離布置一根水泥樁)，能夠充分發揮樁身強度與樁周側阻力。

設計過程主要是：

3.2.1 單樁承載力的計算

攪拌單樁一般使土對樁的支撐力與樁身強度所確定的承載力相近，并使后者約大于前者。設計時，可以直接根據上部結構對地基的要求，先選定樁長和樁身強度，然后在依據室內試驗資料，選擇相應要求的樁身強度的水泥滲入比。

單樁豎向承載力Ra可以按照下式計算:

式中fcu ——與攪拌樁樁身水泥土配合比相同的室內加固土試塊(邊長為70mm的立方體，或邊長為5Omm的立方體)，在標；隹養護條件下90d齡期的立方體抗壓強度平均值。

——樁身強度著減系數，干法可以取0.2—0.3，濕法可以取0.25 — 0.33；

Ap— — 樁的截面積(m2)；

Up—— 樁的周長(m )；

qsi— — 樁周第i層土的側阻力特征值，對淤泥可取4—7kpa：對淤泥質土可取6—12kpa，對軟塑狀態的黏性土可取10 —15kpa：對可塑狀態的黏性土可取12—18kpa；

li樁長范圍內的第i層土的厚度；

qp— — 樁端地基土未經修正的承載力特征值(kpa)

a— 樁端天然地基土的承載力折減系數，可以取

0.4—0.6，承載力高時取低值。

3.2.2 復合地基承載力的計算

設計時在路基范圍內布樁，因為水泥土攪拌樁介于剛性樁和柔性樁之間，在垂直荷載作用下有一定的壓縮變形，在樁身壓縮的同時，樁間土分擔一部分的荷載。水泥土攪拌樁復合地基承載力的標準值按照下式估計：

式中fspk—— 復合地基承載力特征值(kpa)

m一面積置換率

Ra— 單樁豎向承載力特征值(Kn)

— 樁間土承載力折減系數

當樁端未經修正的承載力特征值大于樁周土的承載力特征值的平均值時，可以取0.1一0.4，差值大時取低值:

當樁端未經修正的承載力特征值小于或等于樁周土的承載力特征值的平均值時，可以取0.5—0.9，差值大時或設置墊層時取高值:

3.2.3 置換率和樁數的計算

在路基工程中，采用正方形或等邊三角形布樁，總樁數按照下式計算．

式中n—— 總樁數

A—— 加固路基底面積

A—— 加固路基底面積

3.2.4 臥層強度驗算

在路基加固范圍一下存在軟弱下臥層時，按照規范要求，需進行下臥層強度驗算。計算時，可將被加固的路基范圍視為一個復合土層，其壓縮模量、壓縮系數渠樁與樁間土的復合指標按照應力擴散法驗算。

3.2.5 沉降計算

當攪拌樁復合路基承受路基傳遞的垂直荷載后，所產生沉降S包括樁土復合層本身的壓縮變形S 和樁土復合層面以下天然地基土的沉降量S2，即S=S1+S2o具體計算公式參考相關規范。

4 工程實例

某工程位于廣州增城地區，道路等級為城市主干道，路面類型為水泥混凝土路面，道路建設場地位于平原微丘區，局部為農田及池塘。地基承載力要求不小于100Kpa。

地基處理方案為直徑50cm的粉噴樁處理，樁間距為1.1m，按正三角形布置，水泥采用強度等級42.5號普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量為50Kg／m，設計樁長為5米。

施工完成后，對水泥土樁身質量、水泥土樁身強度是否滿足設計要求、復合地基是否滿足設計要求進行試驗，檢測結果顯示各樁樁身水泥攪拌均勻性較好 所取各樁樁身水泥土芯樣天然抗壓強度介于1.2— 12.9Mpa， 滿足樁身強度1.0Mpa設計要求;各樁樁底持力層為亞粘土 各樁抽芯檢測樁長為5.00m，與施工記錄樁長5.00m復核，復合地基承載力特征值為100Kpa。

5 結語

從工程實例可以知道，經過水泥土攪拌法加固后的市政道路軟土路基，地基土強度和變形模量提高，地基穩定性增強，復合地基承載力明顯提高，達到了控制沉降、穩定路基的目的。說明水泥土攪拌法在市政道路路基加固處理在技術上是可行的， 由于其施工方便，對周同建筑影響少，因此，以后在市政道路中應該大力推廣。

在實際工程中，應結合相關專業規范，以及當地的一些設計規范，比如廣東省地基處理技術規范(它不同于建筑地基處理技術規范)就是針對珠三角地區的地基處理規范，有很強的地區性。同時水泥土攪拌樁的應該現場試樁，確定其具體的施工參數。有條件的地區，采用試驗確定施工后的地基承載力特征值。