大直徑水泥土攪拌樁在深厚軟土路基的應用

李雪平

（中山翠亨新區工程項目建設事務中心）

中山翠亨新區起步區（馬鞍島）規劃陸域面積35 平方公里，位于珠江口伶仃洋水道的中央，該地區在長期的河流沖積和海潮進退作用下，沉積了深厚的海陸交互軟土，主要為淤泥層，層厚為6～40m 不等。該區域原設計新建道路在不受建筑物等因素控制影響的路段采用排水固結法處理，排水固結法不適用則采用PHC 預制管樁處理。設計未考慮水泥土攪拌樁的原因是傳統水泥土攪拌樁直徑多為400mm～600mm，施工最大樁長一般不超過15m，承載力及工后沉降計算難以滿足規范要求，同時該地區淤泥多為流塑狀，攪拌樁成樁存在困難。但采用PHC 預制管樁進行軟土路基處理不僅造價高，同時由于剛性過強易造成“蘑菇云”道路或整體開裂現象。因此如何從技術可行性、經濟合理性上選擇更合適的軟基處理方案將是翠亨新區后續建設道路工程的關鍵之一。

1 工程概況

本工程位于廣東省中山市翠亨新區內，是一條新建的城市主干路，路線全長約4.4km，設計時速V=50km/h，雙向6 車道，道路規劃紅線標準段寬42m。工程所在地地貌類型為三角洲沖積平原地貌類型，沿線地勢以人工填土整平為主，整體起伏較小，場地標高約1～5m。經勘察顯示工程全線場地內均存在軟土，軟土發育，呈飽和，流塑狀。（2-1）淤泥層厚1.9～31.7m；（2-4）淤泥質土層厚1.7～17.5m；（2-7）淤泥質土層厚1.0～8.0m。該層土具有低承載力、高含水量、大孔隙比、弱透水性、低強度、高壓縮性及高靈敏度等特殊性能。易產生側向滑移、不均勻沉降、蠕動及軟土震陷等地質災害。

設計方案根據道路現場的不同情況采用兩種軟基處理方式，在無特殊控制因素路段采用真空聯合堆載預壓，在兩側有現成建筑或對沉降敏感的路段采用直徑800mm 水泥土攪拌樁處理，正方形布置，樁間距為1.7m，最大樁長為20.0m。要求處理后水泥土攪拌樁樁身強度大于1.0MPa，單樁承載力≥150kN，復合地基承載力≥100Kpa。

2 樁間距與樁長確定

確定采用大直徑水泥土攪拌樁進行處理后，合理的樁間距與樁長對軟基處理方案的經濟性有著重要影響。同時樁間距是影響復合地基承載力的主要因素之一，在保證工程質量的情況下，應選擇合理的樁間距。樁間距對應的是樁土置換率，傳統水泥土攪拌樁在路基處理中的置換率為0.1～0.2。本工程采用的大直徑水泥土攪拌樁考慮經濟與合理性，采用0.15 置換率，按正方形布置計算樁間距為1.7m。

受施工設備、施工工藝和成樁效果等因素等控制，一般攪拌樁施工最大樁長不超過25m。由于水泥土攪拌樁是樁和樁間土共同承擔荷載的復合地基，它是強度和剛度介于柔性樁（碎石樁、砂樁等）和剛性樁（鋼管樁、混凝土樁等）之間的一種半剛性樁。攪拌樁樁長的選取，應滿足公式計算所得的單樁承載力及復合地基承載力滿足設計要求。由單樁承載力計算公式：

通過試算樁長為20m時單樁承載力為157KN。

由單樁承載力取整Ra= 150KN 代入復合地基計算公式：

計算最終復合地承載力特征值為106Kpa。

因此確認，本工程水泥土攪拌樁樁長在淤泥埋深小于20m時需穿過軟弱土層進入持力層不小于0.5m，淤泥埋深大于20m樁長取20m。樁長典型布置見圖1。

圖1 水泥土攪拌樁處理縱剖面圖

3 試樁確定水泥參數

設計方案初始給出攪拌樁水泥摻量為18～25%，且用量不小于150kg/m，水泥漿水灰比0.5～0.6，水泥采用42.5R 硅酸鹽水泥，水泥土攪拌樁采用雙向四噴四攪施工工藝。因此須通過試驗確定具體的水泥含量及水泥漿水灰比例。尤其是水泥含量對造價影響較大。項目試樁選取工程的典型路段，一共選取6 根樁進行現場試樁，根據設計參數水泥摻量分別取18%、20%、22%，水灰比按0.55 及0.6 進行試樁。試樁檢測在施工28 天進行，具體試樁參數及檢測結果見表1。

表1 試樁參數及檢測結果

由上述試樁結果可知對直徑800mm 水泥土攪拌樁，三種水泥摻量水泥土攪拌樁樁身強度均滿足設計要求。單樁承載力檢測中18%的水泥摻量不滿足設計要求，另外兩種摻量能滿足要求。復合地基承載力檢測，只有22%水泥摻量滿足要求。同時對比兩種水灰比對應的各項檢測指標可見：水灰比為0.6 的各項檢測參數略高于0.55。因此本項目綜合確定水泥攪拌樁施工水泥摻量采用22%，水灰比為0.6。

同時分析抽芯檢測樁身無側限抗壓強度遠遠高于設計要求的1.0MPa，即使水泥摻量只有18%，成樁效果也較好。經試驗分析針對項目所在地的淤泥含水率高，呈流塑狀，在漿體配合比中摻入的石膏和木質素等外加劑可有效提高水泥土的強度。本項目試驗后選取摻入石膏5.79kg/m、木質素0.28kg/m。

4 施工關鍵技術

⑴鉆機第一次下沉攪拌時，采用低速檔位，第一、二次上升和第二次下沉時采用中速檔位。每次上升和下沉，不在中途換檔，防止樁身水泥摻入量不均勻。前臺操作與后臺供漿應密切配合，噴漿提升的次數和速度與要以試樁確定的參數作為基準，后臺供漿停機時，及時通知以防止斷樁和缺漿。

⑵當攪拌樁樁頂接近設計標高1～1.5m 時，需要慢速噴漿攪拌并提升出地面；為保證樁頭質量，施工樁長應高于設計樁頂面0.3～0.5m，成樁后進行破除至設計樁頂面。

⑶水泥漿應經過濾網過濾、清除雜物后倒入貯漿桶，同時將貯漿灌容量控制在合理水平，既不能造成漿液不足而斷樁情況，同時避免多余漿液在桶內沉淀造成浪費。

⑷攪拌樁機鉆進下沉時速度建議為0.9～1.1m/min，提升速度為0.75～0.85m/min；控制注漿量，保證攪拌均勻，同時泵送必須連續，確保水泥摻入量不低于設計要求。

⑸根據規范要求攪拌機的垂直度偏差不得超過1.5%，可采用線錘隨時檢查。嚴格控制，布樁放線，保證樁位偏差不大于5cm；及時檢查和攪拌機鉆頭，確保徑不小于設計要求。

⑹攪拌樁設計樁長小于20m 可進入持力層時，則進入持力層0.5m，實際施工樁長可由每臺樁機確定的電流來控制（電流值I=45～55A）。

⑺水泥攪拌樁施工過程中要特別注意現狀市政管道的避讓，施工前核對物探成果是否與實際一致，避免水泥攪拌樁施工造成對現狀保留管線的破壞。水泥土攪拌樁施工具體工藝流程見圖2。

圖2 水泥土攪拌樁施工工藝流程

5 結語

水泥土攪拌樁作為成熟的軟基處理方式，具有良好的經濟性。傳統小直徑攪拌樁，超過15m 深度的成樁質量大大減弱，導致工后沉降大，不適用于深厚的軟土路基處理。本文研究在保證合理的樁土置換率前提下加大攪拌樁的直徑，攪拌樁在20m 深度范圍成樁效果良好，同時通過試驗選用合理的水泥摻量、水灰比能夠達到理想的檢測效果，通過在施工中摻入一定量石膏、木質素可進一步提高攪拌樁的強度。本工程經與翠亨新區前期項目采用PHC 預制管樁對比大直徑水泥土攪拌樁軟基處理可減少工程造價約10%。