沿海地区市政道路软土地基处理方法研究

2023-12-02林辉刘阳刘成帅

工程建设与设计 2023年20期

林辉，刘阳，刘成帅

（中交二公局上海远通路桥工程有限公司，上海 201315）

1 引言

沿海地区在市政道路建设过程中经常会遇到软土地基，此类地基若不及时采取加固处理，将难以保证地基的稳定性与可靠性，从而影响道路建设质量。所以，对沿海地区市政道路软土地基处理方法进行深入探究有重要意义。工程技术人员要结合软土地基的特征，分析软土地基加固处理的重要性，并根据工程实际情况选择合适的软土地基处理方法，在地基处理施工中加强质量控制，把握施工要点，从而有效提升软土地基的强度。

2 沿海地区市政道路软土地基的特征

软土主要是指以灰色外观为主，颗粒较小，含水量大于液限，而且空隙率大于1.0，天然抗剪强度在35 kPa 及以下的细粒土。常见的软土形式有泥炭土、淤泥质粉土、淤泥质黏土等，是在流速较缓或者静态的水环境中逐渐沉淀并长时间经历生物化学作用而形成的。沿海地区市政道路的软土地基主要有以下特征：（1）具有较大的孔隙比和较高的含水量，软土主要成分是粉土与黏土，结构为絮状，同时含水量通常超过35%；（2）具有压缩性，在软土地基受到一定程度的挤压后，可产生较大的变形；（3）具有流变性，在受到剪力作用时，软土会出现沉降变形；（4）透水性差，对于软土来说，其垂直渗透系数大多在1×10-6～1×10-8cm/s，所以，软土地基需要经历较长的固结时间[1]。

3 沿海地区市政道路软土地基处理的重要性

一方面，在城市化进程不断推进过程中，我国土地资源日渐紧缺，需求量不断加大，沿海地区因为严重缺乏土地资源，在城市建设与发展过程中开始使用疏浚出来的淤泥及泥沙造地，用以缓解沿海城市土地资源欠缺的现状。而在这种情况下建设市政道路，容易出现不均匀沉降，所以，必须对软弱地基采取有效的处理措施。另一方面，沿海地区在建设市政道路过程中，软弱地基处理效果和整体工程建设质量及安全都密切相关，采取有效的软土地基处理措施，是确保市政道路工程建设质量达标的重要举措，相关施工方要高度关注采取有效方法处理软弱地基，在保证软弱地基处理效果的基础上提升整体道路施工质量[2]。

4 沿海地区市政道路软土地基处理方法

4.1 工程概况

三亚安游路改造工程起止桩号为K0+000～K8+839。其中K1+160～K2+923 段无深挖方，填方高度为0.206～4.16 m。浅层土主要为：①层杂填土、②层砾砂、②1 层中砂，其中，①层杂填土及②1 层中砂工程性能较差，②层砾砂工程性能一般。K0+040～K0+800 段回填物以建筑垃圾、生活垃圾为主，含较多的大块石、废弃的混凝土块等硬杂质，硬杂质含量约为25%，粒径＞10 cm，回填厚度大、成分复杂。K1+160～K1+220、K1+420～K1+560、K1+800～K1+900 段清表后揭露为②1 层中砂，层中夹有淤泥，工程性能差，且下伏③层淤泥质粉质黏土。线路K0+040～K5+880 段、强军隧道段交叉口至强军隧道洞口处场地稳定性为稳定差场地。K2+820～K2+880 段的砾砂较薄，厚度约1.70 m。建议采用水泥土搅拌桩或CFG 桩对②1 层中砂与其下伏③层淤泥质粉质黏土进行加固处理。K1+220～K1+420、K1+560～K1+800、K2+880～K2+920 段清表后揭露为②层砾砂，工程性能一般，可作为路基持力层，但其下伏③层淤泥质粉质黏土，需验算软弱下卧层，若验算结果不满足，建议采用水泥土搅拌桩或CFG 桩对其下伏③层淤泥质粉质黏土进行加固处理。应注意，K1+880 及K2+800 处附近属于路桥过渡段，浅层土为①层杂填土、②层砾砂、②1 层中砂，其均下伏③层淤泥质粉质黏土，工程地质条件较差。应采用搅拌桩或CFG 桩对地基土进行加固处理，严格控制路桥过渡段的差异沉降。

4.2 水泥土搅拌桩处理方法

4.2.1 施工步骤

水泥土搅拌桩是指以水泥为固化剂，利用深层搅拌机强制性搅拌软土和固化剂，使软土和固化剂发生物理化学反应，从而硬化软土层，生成具有较高稳定性、强度以及整体性的优质基础结构，为市政道路工程施工奠定基础。

在该工程软土地基处理中运用了水泥土搅拌桩处理技术，主要施工步骤如下。

1）配制水泥浆。在该工程软土地基处理中运用水泥土搅拌桩施工技术，选择42.5 级普通硅酸水泥，严格控制好混凝土、骨料以及水的比例，施工期间所有施工流程以及施工操作都要充分遵守混凝土施工规程。在浆液搅拌期间，每次搅拌时间要≥3 min，并保证搅拌均匀。

2）搅拌桩钻机就位。该工程施工中需要在浆液配置的同时确保搅拌桩钻机到位，促使后续各项工作能够顺利开展，并通过水平尺将机座调平，使导向架和地面保持垂直关系，注意垂直偏差≤1%，并要求对位偏差≤5 cm，搅拌桩之间要相互搭接约20 cm。

3）预搅拌浆下沉。在搅拌浆下沉期间，与设计桩顶标高有大概50 cm 的距离时发出信号，及时通知后台进行喷浆钻进作业，一直达到设计桩底标高。

4）喷浆提升。预搅拌浆逐渐下沉到设计深度后，原地搅拌，等到浆液送出约30 s 后提升钻头。另外，于设计桩顶标高上方约50 cm 处设置停浆面，确保搅拌桩施工中桩顶质量可靠[3]。

4.2.2 施工质量标准

该工程在运用水泥搅拌桩施工期间，要把握好以下施工质量标准。

1）桩位标准。在桩机移架就位之后，需按照总承包方所设控制点测设桩位，通过竹签做好标记，保证测量误差＜1 cm，并使搅拌头和竹签对准，控制误差＜1 cm，保证累计误差＜2 cm。另外，桩区部位要定量设置控制检查桩，还要在打桩之前对竹签位置进行严格核实，如果发生改变，需及时更正。

2）垂直度标准。施工中要根据桩身垂直度设计标准与桩架上方进行水平尺的设置，可选焊接方式，也可用绑扎方式，并设置线砣（2 m 高），保证垂直线球始终处于刻度区间之内。所有桩在打桩之前都要严格检查，每钻进并提升一次都要检查一次，保证打桩期间一直不超过垂直度要求标准。所有桩都必须钻进，各进行2 次上下提升。

4.2.3 质量控制要点

该工程在采用水泥土搅拌桩处理软土地基期间，还要把握以下质量控制要点。

1）控制好搅拌桩强度。为有效控制质量，需要及时抽查并送检施工材料，保证所用施工材料均合格，若经检查施工材料不满足技术要求，严禁应用在施工中。施工期间还要对水泥灰和水配合比进行动态检查，确保达到标准要求。

2）桩长。施工中要科学计算施工桩长，并要在成桩之前对钻杆长度进行详细测量，在桩架上标记好，确保深度误差＜5 cm，合理确定喷浆位置。

3）送浆。为有效控制送浆质量，可将挤压表安设于灰浆挤压泵上，也可安设自动记录仪，以防出现送浆压力过低或者桩身断浆等情况[4]。送浆期间需专门安排工作人员动态观察和记录，一旦发现问题及时进行补喷以及补搅。

4.3 CFG桩处理方法

4.3.1 CFG 桩的地基加固机理

此工程路桥过渡段的软土地基主要通过CFG 桩进行加固处理。首先，CFG 桩可发挥置换作用，在水泥水化过程中与粉煤灰发生反应，逐步形成稳定性良好的化合物结晶，由此对砾石间缝隙进行填补，使集料紧密黏结起来，可有效提升桩基抗剪强度与形变模量，使CFG 桩充分发挥加固作用，还可承载上方荷载。其次，CFG 桩可以发挥约束作用，通过CFG 桩复合地基，可对土体的侧向形变予以限制，使复合地基具备更强的抵抗垂直形变能力。再次，CFG 桩还具有排水作用，因为CFG桩具有良好的渗透性，其渗透常数一般在10-3～10-1cm·s-1，比桩间土壤渗透常数更高，所以，成桩之初可使桩周沿途加速固结[5]。最后，CFG 桩具有挤密作用，该工程通过CFG 桩进行软基处理，可在沉桩过程中挤密桩间土，使桩间土不断提升强度。

4.3.2 CFG 桩施工流程

该项目施工中，CFG 桩的主要施工流程为：平整场地；放样定位；埋设桩头；钻机就位；振动沉管；投料拔管；移机；砍桩头；接扩头桩；铺设褥垫层。

4.3.3 CFG 桩施工技术要点

1）成孔要点

在CFG 桩成孔施工中，主要应用全站仪、钻机等机械设备。施工中，为防止由于连续施打造成桩身被挤或者桩体混凝土出现缩径等质量问题，需要在施工过程中选择间断跳打方式，避免连续施打。CFG 桩施工期间，处理范围应涵盖路桥软土地基所有需要加固的软土。CFG 桩成孔施工中，先使打桩机就位，并合理调整，然后设置钻孔深度，一切准备就绪后试钻，钻至设计深度后空钻排土，其间要合理控制钻具，最后根据实际情况调整桩孔位置。

2）成桩要点

在CFG 桩成桩过程中，主要用到混凝土搅拌机、混凝土输送泵等机械设备。成桩施工中，在以空钻方式清理桩底的杂物时，需同步配料，在完成杂物清理工作后，及时根据有关规范展开桩体灌注操作。在CFG 桩成桩施工中，主要有以下几个步骤：清理桩底杂物；按要求配料；灌注混合料；控制提钻速度；基本完成灌注。

4.3.4 CFG 桩质控要点

1）CFG 桩施工之前，要求施工单位展开成桩工艺试验，结合试验确定施工参数以及相关施工工艺，为后续施工提供依据与参考。

2）结合设计桩距以及工程现场土层性质确定桩位施工顺序，此工程软弱地基处理中，需要以隔桩跳打形式打桩。而在满堂布桩情况下，要从中间逐渐推向外围，也可从一边推向另一边有序施工。

3）CFG 桩沉管期间，要专门安排工作人员加强观察，动态记录，注意每沉管1 m 都需对电流数据进行记录，由此了解土层变化。

4）结合沉管记录，当CFG 桩桩端即将到达持力层时，钻机动力会显著下降，此时需结合桩基抬架点位以及设计桩长做出合理调整，有效控制摆动。

5）CFG 桩拔管快慢会对桩体质量产生直接影响，如果拔管速度过快，容易造成缩径断桩或者使桩径偏小，也可引发离析，降低设计强度。所以，拔管过程中要合理控制速度，在该工程中，拔管速度约保持在0.7 m/min。

6）CFG 成桩质量以及桩体强度会受到混合料质量影响，所以，施工中要严格控制混合料的和易性，具体是在CFG 桩施工期间先进行混合料配合比设计，然后制作试块，展开试验，对不同龄期混凝土强度进行检测，保证桩体强度达到设计值。

7）合理控制桩顶标高，一般应超出设计标高约0.5 m，在桩体强度达到设计值后再开槽，开槽期间需注意防止破坏中间土或者桩体。