淤泥固化樁技術(shù)在吹填土路基工程中的研究與應(yīng)用

余朝偉

淤泥固化樁技術(shù)在吹填土路基工程中的研究與應(yīng)用

余朝偉

（浙江省圍海建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 浙江寧波 315040）

針對濱海工程建設(shè)中淤泥軟基處理難題，本文以在浙江某新吹填新區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)合淤泥固化軟基處理工藝，開展淤泥固化樁技術(shù)在吹填土路基處理領(lǐng)域的研究應(yīng)用，并通過工藝試驗(yàn)實(shí)施，通過長短樁結(jié)合搭接工藝進(jìn)行路基處理，對基礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體固化。旨在現(xiàn)有淤泥固化技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)一種新型吹填土路基處理方案，從理論計(jì)算、現(xiàn)場實(shí)施、最終檢驗(yàn)介紹了該技術(shù)研究與應(yīng)用。

吹填淤泥；軟基處理；長短樁結(jié)合

一、引言

灘涂吹填淤泥的地基處理是濱海工程建設(shè)中的一個(gè)棘手問題，與一般軟土地基相比，灘涂淤泥具有土體顆粒細(xì)、孔隙比大、含水率大、滲透性低，強(qiáng)度低等特點(diǎn)，當(dāng)前工程中普遍采用真空預(yù)壓的方式進(jìn)行處理，然而受工藝限制，真空預(yù)壓處理周期相對較長，地基承載力提高非常有限，工后沉降也較大，難以滿足工程建設(shè)特別是道路路基建設(shè)的要求。為解決路基處理難題，研究開發(fā)淤泥固化樁在吹填土路基工程中的應(yīng)用技術(shù)，本文以在浙江某新吹填新區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)研究，旨在現(xiàn)有淤泥固化技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)一種新型吹填土路基處理方案。

試驗(yàn)區(qū)塊地質(zhì)概況：工程勘察結(jié)果顯示，圍區(qū)內(nèi)以流塑狀淤泥為主，含水率55.4%~72.8%，重度15.7~16.6 kN/m3，孔隙比高達(dá)1.58~2.04，液性指數(shù)1.40~1.81，塑性指數(shù)22.8~26.3，壓縮模量1.66~1.80 MPa，固結(jié)快剪粘聚力11.5~12.5 kPa，內(nèi)摩擦角7.8°~8.3°。極低的地基承載力，使普通施工機(jī)械無法進(jìn)入場區(qū)進(jìn)行地基處理，嚴(yán)重限制了工程建設(shè)的步伐。

二、技術(shù)開發(fā)目標(biāo)

1、承載力要求：處理后的地基承載力特征值不小于80 kPa；

2、工后沉降要求： 15年內(nèi)路基工后沉降理論計(jì)算值不大于30cm；

三、技術(shù)開發(fā)方案

3.1 技術(shù)開發(fā)路線

為滿足路基承載力和沉降要求，結(jié)合已有的工程經(jīng)驗(yàn)，整體設(shè)計(jì)思路采用上部整體固化，下部布置間隔的深層固化樁結(jié)構(gòu)，并在表層鋪設(shè)固化土穩(wěn)定層。

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)方案暫定上部整體固化樁固化深度取2.0m，深層固化樁固化深度取7.0m（置換率26.2%），表層鋪設(shè)0.30m的固化土穩(wěn)定層和少量碎石，樁位平面布置圖及路基結(jié)構(gòu)剖面圖如下圖3.1所示：

圖3.1 樁位平面布置圖及路基結(jié)構(gòu)剖面圖

3.2 理論計(jì)算

3.2.1 承載力計(jì)算

（1）固化層承載力

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011），滿堂固化后的地基表層承載力特征值可根據(jù)其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)按下式估算：

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012），固化土地基承載力尚需滿足

式中：：樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，干法可取0.20～0.30，濕法可取0.25～0.33；保守考慮，取0.25，取0.8MPa，則。

故可取固化土層的地基承載力，滿足要求。

（2）下臥層承載力

1）2.0m處（滿堂固化層底）

固化樁單樁承載力根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-2012可按以下兩式計(jì)算取小值

基礎(chǔ)上部2.0m范圍內(nèi)，為全固化區(qū)域，為不可塑土層，土層側(cè)阻力按固化土取值，按美國石油協(xié)會(huì)（1980）相關(guān)規(guī)程，側(cè)阻力按下式估算：；

當(dāng)≤25kPa時(shí)，取1.0；當(dāng)時(shí)，在0.5～1.0之間線性插值；當(dāng)時(shí)，取0.5；式中：折減系數(shù)；

由于，保守考慮，本項(xiàng)目按取值，由上述可知：kPa＞75kPa，故，折減系數(shù)取0.5，則；

則：

故取固化樁單樁承載力為157kN。

故2.0m處未經(jīng)修正的復(fù)合地基承載力特征值為：

則修正后的復(fù)合地基承載力特征值為：

滿足要求。

2）7.0m處（長固化樁底）

長樁樁間為淤泥，根據(jù)上述內(nèi)容未經(jīng)修正的地基承載力特征值取30kPa，則長樁樁底復(fù)合地基承載力特征值為

滿足要求。

3.2.2 沉降計(jì)算

沉降計(jì)算時(shí)，路面按通行荷載按掛車-100級單列車隊(duì)考慮，等效荷載分布強(qiáng)度約為45kPa，寬度為3.2m，軟土壓縮層計(jì)算厚度近似取20m（該深度處附加應(yīng)力已遠(yuǎn)小于土體自重應(yīng)力的10%）；根據(jù)相關(guān)地質(zhì)勘查報(bào)告，該深度范圍內(nèi)軟土平均壓縮模量為2.07MPa，根據(jù)樁徑及布樁形式，取下部深層固化樁置換率為26.2%，深度7m。

《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范JGJ79-2002》曾根據(jù)大量試驗(yàn)研究的結(jié)果，指出水泥固化土的壓縮模量可取為，此處取。則沉降按下式計(jì)算

四、項(xiàng)目實(shí)施

4.1 長短樁施工

（1）設(shè)備定位：按設(shè)計(jì)施工圖放樣，確定相應(yīng)施工區(qū)位、機(jī)位，控制施工邊線，攪拌頭對準(zhǔn)相應(yīng)樁號位置。

（2）下鉆噴漿攪拌：啟動(dòng)攪拌馬達(dá)與升降馬達(dá)，攪拌頭沿導(dǎo)向架下鉆，邊噴漿、邊攪拌，嚴(yán)格控制下鉆速度與噴漿流量。隨時(shí)觀察設(shè)備運(yùn)行及地層變化情況。

（3）提升噴漿攪拌：攪拌下鉆至設(shè)計(jì)深度，定噴完成后，提升復(fù)噴復(fù)攪，邊噴漿、邊攪拌，嚴(yán)格控制提升速度，保證固化劑漿液與土體充分結(jié)和，最后，上升至工作基準(zhǔn)面停止噴漿。

（4）復(fù)攪：為確保淤泥土層與固化劑材料攪拌均勻，進(jìn)行二次攪拌不噴漿，即下鉆攪拌不噴漿與提升攪拌不噴漿。

（5）移位：根據(jù)施工順序移至進(jìn)行下一樁位，重復(fù)以步驟進(jìn)行施工；若固化機(jī)一次定位多次作業(yè)時(shí)，攪拌桿在樁架上橫移至其根據(jù)樁間距設(shè)定的刻度點(diǎn)；或固化設(shè)備移至下一工作機(jī)位。

4.2 固化土穩(wěn)定層

表層固化土穩(wěn)定層厚0.30m，在固化樁檢測完成后實(shí)施，總體施工順序：土料運(yùn)輸、攤鋪→固化材料攤鋪→固化攪拌→碾壓→薄層碎石鋪設(shè)→碾壓→養(yǎng)護(hù)。

五、項(xiàng)目實(shí)施效果評價(jià)

5.1 取芯檢測

試驗(yàn)取8組共24個(gè)芯樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，得到各組芯樣最大抗壓強(qiáng)度代表值為4.9MPa，最小抗壓強(qiáng)度代表值為2.3MPa，均遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)強(qiáng)度（0.8MPa）。

取芯檢測結(jié)果如下表5.1所示

表5.1 取芯檢測結(jié)果匯總表

5. 2 地基承載力檢測

采用慢速維持荷載法對固化處理后的地基進(jìn)行了靜載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)承壓板為1000mm×1000mm的方形板。試驗(yàn)點(diǎn)自開始施加第一級荷載90kN（90kPa）后，經(jīng)過480min的試驗(yàn)觀察，加載到第4級360kN（360kPa）達(dá)到穩(wěn)定。繼續(xù)加載至450kN（450kPa），該級荷載經(jīng)過120min（總時(shí)間600min）的試驗(yàn)觀察達(dá)到穩(wěn)定，該級沉降43.01mm，累計(jì)沉降63.52mm.曲線如圖5.1所示。根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012），可得地基承載力特征值為180kPa，對應(yīng)的沉降值為4.66mm。

圖5.1 試驗(yàn)p-s曲線圖

5.3 彎沉試驗(yàn)檢測

測方法采用貝克曼梁法測定回彈彎沉值，檢測共完成8個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。根據(jù)檢測結(jié)果，平均回彈彎沉值為98.5（0.01mm），彎沉代表值為192.8（0.01mm）。具體檢測結(jié)果如下表5.3所示：

表5.3 回彈彎沉試驗(yàn)檢測匯總表

5.4 路基承重直觀檢測

2015年11月8日進(jìn)行了路基承重直觀檢測試驗(yàn)，檢測車輛采用滿載總重約55t的工程運(yùn)輸車，車輛直接在試驗(yàn)處理區(qū)域進(jìn)行行駛檢測。

車輛開行過程中，行駛穩(wěn)定，無異常情況出現(xiàn)，車輛行駛過后的區(qū)域，只有上部鋪設(shè)的碎石部分有較重的輪胎形式印記，固化土基礎(chǔ)基本無沉降，沒有被破壞的現(xiàn)象發(fā)生。

六、結(jié)語

為解決吹填土路基處理的技術(shù)難題，本項(xiàng)目以淤泥原位固結(jié)技術(shù)為支撐，通過設(shè)計(jì)合理的路基結(jié)構(gòu)，并結(jié)合相關(guān)技術(shù)指標(biāo)和使用要求，進(jìn)行試驗(yàn)研究開發(fā)，試驗(yàn)完成后，通過現(xiàn)場檢測，本項(xiàng)目路基承載力達(dá)到180kPa，根據(jù)完工后的相關(guān)檢測數(shù)據(jù)，理論計(jì)算道路在使用條件下工后沉降為24mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

本項(xiàng)目提出了固化土穩(wěn)定層施工工藝和長短樁相結(jié)合與短樁交替施工工藝，形成了超軟吹填土新型路基處理裝備和工藝，具有施工簡便、工期短、費(fèi)用低、處理后路基基礎(chǔ)強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，能節(jié)省大量土石方資源，具有較強(qiáng)的適用性和推廣應(yīng)用前景。

[1]柳國勝，水泥土的配合比試驗(yàn)，西部探礦工程，2003年第6期；

[2]馬軍慶等，水泥土強(qiáng)度的估算，建筑科學(xué)，2009年第3期

TU75

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1007-6344（2017）03-0243-01