軟土地基條件下碎石樁與粉噴樁加固效果對(duì)比分析

梁元林

(葛洲壩湖北大廣北高速公路有限責(zé)任公司　黃岡　438000)

軟土地基條件下碎石樁與粉噴樁加固效果對(duì)比分析

梁元林

(葛洲壩湖北大廣北高速公路有限責(zé)任公司黃岡438000)

摘要以大廣北高速公路(麻城至浠水段)實(shí)體工程為依托，介紹了振動(dòng)沉管擠密碎石樁(碎石樁)和水泥深層攪拌樁(粉噴樁)的施工工藝，分析了采用不同方式處治后復(fù)合地基的實(shí)測(cè)地表沉降數(shù)據(jù)，對(duì)比了在軟土地基條件下碎石樁與粉噴樁的加固效果，并確定了其適用范圍。

關(guān)鍵詞高速公路軟土地基碎石樁粉噴樁加固效果

在荷載的作用下，高速公路的路基都會(huì)不可避免地發(fā)生沉降。由于路堤高度存在差異和地基的不均勻性等原因，路基各部分產(chǎn)生的沉降程度不同，從而引起路面產(chǎn)生不均勻的變形。當(dāng)這種不均勻變形超過了一定的限度，將導(dǎo)致路面出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性、功能性破壞，使得公路的服務(wù)水平不能滿足設(shè)計(jì)要求[1]。鑒于此，從使用功能的角度來看，路面設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)殘余沉降(簡稱工后沉降)的大小，可以作為高速公路軟土基路段處治效果評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)[2]。

本文以大慶至廣州高速公路(簡稱大廣北高速公路)麻城至浠水段實(shí)體工程為依托，首先介紹了振動(dòng)沉管擠密碎石樁(碎石樁)和水泥深層攪拌樁(粉噴樁)的施工工藝，然后基于工后沉降的數(shù)據(jù)對(duì)比，分析了碎石樁和粉噴樁的加固效果，并提出了二者的適用范圍，從而為軟土基條件下碎石樁和粉噴樁加固技術(shù)的應(yīng)用提供參改借鑒。

1工程概況

大廣北高速公路湖北省麻城至浠水段是“7918”國家高速公路網(wǎng)中縱5線的重要組成段落。項(xiàng)目主線線路所經(jīng)軟土路段共計(jì)16處5 851 m，占項(xiàng)目全長的4%，軟土路段最長1 780 m，最短僅80 m。地質(zhì)勘察表明軟土主要是局部范圍的軟土，系長江支流或沖溝地段河灘沖洪積及淤積形成，軟土成層情況多不均勻，以淤泥質(zhì)亞粘土及粘土為主，含亞砂土或礫砂、粉細(xì)砂等。軟土處理方案根據(jù)軟土特征與厚度的不同分別采取粉噴樁、擠密碎石樁等不同的處理方案。其中有2段軟基路段，即K40+355~K40+860和K72+775~K74+185，設(shè)計(jì)擬定的處治方案為粉噴樁處理方法，另一段為K83+684~K84+352，設(shè)計(jì)擬定的處治方案為碎石擠密樁法。

1.1　地質(zhì)條件

(1) K40+355~K40+860段。軟土成因?qū)俸勇┫啵傮w呈不規(guī)則條帶狀分布，分布較均勻，厚度不大，埋深也較淺，為流塑淤泥質(zhì)土和軟塑粘土、亞粘土。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)靜力觸探試驗(yàn)資料結(jié)合ps-H曲線特征，比貫入阻力ps值為0.75~2.0 MPa。

(2) K72+775~K74+185段。軟土的成因類型為河流漫灘沉積相，分布有黃褐色、灰褐色、灰色淤泥及淤泥質(zhì)土和軟塑性粘土，其埋藏深度和厚度較大，呈流塑~軟塑狀態(tài)，總體呈不規(guī)則條帶狀、透鏡體狀分布，分布很不均勻。

(3) K83+684~K84+352段。本段軟土區(qū)上部為可塑~硬塑狀的(含有機(jī)質(zhì))亞粘土、亞砂土，下部為含有機(jī)質(zhì)礫砂、粉細(xì)砂層與淤泥質(zhì)亞粘土呈交互狀分布，具典型的長江中下游河灘沉積特征。

1.2　碎石樁設(shè)計(jì)方案

本段軟弱土層主要為河流相軟塑粘土、淤泥質(zhì)土，其特點(diǎn)為不均質(zhì)、強(qiáng)度差異大，設(shè)計(jì)路基填土高度較高(5~8 m)，對(duì)地基要求高。故本段軟基處治采用碎石擠密樁法進(jìn)行處治，以達(dá)到提高復(fù)合地基承載力，減少工后不均勻沉降的目的[3]。碎石樁按等邊三角形布置，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1　K83+684~K84+352段軟基計(jì)算結(jié)果

注：格柵設(shè)計(jì)拉力為雙向60 kN。

1.3　粉噴樁設(shè)計(jì)方案

粉噴樁樁徑為500 mm，樁距1.0~1.5 m，按梅花形布置；水泥要求采用32.5號(hào)普通硅酸鹽水泥，每延米水泥用量50~60 kg，粉噴樁頂部設(shè)置50 cm砂礫墊層。通過該處理措施有效減少總沉降量，提高軟土地基承載力，提高加載速率[4]。粉噴樁樁身強(qiáng)度(28 d齡期)不低于750 kPa。為了約束土體側(cè)向位移，提高路堤抗滑穩(wěn)定性和減少路基的不均勻沉降，路堤底部(砂礫墊層頂部)采用土工格室處理措施,土工格室采用型號(hào)Gc-100-PE-500，抗拉強(qiáng)度≥150 MPa，網(wǎng)格尺寸25 cm×25 cm，格室高度為100 mm。

2碎石樁與粉噴樁復(fù)合地基沉降對(duì)比分析

2.1　沉降與穩(wěn)定觀測(cè)

軟土地基路堤在施工中應(yīng)注意填筑過程或之后的地基變形情況，因此必須進(jìn)行沉降和穩(wěn)定觀測(cè)，采用邊樁、沉降標(biāo)和測(cè)斜標(biāo)，觀測(cè)項(xiàng)目主要為地表水平位移及隆起量等。觀測(cè)點(diǎn)的設(shè)置和觀測(cè)方法以及觀測(cè)儀器的要求應(yīng)按照《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 017-96)相關(guān)要求執(zhí)行。填筑過程中的觀測(cè)在于控制和調(diào)整填筑速率，判定路堤的穩(wěn)定性。路基填筑完畢后應(yīng)預(yù)壓6個(gè)月以上，預(yù)壓期的觀測(cè)在于正確預(yù)測(cè)工后沉降，使工后沉降控制在允許范圍內(nèi)，為以后的路面施工提供依據(jù)。

作為對(duì)比，分別選取粉噴樁與碎石樁復(fù)合地基代表性監(jiān)測(cè)斷面，進(jìn)行對(duì)比分析研究，以進(jìn)一步研究分析振動(dòng)沉管擠密碎石樁復(fù)合地基的加固效果。綜合軟土壓縮層厚度、路堤填土高度等因素，分別選取K40+500，K73+600以及K84+000 3個(gè)代表性斷面，對(duì)其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

2.2　地層結(jié)構(gòu)與斷面概況

為便于對(duì)比分析研究，對(duì)上述3個(gè)代表性斷面的地層結(jié)構(gòu)與斷面概況匯總?cè)缦拢謩e見表2與表3。

表2　軟土地層結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表　m

表3　斷面概況數(shù)據(jù)表　m

2.3　地表沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析

K40+500斷面，K73+600斷面及K84+000斷面，路基填土荷載、時(shí)間與沉降的關(guān)系分別見圖1、圖2與圖3。

圖1　時(shí)間-荷載-沉降過程曲線圖(K40+500)

圖2　時(shí)間-荷載-沉降過程曲線圖(K73+600)

圖3　時(shí)間-荷載-沉降過程曲線圖(K84+400)

將圖1、圖2和圖3中的沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，則3個(gè)典型斷面的地表沉降綜合結(jié)果見表4。

表4　地表沉降監(jiān)測(cè)綜合結(jié)果表

3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面沉降對(duì)比見圖4。

圖4　3個(gè)斷面沉降對(duì)比圖

由圖4可見，采用碎石樁方式對(duì)軟土路基的加固處理效果更好，但通過實(shí)測(cè)的沉降曲線進(jìn)行分析，地基沉降與填土高度、壓縮層厚度關(guān)系密切，總結(jié)它們之間的變化規(guī)律性，對(duì)各斷面的結(jié)果進(jìn)行分析，三者的關(guān)系見圖5。進(jìn)一步通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)分析，壓縮層厚度同為6 m厚的斷面K40+500和斷面K84+000，看到填土高度更高的斷面K40+500所監(jiān)測(cè)到的沉降比斷面K84+000得到的沉降更大，說明了填土高度與沉降的線性關(guān)系；同時(shí)在填土高度接近的并且相隔不遠(yuǎn)的兩斷面K73+600和斷面K84+000，在填土高度和地質(zhì)情況應(yīng)該差不多的情況下看到，前者的沉降比后者大得多，一方面是由于前斷面的壓縮層厚度比后者多得多，說明壓縮層厚度與沉降也存在著線性的關(guān)系，另一方面，斷面K73+600的填土速率遠(yuǎn)大和遠(yuǎn)快于斷面K84+000，故出現(xiàn)了沉降較后者大得多的結(jié)果，說明填土速率與沉降的關(guān)系，填土速率越大，沉降越大。

圖5　填土高度-壓縮層厚度-沉降關(guān)系圖

綜上分析，針對(duì)特定的地質(zhì)條件、軟土特征，2種處理方式對(duì)軟土路基的加固處理均得到了良好的處理效果，形成的復(fù)合地基滿足設(shè)計(jì)要求。

3碎石樁與粉噴樁適用范圍對(duì)比分析

通過對(duì)地基處理方式使用的地質(zhì)條件、軟土特征對(duì)比可以得到，粉噴樁由于其施工的特殊要求，適合于加固各種成因的飽和軟粘土，在用于加固淤泥、淤泥質(zhì)土和含水量較高的粘土?xí)r，優(yōu)勢(shì)較為明顯。因?yàn)榉蹏姌妒菍⒏傻墓袒瘎┌枞氲鼗孕枰幚淼牡鼗泻枯^高，或者在施工基礎(chǔ)上加入少量的水分，故在上述軟土情況中使用粉噴樁無疑是屬于比較經(jīng)濟(jì)、性價(jià)比比較高的處理方式。

相比于粉噴樁，根據(jù)地質(zhì)情況，對(duì)于含砂性較多的軟土，采用振動(dòng)沉管擠密碎石樁處理效果則更好，因?yàn)槌凉軐?duì)土產(chǎn)生橫向的擠密及振密作用，使土體向樁周圍擠壓，樁周體得以擠密，同時(shí)添加碎石，并將其逐層進(jìn)行夯實(shí)，形成碎石樁樁體，使樁和土形成復(fù)合地基，從而增強(qiáng)了地基的承載力并且提高了整個(gè)復(fù)合地基的穩(wěn)定性，同時(shí)因碎石樁體與其表面的砂(礫)或碎石墊層，聯(lián)合形成了垂直和水平排水通道，有效縮短天然含水的滲透路徑，有利于軟土的排水固結(jié)，對(duì)減少工后沉降極為有利。

總體來說，對(duì)于此2種復(fù)合地基處理方式，水泥粉噴樁對(duì)于強(qiáng)度低、壓縮性高，排水性差的軟土，尤其是在一定深度內(nèi)無理想持力層的軟土路基，具有一定優(yōu)勢(shì)，性價(jià)比相對(duì)較好；而碎石樁對(duì)砂土、粉土較多的軟土具有擠密和置換作用，適用于加固松散砂土、粉土、低液限粘土、素填土和雜填土及其他劣質(zhì)條件下的公路路基、房建地基、機(jī)場(chǎng)、碼頭、鐵路路基的軟土地基，相對(duì)具有場(chǎng)地干凈、造價(jià)低、施工速度快的優(yōu)勢(shì)。

4結(jié)語

(1) 軟土地基的沉降受諸多因素的影響，影響因素最大的是填土的高度及壓縮層的厚度，地基的沉降與填土的高度及壓縮層的厚度呈現(xiàn)明顯的線性關(guān)系，填土速率和填土每層的厚度與路基的沉降呈明顯的線性關(guān)系，即填土高度越高，壓縮層厚度越大，填土速率越快，軟土路基沉降越大，但是通過處理后的路基承載力明顯提高，路基沉降減少明顯。

(2) 通過對(duì)2種地基處理方式的地質(zhì)條件對(duì)比得到，水泥粉噴樁適用于強(qiáng)度低、壓縮性大，排水性差的軟土，尤其是在一定深度內(nèi)無理想持力層的軟土路基。碎石樁對(duì)砂土、粉土較多的軟土具有擠密、置換和排水固結(jié)作用，適用于加固松散砂土、粉土和低液限的粘性土。

參考文獻(xiàn)

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[3]李慶波.碎石樁處理軟土路基的實(shí)踐[J].山西建筑,2007,33(34):124-125.

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結(jié)論撰寫要求

結(jié)論又稱結(jié)束語、結(jié)語。它是在理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，通過嚴(yán)密的邏輯推理而得出的富有創(chuàng)造性、指導(dǎo)性、經(jīng)驗(yàn)性的結(jié)果描述。它又以自身的條理性、明確性、客觀性反映了論文或研究成果的價(jià)值。結(jié)論與引言相呼應(yīng)，同摘要一樣，其作用是便于讀者閱讀和為二次文獻(xiàn)提供依據(jù)。

其內(nèi)容要點(diǎn)如下：

① 本研究結(jié)果說明了什么問題，得出了什么規(guī)律性的東西，解決了什么理論或?qū)嶋H問題；② 對(duì)前人有關(guān)本問題的看法做了哪些檢驗(yàn)，哪些與本研究結(jié)果一致，哪些不一致，作者做了哪些修正、補(bǔ)充、發(fā)展或否定；③ 本研究的不足之處或遺留問題。

對(duì)于某一篇論文的“結(jié)論”，上述要點(diǎn)：① 是必需的，而② 和③ 視論文的具體內(nèi)容可以有，也可沒有；如果不可能導(dǎo)出結(jié)論，也可以沒有結(jié)論而進(jìn)行必要的討論。

撰寫的結(jié)論應(yīng)達(dá)到如下要求：

① 概括準(zhǔn)確，措辭嚴(yán)謹(jǐn)；② 明確具體，簡短精練；③ 不做自我評(píng)價(jià)。

《交通科技》雜志社

Comparative Analysis of Reinforcement Effect Between Gravel Pile and Powder Sprayed Pile

LiangYuanlin

(Hubei Daguangbei Expressway Co., Ltd., Huanggang 438000, China)

Abstract：In the foundation of the project of Daqing-Guangzhou North expressway (Macheng-Xishui section), this paper introduced the construction technology of vibration gravel compaction pile (gravel pile) and cement deep mixing pile (powder sprayed piles), . The reinforcement effect of gravel pile and powder sprayed pile were compared based on the settlement data of ground surface after treatment in the condition of soft soil, which can be used to evaluate their application scope.

Key words:expressway; soft soil; gravel pile; powder sprayed pile; reinforcement effect