水泥攪拌樁在海灣軟基加固中的應用

■陳才楠（廈門合誠水運工程監理有限公司，廈門361000）

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水泥攪拌樁在海灣軟基加固中的應用

■陳才楠
（廈門合誠水運工程監理有限公司，廈門361000）

根據水泥土攪拌樁的適用條件和加固特點，從水泥土攪拌樁復合地基組成結構出發，探討了水泥土攪拌樁的力學特性、破壞塑性區的分布模式。結合廈門新機場運輸專用通道軟土加固算例，闡述了海灣灘涂區域水泥土攪拌樁復合地基的破壞模式，并要求在設計施工過程中應特別重視褥墊層厚度、地基土的含水量、水泥摻量和噴漿壓力的影響，以保證顯著的加固效果。

水泥土攪拌樁海灣軟基塑性區

1引言

我國區域遼闊，工程地質條件復雜，地方差異性大，其中大陸海岸線就有1.8萬km。目前各類建筑物的建設處處皆是，青藏鐵路、跨海隧道、填海造地等大規模工程建設司空見慣，且在深厚軟土地基、沼澤地帶、江湖淤積層地區域修建高速公路、高速鐵路、機場跑道也非難事，并積累了豐富的工程經驗和科研結論［1］。其中在軟土地基加固工程中地基處理技方法形式多樣、難度各異，適用于處理淤泥、淤泥質土、粘性土、粉土、砂土、人工填土、沖填土、雜填土、素填土、黃土和碎石土等地基。水泥土攪拌樁作為承載力大、設計參數易取、適用范圍廣、加固面積大、施工技術容易掌握等特點已在軟基加固中得到了廣泛的應用，并且取得了眾多研究成果［2，3，4］。但是該類技術在海灣灘涂濕地的應用不多見，尚有很多影響因素被技術人員所忽略，為此筆者結合工程實例，淺析水泥土攪拌樁技術在廈門海灣地區的應用。

2水泥土攪拌樁特性

2.1水泥土攪拌樁構造

水泥土攪拌樁屬復合地基技術之一，水泥土攪拌法是利用水泥等材料作為固化劑，并將軟土與固化劑強制攪拌后，從而使軟土結硬、結塊，來提高地基土強度和增大變形模量為主要目的［5］。水泥土攪拌樁復合地基主要是由樁、樁間土及褥墊層構成，褥墊層將上部基礎傳來的基底壓力（或水平力）通過適當的變形以一定的比例分配給樁及樁間土，使二者共同受力，形成了一個復合地基的受力整體，共同承擔上部基礎傳來的荷載，水泥土攪拌樁復合地基組成見圖1所示。

復合地基的本質是在荷載作用下，將增強體和地基土體共同承擔上部結構傳來的荷載，但是在深厚軟土地基加固中攪拌能力是有限的，致使在地基承載力大于140kPa的粘性土和粉土地基中的應用有一定難度。因此，保證設置的增強體的承載特性與天然地基土體通過變形協調共同承擔荷載是形成復合地基的基本條件［6］。

2.2水泥土攪拌樁力學特性

復合地基設計和施工過程中，承載力特征值的確定是首當其沖的問題，該承載力不是天然地基承載力和單樁承載力的簡單疊加，在定值過程中仍需要考慮一些因素的影響：

（1）施工時對樁間土是否產生擾動擠密，樁間土承載力有無降低和提高；

（2）樁對樁間土有約束作用；

（3）復合地基中樁的Q-S曲線呈加工硬化性，比自由單樁的承載力高；

（4）樁和樁間土承載力的發揮都與變形有關，變形小時，其承載力發揮都不充分；

圖1　水泥土攪拌樁復合地基組成

（5）樁間土承載力的發揮與褥墊層厚度有關。

因此在初步設計時水泥土攪拌樁復合地基承載力特征值應按公式（1）計算：

fspk=［1+m（n-1）］fsk

（1）

式中：fspk為水泥土攪拌樁復合地基承載力特征值，fsk為處理后樁間土承載力特征值，n為復合地基樁土應力比，m為面積置換率。

水泥土樁體單樁豎向承載力特征值Ra為：

Ra=up∑qsili+αpqpAp

（2）

Ra=ηfcuAp

（3）

式中：up為樁的周長，qsi為樁周土的側阻力特征值，li為加固土層的厚度，αp為樁端端阻力發揮系數，qp為樁端端阻力特征值，η為樁身強度折減系數，fcu為立方體抗壓強度。

工程中，通常分別對式（2）和式（3）進行計算，比較取值，將小值作為水泥土樁體單樁豎向承載力特征值。2.3海灣水泥土攪拌樁加固的破壞模式

海灣灘涂區域水泥土攪拌樁復合地基的破壞主要是通過加固區域塑性區的分布特征加以體現。塑性區是當交通荷載達到一定數值時，復合地基結構產生了不可恢復的塑性變形，一旦塑性變形進一步擴展、貫通即會出現不穩定的塑性區域，如圖2所示。

圖2　海灣地區攪拌樁加固破壞模式

經水泥土攪拌樁加固后，復合地基及路堤在荷載作用下的塑性區分布主要在褥墊層、攪拌樁樁復合地基上部，主要表現為剪切破壞和少量的拉伸破壞，塑性區進一步擴大并有貫通的趨勢，而導致加固失效。

3工程實例

3.1工程概況

工程案例選取廈門新機場運輸專用通道工程范圍：起點接現狀環嶝南路，終點接現狀陽塘東路，道路性質為臨時道路，道路全長9807.626m（其中，跨海路段道路長890米、跨海路段圍堰900m、涵洞7道、空心板梁橋120m長一座）。翔安機場快速路南段（翔安南路-大嶝段）施工運輸通道工程范圍：起于翔安沙美村（與現狀八一公路相交），向南沿翔安機場快速路主線走向，至霄壟村與翔安南路相交，經珩厝村東、前嶺村西、霞浯鹽田（蓮河吹填造地區），以鋼棧橋形式跨南港海，上大嶝島后與新機場臨時運輸通道（規劃環嶝北路）銜接。路線全長6.89公里km，其中：右線便道長3.99km，跨海鋼棧橋長0.82km，寬10m；左線便道長2.08km，寬9m。工程位于翔安區境內，場地蟓始地貌主要跨越沖洪積階地、海灣灘涂、濱海潮間帶及局部殘坡積臺地。沿線地形總體較為平緩～一般傾斜。其中翔安側整體呈由北向南及由東西兩側向中部微傾的趨勢：中部南港海整體呈南北側陸域向中部海域方向傾斜；南側大嶝島呈由中部微丘（殘坡積）臺地向四周海灣灘涂傾斜的趨勢。本項目大部分區段位于（原）海灣灘涂、濱海潮間帶路段；其余均位于沖洪積階地路段。

3.2海灣灘涂的水泥土攪拌樁施工要素

根據海灣灘涂區域水泥土攪拌樁復合地基承載力特征值、水泥土樁體單樁豎向承載力特征值和塑性區分布特征，闡述攪拌樁在設計施工中注意的主要因素，比保證加固效果。

（1）褥墊層厚度的影響

水泥土攪拌樁主要用于豎向承載，但很多工程中褥墊層厚度不符合要求，甚至未設置褥墊層，導致路面不均勻變形而沉降?？紤]到該地段主要位于沖洪積階地，地基承載力低，觸變性大，變形模量小等特點，并結合塑性區褥墊層分布范圍，褥墊層厚度取300mm，夯填度為0.9以保證該層結果的損傷破壞。

（2）含水量的影響

含水量大，甚至超過液限這是海灣軟土地基的顯著特點，在水泥土攪拌樁設計施工過程中主要采用干法加固，但是工程師們忽略了干法對加固深度的影響，因此在該路段一味加大水泥用量來克服含水量的影響是不可取的。筆者提出了預先固結排水及粉煤灰或石灰改良的水泥土攪拌樁施工工藝，既增加了地基承載力，也減小了道路的變形和加固成本。

（3）水泥摻量

水泥土攪拌樁的主要承載材料是水泥，工程中對于塊狀加固時水泥摻量不應小于加固軟土質量的7%，這樣在海灣軟土加固中水灰比普遍較低，造成浪費，常見的措施就是水泥中增加粉煤灰。我們應該充分利用軟土的最大承載能力。

（4）噴漿壓力

噴漿壓力對處理后地基變形影響比較大，工程上對于深厚軟基處理通常采用增大噴漿壓力來保證成樁質量和控制土體變形，但是出現了跑漿浪費現象。而目前國產泥漿泵的工作壓力一般小于2.0MPa，為了達到一定的壓力施工單位對設備做了很多方面的改進。由于海灣地區軟土層較厚，僅憑增大噴漿壓力，軟土地基仍然產生較大的變形，因此結合塑性區分布特點，改善褥墊層的滲透性和增加該層的厚度以及增大置換率來調控噴漿壓力，已在工程上取得了較好的效果。

4結論

水泥土攪拌樁加固軟土地基是經驗性很強的地基處理技術工作，在不同的場地處理效果和影響因素不盡相同。在海灣灘涂濕地加固中，塑性區分布主要在褥墊層、攪拌樁樁復合地基上部，主要表現為剪切破壞和少量的拉伸破壞，因此在設計施工過程中應特別重視褥墊層厚度、地基土的含水量、水泥摻量和噴漿壓力的影響，以保證顯著的加固效果。

［1］陳仁朋，許鋒，陳云敏等.軟土地基上剛性樁－路堤共同作用分析［J］.中國公路學報，2005，18（3）：7－13.

［2］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.

［3］牛志榮，李宏等.復合地基處理及其工程實例［M］.北京：中國建材工業出版社，2000.

［4］程良奎.巖土加固實用技術［M］.北京：地震出版社，2000.

［5］劉國明，周軍.路堤軟土地基沉降有限元非線性分析［J］.福州大學學報，2003，31（4）：470－473.

［6］牛志榮，李宏，等.復合地基處理及其工程實例［M］.北京：中國建材工業出版社，2000.