水泥攪拌樁處治軟土地基的效果分析

趙 剛

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

隨著我國高等級公路發展，工程建設不可避免地遇到大量軟弱地基，我國地域遼闊，從沿海到內地，由山區到平原，分布著多種多樣的地基土，其抗剪強度、壓縮性以及透水性等因土的種類不同而可能有很大的差別，地域條件區域性較強。

軟體路基處治方法有置換法、排水固結法(袋裝砂井、塑料排水板)、木樁擠密法、振沖碎石樁、爆擴碎石樁、深層攪拌法等[1]。而水泥攪拌樁作為一種固結方法，不僅能使土體顆粒進一步結合，封閉土層間的空隙，使樁體周圍的土體更為堅固，而且能使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的良好復合地基，從而提高地基的承載能力，減少地基沉降量，滿足工程建設的不同需求[2]。

1 工程概況

1.1 地質概況

路段場地內覆蓋層主要分布有第四系的淤泥、淤泥質黏土、粉質黏土、粉土、黏土、下伏侏羅紀系中統下沙溪廟組泥巖夾砂巖。現按由新到老地層的順序描述如下（①～⑤為地層序號）：

a)填筑土（①）：灰褐色、褐黃色，干—稍濕，一般結構較松散，部分已壓實，一般由可塑或硬塑黏土、粉質黏土組成，局部含磚頭，主要為宅基地、河堤、路堤填土。厚度約0.50～3.40 m。

b)種植土（②）：灰褐色、褐黃色，結構較松散，含植物根系，一般為棉田或菜地表土。沿線廣泛分布，厚度0.30～0.90 m。

c)淤泥（③）：灰黑色，飽和，流塑—軟塑，微臭，含腐殖質，系水塘（溝）底部淤積而成，僅在水塘和水溝底部分布。厚度小，約0.50～0.70 m。

d)淤泥質黏土（⑤）：褐灰色、深灰色，飽和，軟塑狀態，局部夾薄層可塑狀態粉質黏土。

軟基深比較厚，根據試驗結果表明，淤泥質粉質黏土(黏土)呈灰色、深灰色，軟塑狀，飽和，厚度一般為0.80～8.90 m，天然含水量W平=42%，天然密度ρ平=1.81 g/cm3，比重 Gs=2.70，孔隙比 e平=1.136，壓縮系數 α1-2=0.6 MPa-1，壓縮模量 Es=3.75 MPa，不排水抗剪強度 Cu=5～30 MPa，固結系數 Cr=1.68～1.80×10-3cm2/s，標準貫入試驗N=3～7擊。淤泥質黏土的含水量范圍值為31.9%～58.4%，孔隙比范圍值為1.023～1.647，液限范圍值為30%～51.6%，液限指數范圍值為1.0～1.89，直接快剪黏聚力為4.1～15.4 kPa，直接快剪內摩擦角為2.1°～6.2°，物理力學性質表現為液限指數高，高壓縮性，抗剪強度低的特點。

1.2 設計概況

水泥攪拌樁樁徑為500 mm，停灰面為地面下450 mm，樁長根據地質情況為4～8 m,樁間距縱向為1.1 m，采用正三角形布置[3]。其具體布置詳見圖1所示。

2 施工工藝

2.1 施工準備

采用PH-5D深攪鉆機[4]，確保設備完好，滿足工程要求。施工中將現場技術員、鉆機長、現場負責人、水泥攪拌樁樁長、樁距等制成標牌懸掛于鉆機明顯處。施工圖紙樁位圖編號，測量人員測設出施工區域邊界線、縱橫軸線、攪拌樁樁位及樁位處地面高程，樁位用竹簽做明顯標記，樁位偏差不大于50 mm。

圖1 水泥攪拌樁平面及斷面布置

2.2 施工工藝流程

四攪二噴的工藝流程為：鉆機就位→檢驗、調整鉆機→正循環四檔噴漿鉆進至設計深度→反循環四檔提鉆并噴水泥漿→上升至砂墊層以下30 cm→正循環五檔復攪下沉→反循環五檔提鉆攪至地面→成樁結束→移位下一樁→人工夯實樁頭，以保證樁頂密實完整。

2.3 施工關鍵技術

a)測量放線布樁時要對控制性軸線、樁位進行復查，滿足要求后方可開鉆。

b)樁長、樁位、樁徑的控制：通過看儀表和鉆機搭架上做出的標記來控制樁長，在設計樁長深度位置、地質明顯變化位置標記數字；樁位控制時測量放樣后應插竹簽，然后灑白灰點；用吊錘球控制垂直度；樁徑控制要求不小于設計直徑，要經常檢查鉆頭，發現磨損超限時及時焊補。

c)水泥劑量的控制：攪拌樁噴漿量控制采用“雙控”措施，即每一交接班施工數量與水泥用量的對照控制和采用分上、中、下3種不同地質分層定量的方法控制每延米的噴漿量。機械配備電腦記錄儀，同時現場用比重計控制水泥漿稠度。

d)攪拌均勻性的控制：施工中樁機的檔位控制按照“四檔噴漿鉆進→四檔噴漿提升→五檔復攪下沉→五檔復攪提升”的工藝進行。同時，改進鉆頭型式，增加鉆頭鋒利度以提高削切能力、增加鉆頭光滑度以減少阻力、增加反向削切（雙刃刀）、增加出漿口的順滑度。

e)現場采用取芯機隨機抽芯的方法當即對已施工完成的試驗樁進行取芯，檢驗其水泥含量及攪拌的均勻性，以此來控制施工質量。

3 沉降觀測方法

3.1 觀測設備的安置

3.1.1 沉降標埋設

沉降標構造示意圖如圖2所示。將沉降板埋入設計的樁號斷面處鋪好的砂墊層上，填埋第一層土并進行壓實。然后在壓實面上挖深度為20～30 cm的坑槽，鋪上5 cm左右厚度的砂墊層，保持層面水平。將沉降標放在砂墊層上，沉降標只有第一節鋼管，管頂應低于壓實面5～8 cm，測量管頂至底板的高差。填埋第二層土并進行夯實，土層層面至管頂，并讀取初始標高。第二層土施工完畢后，在管頂位置上接上第二節鋼管。觀測時應注意，每節管的頂面有上、下管頂標高兩個讀數，下節管頂面標高用于計算第一沉降量，上節管頂標高作為下次計算沉降量的數據。根據觀測需要，逐節連接接管，重復上述工作直至滿足需要。

圖2 沉降標構造示意圖

3.1.2 水準點布設

水準點應設在土質堅硬的地段，以保證能夠長期保存，且位置應垂直于路中心線50 m外。隨施工的進行，路堤填筑高度逐漸增高，路堤升至一定高度時，為了減少沉降觀測由地面水準點傳遞到路面的高差影響，可將水準點轉設到有灌注樁的耳墻角上。橋角水準點必須鉆孔埋設有球狀頂面的水準標點。橋角水準點用三等水準往返觀測，高差閉合差為±1.4 mm。

水準點布設完成后，應及時將水準點劃分成若干區段，在各區段內進行聯測，確定各水準點的準確高程。在之后的觀測過程中應定期檢驗水準點，保證沉降觀測的精度。

如若在檢驗時需要對水準點進行調整，那么在調整完之后，必須將前期觀測成果按水準點新高程重新計算觀測點高程，用來與后期成果比較計算沉降量。

3.1.3 水準儀及水準尺

水準儀用的是索佳C32型號，水準尺為紅、黑面鋁合金材質，長度為3 m。在進行觀測前應檢查儀器的圓水準器、十字絲位置、自動安平水準儀補償器靈敏度以及i角的準確性。水準尺應完好無損，刻度清晰，尺底牢固。

3.2 路基沉降變形監測周期

公路施工一般分為填筑期、預壓期和路面施工期3個階段。監測頻次按表1監測頻次表進行。

表1 監測頻次表

當有特殊要求或發現有異常情況時，適當縮短觀測周期。

4 路基施工期間沉降觀測結果分析

圖3 斷面K111+405沉降觀測圖

該段路基設觀測點于K111+405、K111+900兩處進行觀測沉降量。從圖3、圖4的沉降曲線圖也可以看出，在路堤填筑期間，每次隨著填土的增加，路基會出現明顯的較大沉降，表明隨著路堤的填筑，地基開始固結排水，發生沉降。斷面K111+405最終沉降分別為91.4 cm，于路堤填筑期2010年9月沉降速率分別達到28.5 cm/月。斷面K111+900最終沉降分別為98.9 cm，于路堤填筑期2010年9月沉降速率分別達到21.9 cm/月。從2011年11月以后的曲線已經是趨于收斂，說明該段路基已經是趨于穩定，可以進行下道工序路面施工。

圖4 斷面K111+900沉降觀測圖

5 結語

a)在軟基處治施工中一定要進行施工沉降觀測。通過觀測數據來保證工程的穩定性，指導施工。

b)從沉降觀測結果來看，K111+405—K111+900段路基采用水泥攪拌樁處治是成功的，為今后進一步推廣應用水泥攪拌樁處治軟基提供了實踐經驗。