長板-短樁復合地基處理技術應用試驗研究

摘 要：傳統的攪拌樁、旋噴樁及換填等地基處理方法在軟土地基處理施工中具有一些成功經驗，但工程應用實踐表明這些方法存在局限性和處理效率、性價比不高等問題。為了提高濱海地區深厚、大面積淤泥質地層地基處理的效率和性價比，在某港口鐵路的車站采用塑料排水板聯合水泥攪拌樁復合地基處理新技術。本文介紹了采用新技術的工藝性試樁試驗、施工參數確定以及成樁達到齡期后進行堆載時的路基沉降、位移、孔隙水壓力和樁土應力試驗，驗證了本文技術在深厚、大面積淤泥質地基處理中的適用性，可為類似工程采用長板-短樁復合地基處理技術提供借鑒和參考。

關鍵詞：長板短樁；地基處理；應用試驗

中圖分類號：U 213" " " 文獻標志碼：A

水泥土攪拌樁是處理軟土地基的常用方法，但處理深厚淤泥層地質時具有極大的局限性[1]。某港口鐵路車站位于濱海深厚淤泥質大面積軟土層上，采用了“塑料排水板+水泥攪拌樁”聯合的復合地基處理技術（通常簡稱為“長板-短樁”）[2]。為了推廣應用該技術，明確加固效果和總結施工參數，本文通過應用試驗研究為類似工程提供優化依據。

1 工程概況

1.1 工程簡介

本文所述車站北側距海邊730m，西側距海邊703m，車站建成后將實現海鐵聯運貨物裝卸“零對接”。車站設正線1條、到發線5條，總占地面積超37萬m2，其中軟基處理面積超15萬m2。正線及到發線設計采用塑料排水板聯合水泥攪拌樁復合地基處理技術。

1.2 地質條件

該車站地形地貌為剝蝕丘陵區及沖濱海平原，地層巖性如下。第1層，Q4ml素填土，灰黃色、稍濕，松散；第2層，Q4mal粉質黏土，灰黃色，軟塑，σ0=100kPa；第3層，Q4al+m淤泥質黏土，灰色，流塑，σ0=50kPa，最深達30m；第4層，Q3al+pl粉質黏土，灰黃色，硬塑，σ0=150kPa；第5層，Q3al+m黏土，灰黃色，軟塑，σ0=120kPa；第6層，Q3el+dl粉質黏土，灰黃色，硬塑，σ0=180kPa。如圖1所示。

淤泥質黏土的物理力學參數指標為天然含水量46.98%，天然孔隙比1.32，液限42.28%，塑限23.2%，壓縮系數1.08，壓縮模量2.04MPa。

2 長板-短樁復合地基處理技術

2.1 工后沉降控制原則

正線、相鄰到發線及場坪工后沉降不超過30cm。

2.2 地基處理技術措施

正線及相鄰到發線、集裝箱區機走線采用水泥攪拌樁聯合塑料排水板加固，路基填筑完成后堆載預壓穩定。水泥土攪拌樁樁徑0.5m，間距1.4m，正方形布置，樁長4m～12m，塑料排水板間距1.4m，正方形布置，樁嵌入第2層地層底面，如圖2所示，堆載預壓土高度1.5m。

水泥土攪拌樁設計參數為水泥摻入量不低于65kg/m。將P.O42.5普通硅酸鹽水泥作為固化劑，水泥漿液水灰比一般為0.45～0.55，具體根據試驗確定。攪拌樁水泥土28d齡期的無側限抗壓強度不低于1.2MPa，單樁承載力不低于94kN，水泥攪拌樁復合地基承載力設計值不低于140kPa。

2.3 工藝性試樁

為掌握現場淤泥質黏土實際情況，了解施工鉆機的鉆進、提升速度、泵壓以及水泥品種、摻量、水灰比等參數對水泥土攪拌樁強度的影響，分別進行施工前水泥土試驗、施工過程中工藝參數試驗、成樁后無側限抗壓強度及單樁、復合地基承載力試驗。

2.3.1 水泥土試驗

將現場鉆孔取得的不同深度的淤泥質黏土在試驗室進行室內配合比試驗，分別進行了水灰比為0.45、0.5、0.55，水泥摻量分別為55kg/m、60kg/m、65kg/m、70kg/m、75kg/m的水泥土標準試驗，在28d后檢測無側限抗壓強度值[3]。試驗表明，當水灰比為0.5時，可以保證水泥摻量在接近設計摻量的情況下達到較高強度，因此將水灰比為0.5的參數作為試樁參數。

2.3.2 工藝參數試驗

水泥漿水灰比取0.5，選用當地優質P.O42.5普通硅酸鹽水泥。選取3組操作熟練的作業工人，劃分3個責任區域，水泥摻量為60kg/m、65kg/m、75kg/m，施工工藝按照“四攪兩噴”“四攪三噴”“四攪四噴”分別進行試樁，同一作業隊的同一參數、工藝的試樁數量不少于3根。3個試樁區域的地質條件為淤泥質黏土層最后的區域。

2.3.3 樁體強度試驗

成樁28d后，對同一組3根試樁分別進行無側限抗壓強度、單樁承載力以及復合地基承載力檢測，記錄數據并分析研判是否符合設計要求指標。

2.3.4 施工參數的選取

經過試樁試驗及檢測，并組織召開建設、設計、監理、施工四方論證會后確定的施工參數如下。1）鉆機鉆進速度為1.1m/min～1.2m/min。2）噴漿、提升速度為1.1m/min～1.2m/min，泵壓為1MPa～1.4MPa。3）水泥用量為70kg/m～75kg/m。4）施工工藝為“四攪三噴”。5）水灰比為0.5。6）采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，泥漿密度為1.85g/mL～1.95g/mL。

2.4 軟基處理施工

根據設計的長板-短樁復合地基處理技術和試驗確定的施工參數組織大面積施工。先對塑料排水板進行施工，待地下水沿著排水板滲水通道排出后再對水泥攪拌樁進行施工。嚴格按照設計圖紙、規范執行工藝試驗結果，并在施工區域周圍挖好排水溝。待軟基處理完成并經檢測樁體強度指標和承載力滿足要求后進行路基填筑施工。填筑完成后進行不少于6個月的路基堆載預壓。

3 現場監測試驗及結果分析

為驗證長板-短樁復合地基處理新技術，需要在路基填筑及堆載預壓施工過程中檢測路基沉降、水平位移、孔隙水及樁土應力變化，掌握其變化規律[4]。

3.1 沉降監測及分析

3.1.1 監測方法

在現場預埋沉降板、路基分層填筑填筑過程中觀測沉降管，以進行沉降監測。在路基線路中心位置分別設置若干沉降板，分別埋設于樁頂、樁間土及墊層的頂部。觀測周期為施工期間及堆載預壓后6個月以上。

3.1.2 總沉降變化

測得沉降板總沉降數據并繪制總沉降隨時間的變化圖，如圖3所示。

結果表明，在加載階段，（填筑）沉降量隨厚度的增加而不斷增加，分層填筑的時間間隔越小，沉降增長趨勢越明顯；在恒載階段，沉降量緩慢增加。測試過程中，地基土沉降大于樁頂沉降，沉降板測得的復合地基最大沉降量為600mm。

3.2 水平位移變化

3.2.1 監測方法

水平位移采用測斜管觀測。測斜管為塑料材質。塑料測斜管的柔性性能應能適應軟土層位移變形，測斜管端接口應連接密合，管內縱向十字導槽要潤滑順直，測斜管埋設于路堤邊坡趾部。埋設時，先應用鉆機鉆引導孔。導孔的垂直偏差控制在1.5%以內，導孔底部應進入粉質黏土層100cm以上。管內的十字導槽須對準路基的縱橫方向。測斜管上部的高度應高出路基面50cm以上，并設置孔蓋對管口進行保護。

3.2.2 水平位移變化

坡腳處的水平位移沿深度的分布規律圖如圖4所示。坡腳地基土最大水平位移為94mm，位于地表附近。攪拌樁長度范圍內的曲線斜率較小，攪拌樁樁底以下的土體水平位移相對較大。

3.3 孔隙水壓力測試及分析

3.3.1 測試方法

孔隙水壓力采用鉆孔埋設的孔隙水壓力計進行測試，選用振弦式儀器，各埋設于路基中心（剖面1）和路肩（剖面2）處，測試周期為250余天。每個測試斷面沿深度每隔3m埋設一支孔隙水壓力計，共計布設10支，分孔埋設并注意封孔。鉆孔埋設時應詳細做好鉆孔和埋設記錄。每支孔壓計埋設完成后，及時采用接收器驗收孔壓計埋設是否合格。

3.3.2 超孔隙水壓力隨時間的變化

測試斷面的地基土超孔隙水壓力隨荷載及時間的發展規律圖如圖5所示。結果表明，超孔隙水壓力在填土加載期間逐漸增大，加載荷載達到最大值或區域極限值后明顯變小并逐漸消散。超載預壓時孔隙水壓力明顯增加。

3.4 樁土應力監測及分析

3.4.1 測試方法

在每個觀測斷面的路基中心、路肩處對應的樁頂和樁間土位置，沿深度方向在墊層底部、樁頂處分別采用埋設振弦式土壓力計的方法進行應力測試，土壓力計的埋設采用挖坑法，坑槽底部應整平夯實，埋設必須位置準確且穩固。土壓力計20cm范圍內用細砂填實，采用人工均勻回填夯實，連接土壓力計的外引電纜線均應編號。

3.4.2 樁土壓力隨荷載及時間的變化

檢測復合地基土壓力隨著時間的變化規律如圖6所示。結果表明，在路基填筑階段，水泥攪拌樁頂土壓力和樁間土壓力呈正比增加且增加速度較快；路基填筑完成后，樁頂土壓力隨時間逐漸降低，而樁間土壓力的變化趨勢不明顯。樁頂土壓力降低主要原因是樁頂土壓力過大，側摩阻力的作用達到極限，導致樁端應力不斷增加，進而出現樁端刺入變形和樁頂應力松弛現象。同時，由于樁間軟土中布設了塑料排水板，因此隨著孔隙水不斷排出，樁間土固化效果明顯，固化強度有所提高，能承擔上部傳遞的大部分荷載。

4 結語

本文以某車站軟基長板-短樁復合地基處理工程為例，通過現場試樁試驗確定了施工參數，路基施工完成后對加固效果和關鍵物理量（沉降、超孔壓以及樁土應力比等）的變化規律進行了監測。根據現場施工情況，提出了施工質量控制措施復合地基的加固效果方法，可為類似工程地基處理技術的推廣應用提供依據，尤其可為深厚飽和軟土地基處理技術提供借鑒和參考。

參考文獻

[1]鄭剛，龔曉南，謝永利，等.地基處理技術發展綜述[J].土木工程學報，2012，45（1）：128-130.

[2]中鐵二院工程集團有限公司.鐵路工程地基處理技術規程[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

[3]江培兵.水泥土攪拌樁施工參數對樁體強度的影響研究[J].山西建筑，2019（10）：69-70.

[4]朱向陽.水泥土攪拌樁處置連云港軟土地基的試驗研究[D].南京：河海大學，2007.