水泥攪拌樁在公路軟基處理中的應用

陳武軍廈門中平工程監理咨詢有限公司（361000）

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水泥攪拌樁在公路軟基處理中的應用

陳武軍
廈門中平工程監理咨詢有限公司（361000）

摘要：主要對水泥攪拌樁在某一級公路軟土路基處理中的應用進行分析，并從加固原理、加固設計等方面進行了闡述，為水泥攪拌樁在今后公路軟基處理設計中的應用提供了參考依據。

關鍵詞：水泥攪拌樁；軟土路基；處理

1　水泥攪拌樁概述

1.1水泥攪拌樁的適用范圍

采用水泥與軟土充分攪拌后形成的復合地基可以大大地提高承載力，減少沉降量。故水泥攪拌樁能在公路路基、鐵路、建筑物、辦公樓、機場、水壩、港口等各種工程中應用。

1.2水泥攪拌樁的作用范圍

1）水泥的水化反應

普通硅酸鹽水泥主要是由氧化鈣、二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵和三氧化硫等組成。在水泥拌入軟基中后，很快與軟土中的水發生水化反應，生成氫氧化鈣、水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣和水化鐵酸鈣等化合物。其中，氫氧化鈣和水化鋁酸鈣溶解于水，隨著水解與水化的反應，溶液達到飽和，形成凝膠體。

2）水泥水化物與土顆粒的作用

①凝硬作用。水泥與水發生反應析出大量的鈣離子，鈣離子與軟土中的礦物質進行化學反應，逐漸生成不溶于水的結晶化合物。這些新生成的物質在水中和空氣中逐漸硬化，增大了水泥土的強度。②離子交換。軟土中含有多種礦物質，并有游離鈉離子Na+和鉀離子K+，它們和水泥水化生成的鈣離子Ca2+進行當量吸附交換，使土里水化膜變薄，土顆粒集合成大團粒，讓土體強度提高。

3）碳酸化作用

水泥水化物中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳和水反應生成不溶于水的碳酸鈣，也能提高軟土的強度。

2　工程概況

該項目為某縣新建一級公路，全長40 km，路基標準橫斷面為24.5 m，設計速度為80 km/h。軟基合同段地處平原區，所經處水系發育，地表魚塘密布，溝渠縱橫，地下水位一般在1.0～2.2 m之間。根據附近水文地質資料和現場勘查，評價場區地下水對鋼筋混凝土無腐蝕性。

其物理力學性質如下（從上而下）：

①耕植土及亞黏土：軟一可塑，厚1.0～2.5 m，容許承載力為100～200 kPa，極限摩阻力為40 kPa左右。②淤泥：灰黑色，流塑，一般厚度為2.0～7.5 m，少數段達9～12 m。含水量為51.2％～96.2％。容許承載力為40～50 kPa，極限摩阻力為10～20 kPa，空隙比1.7～2.35，壓縮系數為1.15～2.21 MPa-1，快剪粘聚力為3.5～10 kPa，內摩擦角為1～3.5°。③砂層：厚1.5～12 m，一般5～9 m，容許承載力為100～300 kPa，極限摩阻力為35～75 kPa。④風化殘積亞黏土：厚1.8～6 m，容許承載力為200～2 400 kPa，極限摩阻力為50～85 kPa。

在總結經驗的基礎上，綜合比較論證，決定采用水泥攪拌樁法進行處理，根據承載力和變形要求，處理后的復合地基承載特征值應達到200 kPa。

3　水泥攪拌樁設計

水泥攪拌樁設計計算主要包括承載力計算及變形計算兩方面，主要是確定樁徑、樁長、樁的布置形式、置換率及水泥的摻入比等。

3.1單樁承載力計算

確定單樁承載力的方法有很多，主要有公式計算法、靜載試驗法及原位測定法三大類。對水泥攪拌樁的設計計算而言，通常采用的方法為公式計算法，靜載試驗法和原位觀測常常用于成樁的檢測。根據《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007-2011）中推薦的單樁承載力標準值計算公式為：

其中：R為單樁豎向承載力標準值；fcu為與攪拌樁樁身加固配比相同的室內加固土試塊的無側限抗壓強度的平均值；n為強度折減系數，一般取0.35～0.50；Ap為樁的截面積；fk為樁端地基的承載力標準值；fk為樁端天然地基土的承載力折減系數，一般取0.4～0.6；qs為樁周土的平均摩擦力；up為樁身周長；l為樁長。

計算時，用上述兩個公式同時計算，并取其中較小的值作為單樁承載力標準值。

3.2復合地基承載力計算

水泥攪拌樁在垂直荷載作用下有一定的壓縮變形，在樁身壓縮變形的同時，其周圍的軟土也分擔一部分荷載，形成了柔性樁復合地基。水泥攪拌樁的復合地基承載力標準值可按下式計算：

其中：fck為復合地基承載力標準值；m為樁土面積置換率；β為樁間土折減系數；fa為樁間天然地基容許承載力。經計算設計要求為：單樁承載力特征值為150 kN，復合地基承載力特征值為200 kPa。

3.3沉降計算

當復合地基承受上部傳遞來的垂直荷載后，所產生的沉降變形包括樁土復合層本身的壓縮變形和樁土復合地面以下土的沉降量之和。計算公式如下：

其中n為復合地基的樁土應力比，可采用3～10。

4　處理方案

4.1設計方案

通過計算本項目采用水泥攪拌樁處理方案為：樁徑為50 cm；樁長要求打穿淤泥層，一般4～9 m，個別橋頭到12 m；路基軟土樁距1.5 m×1.3 m（排距），等腰三角形布置，橋頭20 m范圍內，1.0 m×1.3 m（排距）；水泥標號采用42.5號普通硅酸鹽水泥，并在樁頂鋪設一層50 cm中粗砂墊層，其上設置一層土工格柵。樁施工完畢三個月后方可填筑路堤或施加其他荷載，并在加載前進行試樁。

4.2水泥摻入量的確定

水泥摻入量由室內配合比試驗確定。根據軟土的天然含水量、孔隙比的不同，水泥摻入量應相應變化。要求室內配合比試驗的90 d無側限抗壓強度R90≥1.2 MPa，時間緊張時也可按28 d無側限抗壓強度R90≥0.8 MPa。

4.3施工注意事項

水泥攪拌樁處理軟土屬于隱蔽工程，且通常是晝夜連續施工。為了在施工工程中加強對施工工藝、水泥用量、樁長、施工進度的控制，專門配了數名監理工程師24 h跟蹤旁站監督。由監理工程師逐樁簽證，做到每樁都有完整記錄。

5　結論

水泥攪拌樁可有效提高地基強度，在設計計算時，應根據現場工程地質條件，通過室內配合比試驗、施工工藝試驗以及現場檢測的方法等綜合考慮適當的計算公式和參數，必要時選擇合適的修正系數，讓計算結果盡可能的接近實際工程。

參考文獻：

［1］張文頂.水泥攪拌樁在某一級公路軟基處理中的應用［J］.四川建材，2010（2）.

［2］GB 50007- 2011，建筑地基基礎設計規范［S］.