水泥搅拌桩在道路软土路基加固处理中的应用与设计

2017-04-26洪昱

河南建材 2017年2期

关键词：喷浆单桩软土

洪昱

漳州市平原市政工程设计有限公司（363000）

水泥搅拌桩在道路软土路基加固处理中的应用与设计

洪昱

漳州市平原市政工程设计有限公司（363000）

结合某市政道路软土路基加固处理的工程实例，介绍了水泥搅拌桩加固处理的设计方法，总结了加固处理的设计及其参数计算，以供给相关专业技术人员参考。

0 引言

福建省漳州市古雷港经济开发区纬五路为城市主干路，沿线以养殖场、池塘为主。根据地质勘察得知，大部分路段存在厚度不等的高压缩性软弱土层,不能满足道路路基及市政管线承载力需求,需对路基进行加固处理。项目右侧有一条平行于道路的引水主干管近期将要施工，项目建设工期紧，因此加固方案首先要保证工程质量达到要求，其次要缩短建设周期。在这种情况下，选用在福建省得到了广泛应用且技术成熟的水泥搅拌桩作为首选处理方案，并与塑料排水板+堆载预压方法进行经济和技术比较。通过比较认为，水泥搅拌桩在工程质量和工期进度方面有保障，最终选择深层搅拌桩进行路基加固处理。

1 地质条件

纬五路道路拟建段路线长约7.896 km，路基宽40 m，根据工程地质勘察报告，拟处理路段场地地层概况如下：

耕植土：厚度0.5 m，松散，稍湿，土质松软，均匀性差，力学强度低。

淤泥质土：厚度2.8～14.8 m，饱和，流塑～软塑状，属软土，具低强度、高压缩性，工程性能差。

粉质黏土：厚度0.0～10.8 m，稍湿～湿，一般呈可塑状，具中等强度、中等压缩性。

中砂：厚度2.3～17.1 m，一般呈稍密～中密状，具中等强度、中等压缩性。

残积黏性土：厚度4.2～16.7 m，一般呈可塑～硬塑状态，层位基本稳定，具中等强度、中等压缩性。

由于淤泥质土承载力低，且具有流变、高压缩性等特点,无法满足路基及市政管线承载力需求,因此需要进行加固处理。

2 加固方案

2.1 方案比选

根据项目地质情况提出了水泥搅拌桩与塑料排水板+堆载预压两种方案、以下为水泥搅拌桩和塑料排水板+堆载预压两种方案在经济技术方面的比较。

水泥搅拌桩：施工工艺成熟，项目区域施工经验丰富，施工工期短，施工技术要求及造价相对较高，对环境有一定影响。

表1 土层设计参数

塑料排水板+堆载预压：排水效率高、投资省、施工简单、速度快，对周边土层扰动小，但堆载土方需二次调运，预压期较长。

因项目所在地为港口地区,土方资源紧缺，工期也较紧，排水板堆载土方需远距离调运，工期按以往经验包含预压期需要12～14个月，且部分路段软土下卧层中砂层为透水层，采用排水板处理效果不太理想。为保障工程质量和缩短建设周期，本次路基软土加固采用水泥搅拌桩处理。在桩顶设置60 cm的碎石褥垫层，垫层中设置一层土工格栅以协调桩土变形，调整基础不均匀沉降，保证桩土共同作用。

2.2 岩土参数

根据项目地质勘察报告，各土层设计参数见表1。

2.3 计算单桩承载力

本次设计选取软弱土层较厚路段进行计算，以确保单桩承载力满足设计要求。已知条件：桩径d= 0.6 m，up=1.88 m，Ap=0.283 m2，桩长L=13 m；固化剂水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，fcu取1.7 MPa,σp取0.5，η本次采用湿法取0.25；桩间土层分布为,淤泥质土厚12 m，qs=8 kPa，qp=60 kPa，中砂厚1.0 m，qs=25 kPa，qp=180 kPa。

由桩身材料强度确定的单桩承载力计算：

由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力计算：

式中：Ra——单桩承载力特征值（kN）；Ap——桩身截面面积（m2）；η——桩强度折减系数，干法可取0.2～0.25，湿法可取0.25；fcu——与搅拌桩桩身混凝土配比相同的室内加固土试块90 d无侧限抗压强度（kPa）；up——桩的周长（m）；qsi——桩周第i层土的侧阻力特征值（kPa）；lpi——桩长范围内第i层土的厚度（m）；αp——桩端端阻力发挥系数，可取0.4～0.6；qp——桩端端阻力特征值（kPa）；Ra=120.3（kN）。

2.4 复合地基承载力验算

本次路段填方高度约3.8 m，路面结构+车辆荷载+路基填方自身重量及市政管线对基础承载力的需求，路基承载力fs≥100 kN方能满足设计要求。故本次搅拌桩桩间距采用1.3 m，按等边三角形布置，面积置换率m=0.193；本次有设置褥垫层β取高值0.4；fsk取天然承载力特征值。

式中：fspk——复合地基承载力特征值（kPa）；fsk——处理后桩间土承载力特征值（kPa）；m——面积置换率；λ——单桩承载力发挥系数，可取1.0；Ra——单桩承载力特征值（kN）；Ap——桩身截面面积（m2）；β——桩间土承载力发挥系数，对淤泥、淤泥质土和流塑状软土取0.1～0.4。

计算结果fspk≥fs满足设计要求。

由于路基下卧层中砂层天然承载力为180 kPa，已大于路基加固后承载力，下卧层强度满足要求。

2.5 计算复合地基的变形（沉降）

复合地基沉降量包括加固土层桩群体的压缩变形和桩端下未加固土层的压缩变形两部分之和。本次采用理正软土路堤、堤坝设计软件进行计算，加固土层变形（沉降）计算采用复合地基压缩模量法，桩端下未加固土层采用压缩模量法。

经计算，加固土层变形（沉降）量为S1=103 mm；桩端下未加固土层的变形（沉降）量S2=82 mm

最终总沉降量S=S1+S2=185 mm=0.185 m<0.3 m(一般路段路基规范容许工后变形)满足设计要求。

3 质量控制措施

搅拌桩属地下隐蔽工程,施工质量受机具、施工工艺、施工人员责任心等多种因素影响,质量控制应贯穿在施工的全过程。应坚持全过程的施工监理，施工过程中应随时检查施工记录和计量记录，并对照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定。检查重点是：水泥用量、桩长、搅拌头转数和提升速度、复搅次数和复搅深度等。

混凝土搅拌法施工现场事先应予以平整,必须清除地上和地下的障碍物。

施工前应根据设计进行工艺性试桩，数量不少于3根。

施工应前应确定灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间和起吊设备提升速度等施工参数，并根据设计要求通过工艺性成桩试验确定施工工艺。

施工中应保持搅拌桩机底盘的水平和导向架的竖直，搅拌桩的垂直偏差不得超过1.0%，桩位的偏差不得大于桩直径1/6。

施工中所使用的水泥应过筛，严格按照成桩试验确定配合比拌制水泥浆液。制备好的浆液不得离析，泵送应连续。不得长时间放置，超过2 h的浆液则应降低标号使用。浆液倒入集料斗时应加筛过滤，避免浆内块状物损坏泵体。

拌制水泥浆液的罐数、水泥用量及泵送浆液的时间等应由专人记录。喷浆量及搅拌深度必须采用经国家计量部门认证的监测仪器进行自动记录。施工机具设备的浆体发送器必须配置浆料自动计量装置，并记录泥浆的瞬时喷入量和累计喷入量。

搅拌桩施工采用“二喷四搅”工艺，首次下钻和提钻用低档,复搅时可提高一档,充分预搅以利于土与水泥浆均匀搅拌。

当钻头钻至桩底设计标高后,开始喷浆。为保证成桩质量,首次需在桩底部旋转半分钟后方可提升。当钻头提升至地面1 m时宜用慢速提升,当喷浆口到达桩顶标高时宜停止提升,在桩顶部位置喷浆搅拌半分钟，以确保桩头均匀密实。

搅拌机预搅下沉时不宜冲水。当遇到硬土层下沉太慢时，方可适量冲水，但应考虑冲水对桩身强度的影响。

施工中应记录喷浆压力、喷浆量、钻进速度、提升速度等有关参数变化。当发现喷浆量不足时，应整桩复打，复打的喷浆量不应小于设计用量。如遇停电、机械故障等原因，喷浆中断时，应使浆搅拌机下沉至停浆面以下0.5 m，待恢复供浆时再喷浆提升。若停机超过3 h时，应先拆卸输浆管路，并进行清洗后方可继续施工，防止浆液硬结堵塞管路。

施工过程中应经常检查钻头直径，搅拌钻头直径磨耗量不大于10 mm。

桩机移位前,应向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残存的浆液，直至管路干净，并将钻头清洗干净后方可移位。

4 加固效果检验

根据设计要求，加固路段在单桩成桩后3 d用N10型轻便动力触探对桩身上部均匀进行检验。检验时按1%的施工总桩数（最少不能少于3根）进行抽检。成桩28 d后进行单桩静载荷试验及复合地基静载荷试验，检验数量为总桩数的1%（且不少于3处）。检验结果显示，抽检的各项指标均符合设计要求，达到了预期的加固效果。