公路軟基深層水泥攪拌樁處治分析

張愿

作者簡介：

張 愿（1979—），工程師，研究方向：工程施工、交通運輸工程。

摘要：軟土地基在外部荷載作用下，會產生較大變形，進而造成其上部路基路面結構的整體破壞。深層水泥攪拌樁可最大限度地利用原狀土體，施工速度快，適用性強，可有效提高軟土地基承載能力。文章結合公路軟基處治案例，分析了軟基施工工藝，并采用靜載試驗檢測復合地基的承載力，以進一步檢驗軟基處治效果，同時對路基沉降、側向位移進行了監測分析。結果表明，采用深層水泥攪拌樁處治后軟土地基的承載力明顯提高，達到了預期的加固效果。

關鍵詞：公路軟基;深層水泥攪拌樁;靜載試驗;路基沉降

中國分類號：U416.1+1A160583

0 引言

軟土地基是公路施工過程中常見的一種不良地基形式，處治不當會使路基產生沉降變形，進而造成路基路面結構的整體破壞。深層水泥攪拌樁是將水泥等固化劑按照一定比例加入，與原狀土體拌和成為具有一定強度的樁體，對軟土地基進行加固[1]。采用深層水泥攪拌樁處治后的軟土地基，樁體與地基共同承受地基上部的荷載，可有效提高地基承載力，改善地基的受力狀態。深層水泥攪拌樁可處治淤泥質土、黏性土、粉質土等類型的軟土地基[2-3]，適用性較強。

本文基于貴合高速公路軟土地基處治施工實踐，結合施工現場實際情況制定施工方案，對水泥攪拌樁的施工工藝進行了闡述。完工后開展靜載試驗，對復合地基承載力進行了檢測，驗證深層水泥攪拌樁處治效果。在路基施工過程中布置測點，對路基沉降變形和側向位移進行監測，作為分析地基穩定性的主要依據。

1 工程概況

廣西貴合高速公路建設項目軟土分布較廣泛，局部軟土層厚度大，力學性能差。該高速公路施工沿線分布有多段軟土地基，軟土類型主要為淤泥質黏土，部分路段分布有淤泥，呈軟塑狀，天然含水量較高，具有高壓縮性，在外界荷載作用下極易產生側向滑移和不均勻沉降，承載能力嚴重不足。軟土層厚度為8～13 m，結合前期勘察設計資料，軟土地基承載力僅為50 kPa。為了提高軟土地基承載能力，設計采用深層水泥攪拌樁對地基進行加固處治。

2 軟土地基處治方案

2.1 深層水泥土攪拌樁設計

該路段軟土地基處治設計采用深層水泥攪拌樁，設計樁徑為0.5 m，最大樁長為15 m，按正方形布置，樁間距為1.3 m，填方路基坡腳以外設置一排樁。深層水泥攪拌樁布置如圖1所示。

深層水泥攪拌樁水泥選用42.5普通硅酸鹽水泥，水泥摻量為15%，且每延米水泥用量≥50 kg，水灰比控制在0.45～0.5。樁體設計強度（28 d無側限抗壓強度）≥1.2 MPa，地基承載力≥130 kPa。持力層位置為軟土層以下2 m的位置，該層為含砂黏土。施工中樁體進入持力層≥2 m。

2.2 深層水泥攪拌樁處治工藝

深層水泥攪拌樁施工選用安進達AJD-D068型深層攪拌樁機，鉆孔直徑為150～800 mm，鉆孔深度可達到3～16 m，回轉角度為360°，動力頭功率為7.5 kW，動力頭轉速為98 rpm。壓漿機選用LMCJA智能壓漿機，最大工作壓力為1.5 MPa，壓漿流量為3 m3/h。

深層水泥攪拌樁鉆進過程中嚴格控制樁長、樁間距、垂直度等指標，樁間距偏差≤50 mm，垂直度偏差≤1%。深層水泥攪拌樁施工采用“四噴四攪”成樁工藝，施工過程中嚴格控制水灰比（0.45～0.5），提漿速度≤1.2 m/min。深層水泥攪拌樁施工中首先進行場地平整，達到要求后機械進場，進行樁機就位，然后使用壓漿機配制水泥漿，操作深層攪拌樁機攪拌成樁，成樁后移位進行下一個攪拌樁施工。

3 深層水泥攪拌樁加固效果分析

3.1 單樁復合地基靜載荷試驗結果分析

深層水泥攪拌樁成樁28 d后，選定有代表性的試驗點開展靜載試驗檢測單樁復合地基承載力[4-5]。靜載試驗分9級加載，最大加載值為300 kPa。選取其中三個試驗點進行單樁復合地基靜載試驗（如表1所示），靜載試驗P-S曲線如圖2所示。

分析三個試驗點的靜載試驗P-S曲線，曲線變化趨勢平緩，且三個測點曲線變化趨勢基本相同。s/d=0.006所對應的承載力特征值為150 kPa，結合《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）中的相關規定，承載力特征值不得超過最大加載壓力的一半，說明地基承載力滿足設計要求。

3.2 路基變形監測結果分析

為了驗證深層水泥攪拌樁地基加固效果，在路基填筑施工過程中布置測點，進行路基沉降和側向水平位移監測。沉降板和測斜儀布置如圖1所示。

3.2.1 路基沉降監測結果分析

為了進一步確定地基的穩定性，在路基填筑施工過程中，分別在路基中心和兩側路肩位置的深層水泥攪拌樁樁頂和樁間土位置埋設沉降板，進行路基沉降監測。選取K35+000、K35+200和K35+400三個監測斷面，監測時間為300 d。由于三個監測斷面的監測結果基本一致，選取K35+200斷面監測結果作為研究對象，其樁頂和樁間土沉降量隨監測時間變化曲線如圖3所示。

分析圖3所示的K35+200斷面樁頂和樁間土沉降量隨時間變化曲線，監測前期沉降變化速度較快，75 d以后沉降速度明顯下降，且逐步趨于平緩。樁頂沉降量較樁間土大，這是由于二者模量不同造成的，樁體模量大于樁間土模量，沉降較小。前75 d沉降變化速度較快，這是由于該時間段正在填筑路基，施工荷載和地基上部填土增加所致。75 d以后路基填筑施工結束，路基沉降逐步趨于穩定。沉降監測結束后樁體和樁間土沉降量分別達到86 mm和91 mm，沉降變形已處于穩定狀態。

3.2.2 側向水平位移監測結果分析

為了確定不同深度路基側向水平位移，分別在K35+000、K35+200和K35+400三個監測斷面路基坡腳布置測斜儀。選取K35+400斷面監測結果作為研究對象，其不同深度側向水平位移監測結果如圖4所示。

分析圖4的K35+400斷面不同深度側向水平位移變化曲線，自地表向下10 m內，側向水平位移值較大，10 m以下逐步下降，其中最大側向位移出現在7 m位置，最大位移為7.92 mm，位移值很小，所產生的變形不會對路基坡腳造成影響。這是由于深層水泥攪拌樁可有效控制地基土的側向變形，使地基處于穩定狀態。

4 結語

本文結合高速公路軟土地基深層水泥攪拌樁施工實踐，從施工方案的制定、攪拌樁施工質量檢測、路基沉降變形和側向水平位移監測等方面進行全面闡述，收集試驗數據進行分析得出以下結論：

（1）分析試驗點單樁復合地基靜載試驗數據和P-S曲線可知，地基承載力代表值為150 kPa，滿足設計要求。

（2）分析路基沉降監測結果可知，監測前期樁頂和樁間土沉降變形速度較快，這是由于施工荷載造成的，后期逐步趨于平緩，最終達到穩定狀態。

（3）分析路基側向水平位移監測結果可知，地表以下10 m內側向水平位移較大，10 m以下逐漸變小，其中最大側向水平位移為7.92 mm，不會對路基變形造成影響，路基穩定性良好。

總之，通過分析上述試驗結果，深層攪拌樁成樁質量滿足設計要求，處治后路基穩定性良好，達到了預期目的。

參考文獻：

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