公路软基深层水泥搅拌桩处治分析

2022-03-21张愿

西部交通科技 2022年1期

张愿

作者简介：

張愿（1979—），工程师，研究方向：工程施工、交通运输工程。

摘要：软土地基在外部荷载作用下，会产生较大变形，进而造成其上部路基路面结构的整体破坏。深层水泥搅拌桩可最大限度地利用原状土体，施工速度快，适用性强，可有效提高软土地基承载能力。文章结合公路软基处治案例，分析了软基施工工艺，并采用静载试验检测复合地基的承载力，以进一步检验软基处治效果，同时对路基沉降、侧向位移进行了监测分析。结果表明，采用深层水泥搅拌桩处治后软土地基的承载力明显提高，达到了预期的加固效果。

关键词：公路软基;深层水泥搅拌桩;静载试验;路基沉降

中国分类号：U416.1+1A160583

0 引言

软土地基是公路施工过程中常见的一种不良地基形式，处治不当会使路基产生沉降变形，进而造成路基路面结构的整体破坏。深层水泥搅拌桩是将水泥等固化剂按照一定比例加入，与原状土体拌和成为具有一定强度的桩体，对软土地基进行加固[1]。采用深层水泥搅拌桩处治后的软土地基，桩体与地基共同承受地基上部的荷载，可有效提高地基承载力，改善地基的受力状态。深层水泥搅拌桩可处治淤泥质土、黏性土、粉质土等类型的软土地基[2-3]，适用性较强。

本文基于贵合高速公路软土地基处治施工实践，结合施工现场实际情况制定施工方案，对水泥搅拌桩的施工工艺进行了阐述。完工后开展静载试验，对复合地基承载力进行了检测，验证深层水泥搅拌桩处治效果。在路基施工过程中布置测点，对路基沉降变形和侧向位移进行监测，作为分析地基稳定性的主要依据。

1 工程概况

广西贵合高速公路建设项目软土分布较广泛，局部软土层厚度大，力学性能差。该高速公路施工沿线分布有多段软土地基，软土类型主要为淤泥质黏土，部分路段分布有淤泥，呈软塑状，天然含水量较高，具有高压缩性，在外界荷载作用下极易产生侧向滑移和不均匀沉降，承载能力严重不足。软土层厚度为8～13 m，结合前期勘察设计资料，软土地基承载力仅为50 kPa。为了提高软土地基承载能力，设计采用深层水泥搅拌桩对地基进行加固处治。

2 软土地基处治方案

2.1 深层水泥土搅拌桩设计

该路段软土地基处治设计采用深层水泥搅拌桩，设计桩径为0.5 m，最大桩长为15 m，按正方形布置，桩间距为1.3 m，填方路基坡脚以外设置一排桩。深层水泥搅拌桩布置如图1所示。

深层水泥搅拌桩水泥选用42.5普通硅酸盐水泥，水泥掺量为15%，且每延米水泥用量≥50 kg，水灰比控制在0.45～0.5。桩体设计强度（28 d无侧限抗压强度）≥1.2 MPa，地基承载力≥130 kPa。持力层位置为软土层以下2 m的位置，该层为含砂黏土。施工中桩体进入持力层≥2 m。

2.2 深层水泥搅拌桩处治工艺

深层水泥搅拌桩施工选用安进达AJD-D068型深层搅拌桩机，钻孔直径为150～800 mm，钻孔深度可达到3～16 m，回转角度为360°，动力头功率为7.5 kW，动力头转速为98 rpm。压浆机选用LMCJA智能压浆机，最大工作压力为1.5 MPa，压浆流量为3 m3/h。

深层水泥搅拌桩钻进过程中严格控制桩长、桩间距、垂直度等指标，桩间距偏差≤50 mm，垂直度偏差≤1%。深层水泥搅拌桩施工采用“四喷四搅”成桩工艺，施工过程中严格控制水灰比（0.45～0.5），提浆速度≤1.2 m/min。深层水泥搅拌桩施工中首先进行场地平整，达到要求后机械进场，进行桩机就位，然后使用压浆机配制水泥浆，操作深层搅拌桩机搅拌成桩，成桩后移位进行下一个搅拌桩施工。

3 深层水泥搅拌桩加固效果分析

3.1 单桩复合地基静载荷试验结果分析

深层水泥搅拌桩成桩28 d后，选定有代表性的试验点开展静载试验检测单桩复合地基承载力[4-5]。静载试验分9级加载，最大加载值为300 kPa。选取其中三个试验点进行单桩复合地基静载试验（如表1所示），静载试验P-S曲线如图2所示。

分析三个试验点的静载试验P-S曲线，曲线变化趋势平缓，且三个测点曲线变化趋势基本相同。s/d=0.006所对应的承载力特征值为150 kPa，结合《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）中的相关规定，承载力特征值不得超过最大加载压力的一半，说明地基承载力满足设计要求。

3.2 路基变形监测结果分析

为了验证深层水泥搅拌桩地基加固效果，在路基填筑施工过程中布置测点，进行路基沉降和侧向水平位移监测。沉降板和测斜仪布置如图1所示。

3.2.1 路基沉降监测结果分析

为了进一步确定地基的稳定性，在路基填筑施工过程中，分别在路基中心和两侧路肩位置的深层水泥搅拌桩桩顶和桩间土位置埋设沉降板，进行路基沉降监测。选取K35+000、K35+200和K35+400三个监测断面，监测时间为300 d。由于三个监测断面的监测结果基本一致，选取K35+200断面监测结果作为研究对象，其桩顶和桩间土沉降量随监测时间变化曲线如图3所示。

分析图3所示的K35+200断面桩顶和桩间土沉降量随时间变化曲线，监测前期沉降变化速度较快，75 d以后沉降速度明显下降，且逐步趋于平缓。桩顶沉降量较桩间土大，这是由于二者模量不同造成的，桩体模量大于桩间土模量，沉降较小。前75 d沉降变化速度较快，这是由于该时间段正在填筑路基，施工荷载和地基上部填土增加所致。75 d以后路基填筑施工结束，路基沉降逐步趋于稳定。沉降监测结束后桩体和桩间土沉降量分别达到86 mm和91 mm，沉降变形已处于稳定状态。

3.2.2 侧向水平位移监测结果分析

为了确定不同深度路基侧向水平位移，分别在K35+000、K35+200和K35+400三个监测断面路基坡脚布置测斜仪。选取K35+400断面监测结果作为研究对象，其不同深度侧向水平位移监测结果如图4所示。

分析图4的K35+400断面不同深度侧向水平位移变化曲线，自地表向下10 m内，侧向水平位移值较大，10 m以下逐步下降，其中最大侧向位移出现在7 m位置，最大位移为7.92 mm，位移值很小，所产生的变形不会对路基坡脚造成影响。这是由于深层水泥搅拌桩可有效控制地基土的侧向变形，使地基处于稳定状态。

4 结语

本文结合高速公路软土地基深层水泥搅拌桩施工实践，从施工方案的制定、搅拌桩施工质量检测、路基沉降变形和侧向水平位移监测等方面进行全面阐述，收集试验数据进行分析得出以下结论：

（1）分析试验点单桩复合地基静载试验数据和P-S曲线可知，地基承载力代表值为150 kPa，满足设计要求。

（2）分析路基沉降监测结果可知，监测前期桩顶和桩间土沉降变形速度较快，这是由于施工荷载造成的，后期逐步趋于平缓，最终达到稳定状态。

（3）分析路基侧向水平位移监测结果可知，地表以下10 m内侧向水平位移较大，10 m以下逐渐变小，其中最大侧向水平位移为7.92 mm，不会对路基变形造成影响，路基稳定性良好。

总之，通过分析上述试验结果，深层搅拌桩成桩质量满足设计要求，处治后路基稳定性良好，达到了预期目的。

参考文献：

[1]陈晨.水泥搅拌桩技术在道路软土路基处理中的应用[J].工程建设与设计，2020（21）：215-216.

[2]刘武杰，刘一[HTXH1]濛.软土地基加固对深层水泥搅拌桩运用的探析[J].黑龙江交通科技，2018，41（12）：73-74.

[3]周婷婷.深层水泥搅拌桩在公路软土地基处理中的应用[J].交通世界，2017（29）：57-58.

[4]黄伟基.公路软土地基的深层搅拌桩施工技术浅析[J].四川建材，2007（3）：95-96.

[5]冯明伟.深层水泥搅拌桩在京福高速公路中的应用[J].西部探矿工程，2006（1）：221-222.