水泥攪拌樁技術在高速公路軟基處理中的應用

文／中國公路工程咨詢集團有限公司 田昱 夏彬

關鍵字:高速公路；路基施工；深層軟基處理；水泥攪拌樁

在高速公路建設過程中，經常會遇到各種不良地質，其中以軟土地基最為常見，如果在設計階段未探明，施工階段也未及時處理的話，最終會導致路基填筑后發生沉降或路面開裂，影響公路的正常使用和行駛安全性。一般對于軟基厚度小于3m 的情況下，經常在軟基范圍內換填穩定性好的土、石并壓實夯實；對于軟土厚度大于3m 的情況下，通常采用深層攪拌法加固地基，而水泥攪拌樁就是常用的一種處理方式。通過以往項目的經驗總結，在深層軟基處理中水泥攪拌樁的處理效果較為良好，因此，應加強該工藝的應用，提高軟基處理的施工質量，促進我國公路交通事業高質量可持續健康發展。

1 工程概況

海南省白沙快速出口路項目是海南省迄今為止最大的高速公路設計施工總承包項目，采用設計-施工一體化、代建-監理一體化的管理模式。路線位于海南省儋州市、白沙縣境內，起點位于儋州市那大鎮南與在建萬洋高速儋州互通相接，終點位于白沙縣城西白沙農場牙城區，設置牙叉互通與國道G361 相接。路線全長36.024km，其中儋州市境內18.129km，白沙縣境內17.895km，主線采用雙向四車道高速公路標準建設，設計速度100 公里/小時，路基寬度26 米，設計荷載為公路-Ⅰ級。

主線K5+650 ～K5+750 段為挖方路基段，最大路塹邊坡高度為3.5m，路基覆蓋層為砂質粘性土，厚度2 ～3m，黏土以下為全風化花崗巖。考慮該段為淺挖方路基，地質勘察階段并未進行鉆探，從表層土質承載性能判斷未含軟土，原設計中為避免出現不均勻沉降，路床部分采取換填碎石土處理。在攤鋪完水泥穩定碎石基層后，上基層出現沉降并開裂，經實地測量，沉降影響范圍為100m，裂縫距離左右兩側土路肩邊緣約為3 ～6m 處。如圖1 所示：

圖1 K5+650 ～K5+750 段基層沉降、開裂

2 工程設計

2.1 地質勘察

為探明路基沉降原因，白沙快速出口路項目總承包部委托地質勘察單位對該段路基進行鉆孔取樣，主要目的有：（1）查明K5+650 ～K5+750 路段的地形地貌特征及場地內有無影響場地穩定性的不良地質作用；（2）查明K5+650 ～K5+750 路段路基下各巖土層的成因類型、深度、分布及其工程特性，分析和評價地基的穩定性、均勻性和承載力，提供其物理、力學性質指標參數；（3）查明地下水的分布情況、類型、埋藏條件及其和地表水的補排關系，判定地下水、地表水、地表土對工程材料的腐蝕性；（4）結合各種數據得到產生沉降或不均勻沉降的原因。為更好地探明軟基影響范圍，經設計單位與施工單位根據現場實際共同探討后，布設了5個鉆孔，均為技術性鉆孔。實際鉆孔孔深為5.3m～9.9m，根據各土層芯樣，繪制工程地質剖面圖，如圖2 所示：

圖2 工程地質剖面圖

2.2 方案設計

根據地質鉆孔取芯情況可知，中上層主要為素填土和粉砂，層位穩定，稍密～中密狀，標準貫入實測平均擊數N=24.1 擊，土質均勻性一般，工程性能較好。在中層夾雜著淤泥質粉土，在孔位ZK2、ZK3、ZK4 中有揭露，層位不穩定，土質均勻性差，松散～稍密狀，天然含水量平均值w=31.6%,標準貫入實測平均擊數N=4.3 擊,工程性能一般～差，可判定是該段路基產生沉降過大的主要原因。下層為強風化板巖，工程性能好，是路基良好下臥層。

根據現場情況及地勘資料，設計方案采用水泥攪拌樁進行處理，處理工程量如表1 所示。水泥采用42.5 級普通硅酸鹽水泥，水泥用量15%，水泥漿的水灰比為0.45 ～0.55，樁徑d為50cm，樁間距為1.5m，樁底應伸入承載力較好的強風化板巖。樁頂設置0.8m 級配碎石墊層；樁頂設置兩層雙向土工格柵，技術指標為：抗拉強度應不小于80kN/m，縱向屈服伸長率不大于13%，橫向屈服伸長率不大于16%。水泥攪拌樁28 天無側限抗壓強度不低于0.8MPa。施工完水泥攪拌樁后經質檢部門檢測合格后，開始在樁頂鋪設級配碎石墊層，分兩層鋪設，層間設置土工格柵，然后開始路面結構層的施工。

表1 特殊路基設計工程數量表

3 水泥攪拌樁施工工藝

3.1 施工工序

樁位放樣→鉆機就位→檢驗、調整鉆機→打開高壓注漿泵→正循環鉆進至設計深度并噴水泥漿→反循環提鉆并噴水泥漿，至工作基準面以下0.3m →重復攪拌下鉆并噴水泥漿至設計深度→反循環提鉆至地表并噴水泥漿→成樁結束→施工下一根樁。

3.2 施工準備

由于該段路基處于挖方路段，且路基沉降發生在路面施工完水穩基層后發生的，施工前應將36cm 水穩基層、20cm 級配碎石層及上路床挖除后進行施工。挖除路面結構層后，應及時平整場地，清除路床部分的雜物，讓機械工作時有個平整的工作區域，同時做好人員的施工前技術交底和工程材料等相關工作，確保施工機械就位后能迅速開展施工作業。

3.3 試樁

為了讓水泥攪拌樁施工進展的順利，施工前應進行試樁工作，目的是為了得到一些基本指標數據，如鉆機鉆入的速度、攪拌的速度、噴漿的速度和管道壓力等，以確保各項施工參數均能滿足施工要求。同時，通過成樁后對樁進行檢驗后，可判定樁體整體效果，如果不符合施工要求，應及時調整，以保證各項指標參數更具有合理性和科學性[1]。

3.4 機械就位、漿液制備

現場對樁位做好放線定位工作后，將鉆機拉到指定樁位處，對準孔位后進行預攪下沉，為了更好的控制攪拌機的下沉速度，需要一邊觀測檢測表一邊控制工作電流。然后根據工程要求，科學、合理的制備漿液。本項目按照水泥摻入比15%用量274kg/m3的標準進行實施，水泥砂漿的灰泥比定為1:1[2]。

3.5 噴漿攪拌提升

水泥攪拌樁施工采用四噴四攪工藝，第一次下鉆和提鉆時一律采用低檔操作，復攪時可提高一個檔位。每根樁的正常成樁時間應不少于40 分鐘，噴漿壓力不小于0.4MPa。為保證水泥攪拌樁樁端、樁頂及樁身質量，第一次提鉆噴漿時應在樁底部停留30 秒，進行磨樁端，余漿上提過程中全部噴入樁體，且在樁頂部位進行磨樁頭，停留時間為30 秒，施工時應嚴格控制噴漿時間和停漿時間。每根樁開鉆后應連續作業，不得中斷噴漿，嚴禁在尚未噴漿的情況下進行鉆桿提升作業。儲漿罐內的儲漿應不小于500kg，若儲漿量小于上述重量時，不得進行下一根樁的施工。如遇停電、機械故障原因，噴漿中斷時應及時記錄中斷深度，在12 小時內采取補噴處理措施，并將補噴情況填報于施工記錄內，補噴重疊段應大于100cm，超過12 小時應采取補樁措施。

4 結語

水泥攪拌樁主要應用于深層軟基處理的情況下，且目前在公路項目中的應用也越來越廣泛。該處理措施具有改善地基狀況、提升路基整體剛度、強度、保證工程建設質量等優勢，因此，無論在路基挖方或填方路段遇到軟土路基而導致沉降時，應根據具體工程的實際情況，加強水泥攪拌樁施工技術的合理應用，同時不斷總結施工經驗，為我國公路交通的發展起到一定的促進作用。