淺淡釘形水泥土雙向攪拌樁在軟土地基中的應(yīng)用

陸惠平 顧楊圣

（1.浙江華匯市政景觀設(shè)計(jì)有限公司 華匯 312000； 2.紹興市交通投資集團(tuán)有限公司 紹興 312000）

2013年9月13日，《紹興日?qǐng)?bào)》頭版頭條刊登了關(guān)于我市公路工程軟土地基首次采用釘形水泥土雙向攪拌樁的新聞，文章以淺顯易懂的文字形象描述了該新技術(shù)的應(yīng)用。筆者有幸負(fù)責(zé)并參與該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作。通過(guò)對(duì)項(xiàng)目的了解程度，粗略談一談釘形水泥土雙向攪拌樁在軟土地基中的應(yīng)用。

1 軟土地基的特性

軟土是指濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低的細(xì)粒土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、固結(jié)系數(shù)小、固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、靈敏度高、擾動(dòng)性大、透水性差、土層層狀分布復(fù)雜、各層之間物理力學(xué)性質(zhì)相差較大等特點(diǎn)。

紹興位于浙江省中北部，蕭紹平原東部，區(qū)內(nèi)地層為第四紀(jì)、侏羅紀(jì)。第四紀(jì)主要為湖沼相沉積一般粘性土及軟土、海相沉積軟土、沖湖積砂土等。侏羅紀(jì)地層分布廣泛，出露地層為大爽組（J3d），巖性主要為紫灰色、黃灰色凝灰?guī)r。本項(xiàng)目道路工程存在不良地質(zhì)問(wèn)題就是由于第四紀(jì)湖沼相沉積的軟土、海相沉積軟土引起的道路（包括橋臺(tái)后高填土）的不均勻沉降。

軟土路基的處理的目的是提高軟土路段路基的穩(wěn)定性和承載能力。

2 方案比選

本工程項(xiàng)目位于紹興袍江工業(yè)區(qū)東側(cè)，為城市主干路兼顧一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，道路紅線(xiàn)寬度30～50m，設(shè)計(jì)速度60km／h。根據(jù)該工程的道路等級(jí)、工程規(guī)模及場(chǎng)地條件結(jié)合工程勘察報(bào)告地質(zhì)情況，在本項(xiàng)目的軟土路基方案處理上，通過(guò)對(duì)幾種常用軟基處理的方法進(jìn)行比選，確定最終實(shí)施方案。

（1）方案一。預(yù)應(yīng)力管樁。預(yù)應(yīng)力管樁地基處理適用條件：①一般要求樁端下臥持力層在靜力觸探錐尖阻力不小于1 000kPa；②填土高度一般應(yīng)大于3m。③預(yù)應(yīng)力管樁處理深度一般大于10m，軟土深度大于8m的結(jié)構(gòu)物路段。管樁在平面上采用平行四邊形布置，樁間距及行間距為2.4～3.0m，施工進(jìn)度快。

管樁的規(guī)格采用樁徑PC400mm，壁厚9.5 cm，預(yù)應(yīng)力管樁的樁身用C60混凝土預(yù)制，樁帽用C30混凝土澆筑，樁帽尺寸采用120cm×120 cm×30cm正方形。

（2）方案二。堆載預(yù)壓排水固結(jié)法。堆載預(yù)壓排水固結(jié)法其原理實(shí)質(zhì)就是飽和土的滲透固結(jié)理論在地基處理中的應(yīng)用，飽和土地基在荷載作用下，其孔隙中的水被緩慢排出，相應(yīng)孔隙體積逐漸減小而產(chǎn)生壓縮，導(dǎo)致地基固結(jié)。另一方面，隨著孔隙水的排出，超靜水壓力逐漸消散，有效應(yīng)力逐漸提高，其結(jié)果也是地基強(qiáng)度逐漸提高，適用于滲透性較好的地基。其主要處理方法是先在地基中設(shè)置豎向排水體，或直接在天然地基上鋪設(shè)水平排水體，利用路堤填筑土方或其他載荷進(jìn)行預(yù)壓，使地基土逐漸固結(jié)，并使地基變形在預(yù)壓期內(nèi)基本完成。本比較方案中，排水固結(jié)法采用塑料排水板，在平面上按等邊三角形布置，間距為1.3 m左右，布置范圍至路基邊坡坡腳。打設(shè)深度要求穿透軟土層，排水板頂設(shè)置一層排水墊層，墊層厚度取50cm，預(yù)壓期要求不小于8～10個(gè)月。

（3）方案三。水泥土攪拌樁（干法和濕法）。水泥攪拌樁一般適用于處理十字板抗剪強(qiáng)度不小于10kPa的軟土地基及軟基深度不超過(guò)8～10 m地段。水泥土攪拌樁系指利用水泥等材料作為固化劑，通過(guò)特制的攪拌機(jī)械，在軟土地基深處，就地將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，由固化劑和軟土之間產(chǎn)生一系列物理和化學(xué)反應(yīng)，形成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥土加固體，從而提高軟土地基的承載力，減少地基沉降。根據(jù)地基土的含水量，分為干噴和濕噴2種。常規(guī)的水泥攪拌樁采用單向攪拌工藝，為提高攪拌效果，也有采用雙向攪拌工藝。一般直徑在0.5～0.7m左右，根據(jù)受力特點(diǎn)，樁間距相對(duì)小，形式為單一的圓柱形。

（4）方案四。釘形水泥土雙向攪拌樁。釘形水泥雙向攪拌樁適用于軟基深度在8～25m左右，十字板抗剪強(qiáng)度不小于10kPa的軟土地基。方案主要結(jié)構(gòu)形式為釘形擴(kuò)大頭樁帽，一般采用直徑≥100cm的釘形樁帽，樁身采用直徑≥50 cm，長(zhǎng)度根據(jù)淤泥質(zhì)軟土的深度以及地基承載力要求最終確定。釘形水泥土雙向攪拌樁利用現(xiàn)有的常規(guī)水泥土攪拌樁成樁機(jī)械或沉管灌注樁機(jī)械等通用設(shè)備，配上專(zhuān)用的雙向攪拌樁動(dòng)力箱體與多功能自動(dòng)變徑鉆頭，加上同心雙軸鉆桿就可以實(shí)現(xiàn)釘形水雙向攪拌樁施工，改裝設(shè)備見(jiàn)圖1。

圖1 釘形水泥土雙向攪拌樁改裝設(shè)備

采用釘形樁這種新的結(jié)構(gòu)形式，可以克服傳統(tǒng)水泥攪拌樁的缺點(diǎn)，更好地確保樁體和樁間土協(xié)調(diào)變形，調(diào)整樁和土的分擔(dān)作用，減少了樁土應(yīng)力比，充分發(fā)揮樁間土的作用，減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中，降低了變形沉降，達(dá)到更佳的復(fù)合地基效果。常規(guī)樁與釘形樁的比較見(jiàn)表1。

表1 常規(guī)水泥土攪拌樁與釘形水泥土雙向攪拌樁的比較

軟土地基深層加固方法比較見(jiàn)表2。

表2 軟土地基深層加固方法比較表

通過(guò)以上幾種軟基處治方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較，根據(jù)工程實(shí)際施工的進(jìn)度，施工質(zhì)量的優(yōu)缺點(diǎn)、造價(jià)上的對(duì)比，有針對(duì)性地處理地基，確定工程軟土路基處理方案為：在橋坡高填方路段采用管樁，橋坡過(guò)渡段及普通軟土地基路段采用釘形水泥土雙向攪拌樁處理，以確保道路的質(zhì)量及使用功能。

3 工程應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)及試驗(yàn)結(jié)果

本項(xiàng)目結(jié)合地勘報(bào)告，確定釘形水泥土雙向攪拌樁的具體指標(biāo)要求。采用的釘形水泥土雙向攪拌樁上部擴(kuò)大頭直徑直徑1 000mm，高度300 cm，下部樁身直徑直徑600mm，深度根據(jù)地質(zhì)資料采用10m和15m樁身長(zhǎng)度。樁距2.0m，樁位呈正方形布置。上部擴(kuò)大頭直徑1.0m，水泥用量為260kg／m，下部樁徑0.6m，水泥用量94kg／m。攪拌樁采用普硅42.5水泥，水灰比0.45～0.55。擴(kuò)大頭部分采用4攪2噴工藝施工，下部狀體采用2攪1噴工藝施工。樁深25m，噴漿壓力不小于0.5MPa。釘形雙向水泥攪拌樁頂設(shè)置50cm級(jí)配碎石層以及土工格柵，增強(qiáng)樁頂土體間的整體受力結(jié)構(gòu)。與水泥攪拌樁樁身水泥土配比，相同的室內(nèi)加固土試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，28d齡期的立方體抗壓強(qiáng)度平均值≥1.0kPa。10m釘形水泥攪拌樁單樁承載力特征值≥230kN，一般路段復(fù)合地基承載力≥130kPa；15m釘形水泥攪拌樁單樁承載力特征值≥260kN，一般路段復(fù)合地基承載力≥130kPa。

施工工藝流程（見(jiàn)圖2）：a）整平場(chǎng)地；b）測(cè)量、放線(xiàn)，布置樁位；c）攪拌機(jī)定位：縮進(jìn)伸縮葉片，起重機(jī)懸吊攪拌機(jī)到指定樁位并對(duì)中；d）切土下沉：?jiǎn)?dòng)攪拌機(jī)，使攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架向下切土，同時(shí)開(kāi)啟送漿泵向土體噴水泥漿，2組葉片同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)切割、攪拌土體，攪拌機(jī)持續(xù)下沉，直到設(shè)計(jì)深度；e）提升攪拌：關(guān)閉送漿泵，攪拌機(jī)提升、兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，至地表或設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高；f）切土下沉：調(diào)整伸縮葉片達(dá)上部樁體直徑，使攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架向下切土，同時(shí)開(kāi)啟送漿泵向土體噴水泥漿，2組葉片同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)切割、攪拌土體，攪拌機(jī)持續(xù)下沉，直到變截面設(shè)計(jì)深度；g）提升攪拌：攪拌機(jī)提升、關(guān)閉送漿泵，2組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，直到地表或設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以上50cm；完成釘形雙向攪拌樁單樁施工。

圖2 釘形水泥土雙向攪拌樁施工工藝流程圖

為確保工程質(zhì)量，檢驗(yàn)釘形水泥土雙向攪拌樁的實(shí)際應(yīng)用質(zhì)量情況，對(duì)攪拌樁的試樁進(jìn)行了樁身取心，標(biāo)貫試驗(yàn)，單樁承載力，單樁復(fù)合地基承載力，樁體試塊抗壓強(qiáng)度等一系列指標(biāo)的檢測(cè)。根據(jù)設(shè)計(jì)強(qiáng)度及指標(biāo)要求，檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，樁身標(biāo)貫擊實(shí)次數(shù)≥14次；樁體取心（28d）試塊平均強(qiáng)度≥1.0MPa；單樁承載力、單樁復(fù)合地基承載力試驗(yàn)按2倍極限荷載加載試驗(yàn)，臨近極限破壞狀態(tài)。各項(xiàng)指標(biāo)滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。

4 結(jié)論

軟土地基處理的目的是增加地基穩(wěn)定性，減少施工后的不均勻沉陷。軟土地基的處理方法很多，每一種軟土路基處理方法有其針對(duì)性、局限性、地域性，必須結(jié)合具體工程選擇符合要求的軟土路基處理方法，才能取得理想的處治效果。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，進(jìn)行技術(shù)可靠性、施工難易程度、工程造價(jià)、工期、對(duì)周邊環(huán)境的影響等方面的綜合比較，以數(shù)據(jù)說(shuō)話(huà)，確定最合理、有效的軟基處理方案。在施工過(guò)程中，同步跟進(jìn)采集軟土路基處理后的檢測(cè)數(shù)據(jù)、工后沉降數(shù)據(jù)，積累經(jīng)驗(yàn)，為今后的設(shè)計(jì)、施工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。