兩種復合地基處理方法在市政道路中的應用淺談

馮晉利（華東建筑設計研究院有限公司，上?！?00041）

兩種復合地基處理方法在市政道路中的應用淺談

馮晉利
（華東建筑設計研究院有限公司，上海200041）

摘要：上海屬軟土廣泛分布區域，為減少路堤與橋頭連接處的差異沉降形成跳車，高等級市政道路常采用復合地基處理解決此問題。本文就水泥攪拌樁和高壓旋噴樁在上海本地市政道路工程中的具體應用進行論述剖析，供其它工程參考。

關鍵詞軟土；水泥攪拌樁；高壓旋噴樁

1　概述

軟土是指天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的細粒土。包括淤泥、淤泥質土、泥炭、泥炭質土等。軟土的成因有多種，基本上歸類為：濱海沉積、湖泊沉積、河灘沉積、沼澤沉積。上海屬軟土廣泛分布區域，主要為濱海相，其軟土特性主要為：在海浪、岸流和潮汐的水動力下形成較粗的顆粒（粗、中細砂）相摻雜，使其不均勻和極疏松，易透水，易壓縮固結。

軟土的工程性質主要表現為如下幾點：（1）觸變性：地基受振動荷載后，易產生側向滑動、沉降或基礎下土體擠出等；（2）流變性：在長期荷載下，產生排水固結變形及剪切變形，對地基沉降有較大影響；（3）高壓縮性：地基沉降量大；（4）低強度：承載力低下；（5）低透水性：加載初期，常產生孔隙水壓力，影響地基強度；（6）不均勻性：產生不均勻沉降。

道路路基是路面結構的基礎，支持路面結構承受行車荷載的作用。為保證路面結構的使用耐久性，不產生因路基塑性變形所引起的過量沉降變形和與之相伴隨的裂縫等病害，路面結構對路基提出的基本要求為：均勻、密實、穩定和具有一定的承載力。

鑒于軟土的工程特性，其作為路基將會產生一定的不穩定或不均勻情況，因此常對軟土地基進行加固處理，使其工后沉降滿足規定要求，并在路床頂鋪粒料層，以減少不均勻沉降對路面結構層的影響。

經調查，上海地區軟土分布較廣泛，多分布在地表下約3m～4m處，厚度6m～10m不等，在道路橋頭路基中，不加處理常造成差異沉降，形成橋頭跳車。

2　地基處理方法

常規上，對于厚層軟土的處理有以下幾種方案：（1）堆載預壓或真空預壓法，或在地基土層中埋置砂井、袋裝砂井或塑料排水板與預壓相結合的方法；（2）采用復合地基，包括砂樁、碎石樁、灰土樁、旋噴樁和小斷面的預制樁等；（3）采用樁基，穿透軟土層以達到增大承載力和減少沉降量的目的。

地基處理方法大致分為四類：置換、排水固結、灌入固化物、振（擠）密，其中適用于軟土的主要是砂石墊層、砂樁、電動硅化、水泥土攪拌樁、旋噴注漿、砂井排水、堆載預壓等。

鑒于上海地區道路路基軟土埋深較深，層厚大，以上地基處理方法應用較多的主要是旋噴注漿、水泥土攪拌樁，本文重點介紹這兩種地基處理方法。

水泥土攪拌法分為深層攪拌法（濕法）和粉體噴拌法（干法），適用于處理正常固結的淤泥和淤泥質土、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。地基處理設計時主要確定加固范圍、樁徑、樁長及樁間距，并根據水泥土試塊強度確定固化劑及其摻量，當樁長超過10m時，可以采用變摻量設計，當加固橋頭路基時，可以根據加固路基長度情況，分加固區和過渡區，兩者范圍內的樁徑、樁間距均可根據要求調整，以節約投資。

水泥攪拌樁施工機械高度可達10m以上，對于施工區域有障礙物時，有一定的局限性，特別是城市道路施工時，兩側沿線多有架空線路通過，因此水泥攪拌樁的應用受到限制。此時高壓旋噴樁的施工便利性就顯現出來了。

高壓噴射注漿法分旋噴、定噴和擺噴，高壓旋噴樁是高壓噴射注漿法的一種，是將注漿管鉆入土層后，使用20MPa～40MPa的高壓射流破壞地基土，注入的漿液將沖下的土置換或部分混合凝成固體，以達到改造土體的目的。適用于處理淤泥、淤泥質土、流塑、軟塑或可塑的粘性土、粉土以及砂土、黃土、素填土和碎石土等地基。高壓噴射注漿可采用單管、雙管和三管法，根據上海地區軟土地基處理深度，常用雙管法進行高壓旋噴樁處理。

3　工程實例

3.1工程概況

上海浦東某城市主干路，紅線寬50m，道路斷面布置為雙向6快2慢，沿線新建2座橋梁，橋頭填土高度約3m。

工程區域普遍存在較厚的軟弱下臥層（地下3m左右存在較為軟弱的淤泥質粘土層（③、④層，層底土埋深約20m）。為防止路堤與橋梁的連接處產生不均勻沉降，從而給行車造成嚴重的不利影響，因此，設計中除在橋臺后設置一定長度的后臺搭板并在接坡范圍內采用石灰粉煤灰填筑外，另對橋接坡50m范圍內地基進行處理。

3.2總體方案

設計中根據橋頭區域架空線情況，兩座橋梁橋頭分別采用水泥攪拌樁和高壓旋噴樁進行地基處理。

橋梁一：采用水泥攪拌樁，其樁徑為0.7m，橋臺臺后30m范圍內樁距1.8m，樁長20m，臺后30m～50m范圍內樁距2.2m，每2排縮短1.0m，直至最短樁長。

橋梁二：采用高壓旋噴樁，其樁徑0.8m，橋臺臺后30m范圍內樁間距2.0m，樁長20m，臺后30m～50m范圍內樁距2.5m，每2排縮短1.0m，直至最短樁長。

3.3復合地基設計

3.3.1樁長選擇

攪拌樁和旋噴樁的長度，理論上應根據上部結構對地基承載力和變形的要求確定，并應穿透軟弱土層達到地基承載力相對較高的土層。鑒于市政道路路基與建筑物地基的區別，更多的關注地基變形（主要是沉降），因此參考上海市工程經驗，取樁長20m，基本可以穿透軟土層。

3.3.2樁徑選擇

（1）水泥土攪拌樁

采用單軸雙向水泥攪拌樁，成樁直徑根據工程經驗取0.7m。

（2）高壓旋噴樁

采用雙重管法，其在粘性土中的成樁直徑介于單重管和三重管之間，多數在0.6m～1.0m之間。結合工程經驗，本工程取樁徑0.8m。

3.3.3水泥用量及水灰比

（1）水泥土攪拌樁

采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥用量為90kg/m，水灰比為0.5。

（2）高壓旋噴樁

采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥用量200kg/m，水灰比為1.0。

3.3.4施工工藝

（1）水泥土攪拌樁

機械就位—預攪下沉—邊噴漿邊提升至停漿面—重復攪拌下沉至設計深度—攪拌提升至停漿面—關閉機械。

在攪拌樁養生結束，等達到設計要求強度后，人工將設計樁頂以上50cm施工質量較差的樁段挖除，再在處理范圍內鋪設50cm厚礫石砂。其上下加鋪土工格柵。

以上褥墊層的作用是增加復合地基變形協調性，有利于路基的整體性。

（2）高壓旋噴樁

機械就位—噴射管貫入設計加固深度—噴射注漿—拔管并沖洗——關閉機械。

與水泥攪拌樁相同的是，當養生結束達到設計要求強度后，將50cm樁頭人工鑿除，并設置褥墊層。

3.3.5質量檢驗

復合地基處理質量檢驗大致包括施工前的試驗、施工過程中的監測、施工后的檢測三個部分。

（1）試驗

試驗指的是在設計前，應進行地基土的室內配比試驗，針對現場擬處理地基土的性質，選擇適宜的固化劑、外加劑及其摻量，從而為設計提供不同齡期、不同配比的強度參數。

①水泥攪拌樁。設計綜合以上參數后進行具體設計，之后進行現場工藝性試樁，數量不得少于3根，用以檢驗設計合理性，并根據試驗結果確定施工參數。

②高壓旋噴樁。旋噴樁基本方案制定后，應根據工程實際情況進行現場試驗，確定施工參數及工藝。其中旋噴樁加固體強度和直徑，均應通過現場試驗確定。

（2）監測

①水泥攪拌樁。施工過程中，所采用的水泥均應過篩，已經制備好的水泥漿液不得產生離析，泵送漿液應當連續進行。拌制水泥漿的數量、水泥及外加劑的用量以及泵送漿液的時間應當進行記錄；噴漿量及攪拌深度應采用經國家計量部門認證通過的監測儀器進行自動記錄。攪拌機噴漿提升的速度和次數均應符合施工工藝要求，并記錄備案。施工時攪拌機械的垂直度和平面位置均需符合要求。成樁直徑和長度不得小于設計值。

②高壓旋噴樁。施工過程中，應對噴漿流量、雙重管氣流壓力、提升速度等進行監測，以滿足設計要求。過程中注漿位置和垂直度均應符合要求。成樁直徑和長度不得小于設計值。

圖1　水泥攪拌樁施工機械

圖2　高壓旋噴樁施工機械

（3）檢測

根據《建筑地基處理技術規范》要求，水泥土攪拌樁及旋噴樁復合地基檢測主要包括2個部分：

①成樁完整性和均勻性檢驗。對于水泥土攪拌樁，可在成樁3d后，采用輕型動力觸探檢驗上部樁身均勻性，檢驗數量為總樁數的1%，且不少于3根?；蛟诔蓸?d后，淺部開挖樁頭人工檢查，檢查成樁直徑和均勻性，檢查數量不少于總樁數的5%。對于旋噴樁，可采用開挖檢查、鉆孔取芯、標貫、動力觸探等方法。其中，檢查成樁質量時，檢驗數量不少于總樁數的2%。綜合以上要求，結合工程經驗，本工程主要采用了開挖人工檢驗法對成樁情況進行檢測，操作便利性高，同時對成樁破壞少。

②承載力檢驗。應采用復合地基靜載荷試驗和單樁荷載試驗。在成樁28d后進行。檢驗數量不少于總樁數的1%。當檢驗不符合設計要求時，應進行有效補強措施。

結語

根據上海軟土分布特點及本地工程經驗，對水泥攪拌樁和高壓旋噴樁在市政道路路基處理中的應用進行了剖析，為其它工程提供參考。

參考文獻

[1]JGJ79-2012，建筑地基處理技術規范[S]．北京：中國建筑工業出版社，2012．

[2]工程地質手冊（第四版）[M]．北京：中國建筑工業出版社，2014．

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