公路軟土路基加固補強施工技術

張宏杰

（甘肅省平涼公路事業發展中心涇川公路段，甘肅平涼）

1 項目背景

根據項目地勘報告，本項目土層主要以素填土、粉質黏土層及巖層為主，局部孔位顯示有連續淤泥質土。其中部分路段位于池塘范圍需要進行清淤換填處理，部分路段近期已場平，為新近人工填土層，均為未壓實狀態。針對本項目地質情況，選取合理的地基處理方法如下。

（1） 對魚塘范圍、軟土≤3 m 的范圍進行換填砂礫處理。

（2） 對深度＞3 m 的軟土區域，采用水泥攪拌樁進行補強，水泥攪拌樁的樁徑為0.5 m，呈等邊三角形布置，樁距1.3 m，在橋臺后50 m 范圍及涵洞范圍的樁距為1.1 m。位于水泥攪拌樁范圍的池塘段需清淤回填80 cm 路基土后再填至樁頂標高施工水泥攪拌樁。水泥攪拌樁樁位布置如圖1 所示。

圖1 水泥攪拌樁平面布置示意

2 水泥攪拌樁的原理

水泥攪拌樁是一種加固軟土地基的施工方法[1]。主要是通過水泥的固化性能，將水泥和土通過機械攪拌，再緩慢提升攪拌機械成為樁體，水泥在水和土的作用下形成一系列的化學反應，使土體固結，從而提高了土體的承載能力[2]。除此之外，由于加入了一定量的水泥，使土體體積增加，從而起到了擠密效果，也能在一定程度上提高土體的承載能力[3]，其處理深度往往能達到5～20 m。

水泥在和水、土進行拌和后，主要有水泥的水解以及水化反應、土體顆粒和水泥形成固現象。施工過程中，應注意下列參數。

（1） 水灰比。該參數為水和水泥用量的質量比。該參數是水泥攪拌樁的強度、耐久性等的重要參數[4]。若水泥用量過大，則強度形成的過程中水化熱也較大，容易導致水泥攪拌樁開裂、不經濟等問題；若水泥用量較小，則會導致水泥攪拌樁強度低，其承載力不能滿足要求。

（2） 鉆進速度和提升速度。主要是指鉆進過程的速度和攪拌后鉆機提升的速度，速度過快或過慢均會導致樁體質量下降，一般情況下，鉆進和提升速度都不應超過2 m/min[5]。

3 水泥攪拌樁施工

3.1 工藝要求

某公路軟基加固補強施工時，水泥摻量為18%，采用42.5 級普通硅酸鹽水泥，用量為每米樁體不少于60 kg，水灰比為0.55。在此基礎上通過試樁確定實際參數。樁頂設0.5 m 級配碎石墊層并滿鋪雙向土工格柵一層。水泥攪拌樁復合地基施工完成28 d 后，做無側限抗壓強度試驗。施工完成后進行檢測，28 d 后其無側限抗壓強度應達到0.8 MPa 以上，90 d 后其無側限抗壓強度達到1.2 MPa 以上。檢測數量為水泥攪拌樁總量的0.5%，并且至少抽檢3 根。同時進行復合地基荷載試驗，其抽檢數量為水泥攪拌樁總量的0.1%，并且至少抽檢3 處。其施工質量應達到表1 所示的標準。

表1 水泥攪拌樁質量標準

在全面進行水泥搬磚施工前，首先選取一個具有代表性的區域進行試樁。選取了18 根水泥攪拌樁進行試樁，試樁結果如表2 所示。

表2 水泥攪拌樁試樁成果匯總

達到規定的期限后，進行鉆孔取芯，其檢測結果如表3 所示。

表3 試樁鉆孔取芯檢測結果

根據試樁結果，最終確定其相關參數如表4 所示。

表4 試樁確定的水泥攪拌樁參數

3.2 施工要求

水泥攪拌樁的成樁主要通過“4噴4 攪”的工藝來進行。具體如下：①場地平整。清表后，將場地進行整平，并按設計文件規定的位置進行放樣；②鉆機就位。將鉆機鉆桿中心對準孔位，并保持鉆機平穩，不發生較大抖動和位移；③鉆進。啟動鉆機，緩慢鉆進500 mm 后啟動空壓機，往孔內噴射高壓空氣，鉆進至設計深度；④提升。鉆進至設計孔底后將鉆機反向旋轉，一邊旋轉一邊噴水泥漿，提升速度不宜超過1 m/min，提升至樁頂后即可關閉水泥發送裝置，然后再次重復操作直至完成施工。水泥攪拌樁樁體的垂直度偏差應小于1%，樁位的偏差應不大于50 mm，樁體直徑應不小于設計，樁體之間的間距偏差應不超過100 mm，樁體長度不應小于設計，和鉆孔灌注樁類似，噴漿應超出樁頂高程0.5 m以上，施工過程如圖2 所示。

圖2 水泥攪拌樁施工工藝

施工注意事項如下。

（1） 成樁設備應配備漿液的計量裝置，并且該裝置應進行標定，標定頻率為每施工1 萬米水泥攪拌樁后應進行標定至少1次，無計量裝置的成樁設備不得用于現場施工。除此之外，還應如實記錄瞬時噴漿量和累計噴漿量，漿液儲量應不小于2 根樁的用量，以確保樁體是連續，否則不得開始新樁體施工。

（2） 應重點對噴漿進行控制，尤其是對開始噴漿的高程和終止噴漿的高程進行控制，并保證連續噴漿，以確保有效樁長。

（3） 若發現噴漿總量不足，則應在該樁位附近重新選擇孔位鉆進、噴漿等操作進行補樁。

（4） 成樁過程中，當復攪時，應緩慢提升或鉆進，不得快速鉆進和提升，否則應重新施工。

3.3 常見問題及處理辦法

水泥攪拌樁施工中常見的問題主要有鉆進困難、提升困難，事故樁等情況，具體如表5 所示。

表5 水泥攪拌樁常見問題及處理措施

4 質量檢測

（1） 取芯。由于水泥攪拌樁的強度不算太高，采用普通鉆機即可取得所需的芯樣。取樣時應從樁中心垂直向下鉆取，取芯過程中應時刻注意鉆機是否保持垂直，防止鉆出水泥攪拌樁樁體外。

（2） 芯樣。取出芯樣后，首先應觀察其顏色、完整程度、硬度以及攪拌的均勻性、水泥含量等，同時做好鉆芯進尺記錄，鉆至樁底時，還應超出樁長鉆至樁端持力層，以保證其承載力。

（3） 取樣。取出完整芯樣后，應在取出的芯樣上截取3 組試件，每組3 個試件，共9 個試件，3 個試件強度的平均值作為該組試件強度的代表值，三組試件強度的最小值作為該樁芯樣強度的代表值。試件應從芯樣頂部距離樁頂1 m 或不大于1 倍樁徑的位置開始截取，底部應從距樁底不大于1 倍樁徑或1 m 的位置停止截取，中間的試件應從芯樣中部3～4 m 的位置開始截取。

（4） 試件制作。水泥攪拌樁的強度較小，因此在制作試件時，應謹慎小心，防止對試件造成破壞。將試件切割成高徑比為1:1 左右的圓柱體，兩端修飾平整即可。

（5） 檢測數量及強度要求。水泥攪拌樁的檢測應在施工完成28 d 后才可進行檢測，鉆芯取樣的數量應超過水泥攪拌樁總量的2%，并且不少于5 根，按照規范要求截取芯樣后，應對其28 d 單軸抗壓強度、樁身完整性、樁長、樁徑、樁端持力層等進行檢測，滿足要求后方可進行下一步施工。

結束語

施工完成后，經有關單位檢測，水泥攪拌樁加固后的復合地基承載力達到了115.3 kPa，平均單樁承載力達到125.6 kN，滿足設計及規范要求。因此，水泥攪拌樁處理軟土路基的方案是可行的。該公路通車后，經水泥攪拌樁處理后的軟土路基段未發現有明顯沉降和開裂，實踐表明，該方案在處理公路軟土路基具有良好的效果。