雙向粉噴攪拌樁在市政道路軟基處理中的應(yīng)用研究

肖敏

摘要：以安徽省亳州市某片區(qū)路網(wǎng)工程項目為研究對象，利用現(xiàn)場取樣、室內(nèi)試驗、原位測試的方法，研究雙向粉噴攪拌樁樁體的強度增長規(guī)律以及地基承載變化情況，并分析雙向粉噴攪拌樁軟基處理后的沉降變化。研究結(jié)果表明：隨著時間的增加，雙向粉噴攪拌樁單軸抗壓強度均表現(xiàn)對數(shù)增加的曲線變化，擬合確定系數(shù)均大于0.93，表明參數(shù)之間具有良好的回歸相關(guān)性。成樁時間越長，對于處理后軟土地基的地基承載力提高越有利。雙向粉噴攪拌樁復(fù)合地基的工后沉降曲線先迅速增加，后趨于收斂穩(wěn)定，在相同的監(jiān)測時間內(nèi)，成樁時間為90d的雙向粉噴攪拌樁復(fù)合地基的沉降量，比成樁時間為28d的雙向粉噴攪拌樁復(fù)合地基的沉降量小。由此表明，增加沉降時間有利于改善處理后軟土地基的工后沉降，但也增加了軟土地基處理的時間成本。

關(guān)鍵詞：軟土路基；地基處理；市政道路；雙向粉噴攪拌樁；工后沉降

0? ?引言

在市政道路工程中，軟弱地基的處理質(zhì)量直接影響著道路的使用壽命和安全性能[1]。雙向粉噴攪拌樁作為一種新型的軟基處理技術(shù)，因具有強度高、施工速度快、環(huán)保等優(yōu)點，而得到了較為廣泛的應(yīng)用。其在軟基處理中通過噴射水泥固化劑，有效增大了土體的密實程度，提高了土體的強度和剛度，從而保證了道基的穩(wěn)定性和耐久性[2-3]。雙向粉噴攪拌樁施工時會產(chǎn)生作用在地基中的剪切力，這種剪切力可以使地基土體發(fā)生固結(jié)和增密。同時，噴射混合土與周圍土體交界面形成粘結(jié)帶，從而有效提高了地基承載力[4]。本文結(jié)合安徽省亳州市某雙向粉噴攪拌樁軟基處理施工項目，研究雙向粉噴攪拌樁樁體的強度增長規(guī)律以及地基承載變化情況，并分析雙向粉噴攪拌樁軟基處理后的沉降變化，研究成果可為道路工程的設(shè)計和施工提供有效的技術(shù)參考。

1? ?工程概況

安徽省亳州市某片區(qū)路網(wǎng)工程項目由11條市政道路組成，道路設(shè)計總里程4348.633m，道路紅線寬20、22、25、30m。場區(qū)范圍內(nèi)除表層分布有一定厚度的雜填土（Qml）、淤泥質(zhì)黏性土（Ql），其下主要為第四系全新統(tǒng)沖積成因（Q4al）的軟弱黏性土層，第四系上更新統(tǒng)沖洪積成因（Q3al+pl）的黏性土及黏性土夾碎石層，其下為白堊-第三系泥質(zhì)粉砂巖。各土層的埋藏分布情況如表1所示。

從表1中可以看出，場區(qū)軟土主要為軟-流塑狀①-3淤泥質(zhì)黏土，具有含水量高、高孔隙性、低滲透性、高壓縮性、低抗剪強度、較顯著的觸變性和蠕變性等不良特點[5-8]。此外，還具有埋深較淺、厚薄不一、局部斷續(xù)、大部連續(xù)成片分布等特征。軟土地基采用雙向粉噴樁處理，軟基處理路段約7.442km，攪拌樁總量約為245萬延米，樁長設(shè)計為10m，樁間距為1.1m的雙向粉噴攪拌樁成樁時間為28d，樁間距為1.2m的雙向粉噴攪拌樁成樁時間為90d。樁體平面呈梅花形布置，樁頭上部鋪設(shè)80cm厚的隨時墊層和雙層鋼塑格柵。

2? ?雙向水泥土攪拌樁施工設(shè)備選型

雙向水泥土攪拌樁采用內(nèi)、外嵌套同心雙重鉆桿攪動兩組葉片，并噴射水泥，使水泥和土體強力拌合而形成水泥土攪拌樁。雙向粉噴攪拌樁施工時，粉噴施工機械鉆機應(yīng)滿足動力大、扭矩大的成樁要求，鉆頭直徑一般與水泥粉噴樁的直徑相同[9-11]。具有正向鉆進、反轉(zhuǎn)提升的功能，且鉆進與提升時具有勻速移動、均勻攪拌、勻速噴粉等功能。

綜合考慮各因素，確定選用定型產(chǎn)品SXJB-B雙向水泥攪拌樁機。空氣壓縮機的選定主要由加固工程的地質(zhì)條件及加固深度所決定。空氣壓縮機壓力一般為0.4～0.9MPa，其風量不宜太大，一般為1.6～2.0m3。雙向粉噴攪拌樁施工設(shè)備數(shù)量及型號如表2所示。

3? ?雙向粉噴攪拌樁軟土地基處理工藝流程

雙向粉噴攪拌樁的軟土地基處理工藝流程如圖1所示。施工時，鉆進速度V＜1.2m/min，平均提升速度為0.8～1.0m/min，攪拌速度為R=30～50轉(zhuǎn)/min，鉆進噴灰、提升攪拌時管道壓力為0.4MPa＜P＜0.7MPa。

4? ?雙向粉噴攪拌樁成樁強度及復(fù)合地基承載力分析

4.1? ?取樣

采取鉆機取芯的方法，對成樁后的雙向粉噴攪拌樁進行芯樣獲取，取樣直徑不小于108mm，芯樣制備成邊長為50mm的立方塊，在室內(nèi)進行單軸抗壓強度試驗。對于間距1.1m的雙向粉噴攪拌樁（成樁時間28d），取樣時間分別為7d、15d、20d和28d。對于間距1.2m的雙向粉噴攪拌樁（成樁時間90d），取樣時間分別為7d、15d、20d、28d、30d、60d和90d。

4.2? ?單軸抗壓強度分析

2種不同成樁時間雙向粉噴攪拌樁的單軸抗壓強度如圖3所示。從圖2中可以看出，隨著時間的增加，2種不同成樁時間的雙向粉噴攪拌樁單軸抗壓強度，均呈現(xiàn)對數(shù)增加的曲線變化。對成樁時間和雙向粉噴攪拌樁單軸抗壓強度進行擬合，得到的擬合擬合關(guān)系如公式（1）和公式（2）所示，擬合確定系數(shù)均大于0.93，表明參數(shù)之間具有良好的回歸相關(guān)性。

σ1=0.6313ln（t）+0.3957? ? ? ? ? ? （1）

σ2=1.0706ln（t）-0.3208? ? ? ? ? ?（2）

式中：σ1和σ2為雙向粉噴攪拌樁的單軸抗壓強度，t為時間。

4.3? ?復(fù)合地基承載力分析

分別選取成樁時間28d、90d的雙向粉噴攪拌樁各3根，運用現(xiàn)場載荷試驗的方法，對成樁后的雙向粉噴樁進行復(fù)合地基承載力測試。成樁時間28d雙向粉噴攪拌樁編號為S1樁～S3樁，成樁時間90d雙向粉噴攪拌樁編號為T1樁～T3樁，測試結(jié)果如圖3、圖4所示和表3所示。

從圖3中可看出，3根成樁時間28d的雙向粉噴樁復(fù)合地基的荷載-沉降曲線相近，存在明顯的比例界限。在荷載小于60kN時，荷載-沉降曲線呈直線關(guān)系。荷載大于等于60kN后，荷載-沉降曲線進入非線性變化。因此可以確定其地基承載力特征值為60kN。

從圖4中可以看出，3根成樁時間90d的雙向粉噴樁復(fù)合地基的荷載-沉降曲線在沉降量較小時相近，而在沉降量較大時存在略微差異，荷載-沉降曲線存在明顯的比例界限。在荷載小于90kN時，荷載-沉降曲線呈直線關(guān)系。荷載大于等于90kN后，荷載-沉降曲線進入非線性變化。因此可以確定其地基承載力特征值為90kN。由此表明，成樁時間越長對于處理后軟土地基的地基承載力提高越有利。

5? ?雙向粉噴攪拌樁處理路基工后沉降分析

為了研究雙向粉噴攪拌樁的軟土地基處理效果，運用現(xiàn)場實測的方法，對2種不同成樁時間的雙向粉噴攪拌樁復(fù)合地基的沉降量進行監(jiān)測，監(jiān)測時長為12個月，得到軟土路基實測工后沉降曲線如圖5所示。

從圖5可看出，隨著時間的增加，2種不同成樁時間的雙向粉噴攪拌樁復(fù)合地基的工后沉降曲線表現(xiàn)為類似的變化規(guī)律。在1～8月沉降量迅速增加，而在8～12月沉降量則趨于收斂穩(wěn)定。在相同的監(jiān)測時間內(nèi)，成樁時間為90d的雙向粉噴攪拌樁復(fù)合地基的沉降量，比成樁時間為28d的雙向粉噴攪拌樁復(fù)合地基的沉降量小，前者的最大沉降量約為109mm，后者的最大沉降量約為151mm。由此表明，增加沉降時間有利于改善處理后軟土地基的工后沉降，但同時也增加了軟土地基處理的時間成本。

6? ?結(jié)束語

本文以安徽省亳州市某片區(qū)路網(wǎng)工程項目為研究對象，利用現(xiàn)場取樣、室內(nèi)試驗、原位測試的方法，研究雙向粉噴攪拌樁樁體的強度增長規(guī)律以及地基承載變化情況，并分析雙向粉噴攪拌樁軟基處理后的沉降變化。研究結(jié)果表明：成樁時間越長，對于處理后軟土地基的地基承載力提高越有利。增加沉降時間有利于改善處理后軟土地基的工后沉降，但也增加了軟土地基處理的時間成本。

參考文獻

[1] 呂國仁，葛建東，肖海濤.水泥土攪拌樁沿海軟基處理[J].山東大學學報（工學版），2020，50（3）：73-81.

[2] 趙勇，劉先林，駱俊暉.PDSS法在廣西貴合高速公路水泥攪拌樁復(fù)合軟基中的應(yīng)用研究[J].公路，2019，64（7）：57-60.

[3] 王靜.深層攪拌樁處理沿海軟基施工技術(shù)分析[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2019（3）：254-255.

[4] 鄧文才.水泥土攪拌樁和CFG樁復(fù)合型地基處理在軟弱土層中的應(yīng)用[J].四川水泥，2014（8）：76-76，146.

[5] 歐紅亮，龍海飚，趙麗娟，等.水泥攪拌樁漿噴法和粉噴法在軟基處理中的研究分析[J].公路，2022，67（5）：119-122.

[6] 章定文，劉涉川，藺文峰，等.旋噴攪拌樁加固含易液化粉土夾層軟基的現(xiàn)場試驗[J].交通運輸工程學報，2022，22（1）：103-111.

[7] 顧素恩，朱志鐸.機場軟土地基變截面雙向水泥土攪拌樁應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2018，47（7）：64-67.

[8] 韓紅.水泥攪拌樁在高速公路軟基加固中的應(yīng)用[J].筑路機械與施工機械化，2014，31（12）：57-60.

[9] 張啟順.雙向水泥攪拌樁在軟土路基地基處理中的應(yīng)用[J].鐵道建筑，2014（11）：119-121.

[10] 梁韻，任士房，耿大新，等.大直徑變截面樁豎向承載力及沉降算法研究[J].華東交通大學學報，2009，26（4）：34-38.

[11] 韓富明，楊曉華，郭小龍.水泥粉煤灰攪拌樁復(fù)合地基在龍城高速公路軟土地基處理中的應(yīng)用[J].公路交通科技：應(yīng)用技術(shù)版，2013（3）：4-9.