水泥土搅拌法在高速公路地基处理上的应用

常 明

（山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030012）

水泥土搅拌法在高速公路地基处理上的应用

常 明

（山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030012）

文章结合工程设计实例，介绍了水泥土搅拌法在处理饱和黄土地基上的应用，并提出了一些建议与解决方法。

水泥土搅拌法；饱和黄土地基；地基处理；承载力

1 引言

水泥土搅拌法是利用水泥材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂（浆液）强制搅拌，由固化剂和软土间所产生的一系列物理化学反应，使软土凝结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。

2 工程概况

临县—离石高速公路位于山西省中部，路线主要跨越地貌单元为黄土丘陵区，区内黄土冲沟内，当地百姓为造田多设置淤地坝，部分坝内土层淤积较厚（大于5 m），含水量可达25%，地基土处于饱和状态，压缩性高。设计中为提高挡土墙地基的承载力及控制路基的沉降，采用了水泥土搅拌桩（桩孔直径50cm，桩长8 m）对地基进行处理。

3 设计计算及加固机理

3.1 设计依据和基本要求

设计水泥土搅拌桩时，应具有下列资料和条件：

（1）场地的工程地质勘察资料。本段落地基土的含水量、孔隙比等物理性质指标详见表1。

表1 各土层物理力学指标表

（2）建筑结构的类型、用途和荷载。长度为40 m路堤式挡土墙，墙高10 m，挡土墙采用衡重式，顶宽1.4 m，底宽7 m，分段长度10 m，设计要求复合地基承载力标准值f≥210 kPa。路基对变形及不均匀沉降要求较严，本段路基高约16 m，路基边坡坡率取1：1.5～1：1.75，按《公路路基设计规范》（JTG D30—2004）规定，其工后沉降量s≤30 cm。

（3）场地的条件与环境。本段落地处黄土丘陵区黄土冲沟内，沟底宽约50 m，该处场地较平整，利于施工。

3.2 设计计算与加固机理

本例设计计算分两部分，第一部分是以复合地基承载力要求为控制，主要体现在挡土墙基础部分；第二部分是以控制复合地基沉降为要求，主要体现在挡土墙侧的路基部分。水泥土搅拌桩取桩径d＝50 cm，挡土墙基础底搅拌桩间距取1 m，矩形布设；路基基底搅拌桩间距取1.5 m，矩形布设。水泥土搅拌桩的设计计算内容包括：单桩承载力、置换率、桩孔间距、水泥掺入比等项，其设计计算方法分述如下。

挡土墙基底设计：①单桩设计。因为Q4土层厚8.5 m，为控制沉降考虑，桩体应穿越软弱土层，故取设计桩长8 m，桩端持力层到达N2黏土层。根据单桩竖向承载力公式Ra=up∑qsili+aqpAp=178 kN，其中，桩间土平均摩擦力qs取15 kPa，桩端天然地基土承载力qp取280 kPa，折减系数a取0.5。故取单桩竖向承载力150 kN。再根据公式Ra=ηfcuAp，其中强度折减系数η取0.3，反算水泥土无侧限抗压强度fcu要求达到2.5 MPa。根据水泥土室内配合比试验，拟定水泥掺入量aw=15%，水泥采用32.5级。②置换率m。根据公式fsp,k=mRa/Ap+β（1-m）fs,k，求得m=0.2。本段挡土墙高h=10 m，基础宽度8 m，基础长度10 m。所需桩根数n=mA/Ap=80根。搅拌桩间距取1 m，矩形布置，桩体平面布置见图1。

图1

路基基底设计：路基部分搅拌桩设计基本参数同第一部分挡土墙基底设计，桩长取8 m，桩径0.5 m，桩间距可放大取1.5 m，矩形布设。路基复合地基设计主要为地基沉降的计算。搅拌桩复合地基变形s的计算，包括搅拌桩群体的压缩变形s1和桩端下未加固土层的压缩变形s2之和。计算时，s1采用复合模量法，s2采用应力扩散法。S=s1+s2=116.56+83.2=199.77(mm)，满足要求。

加固机理：水泥加固土的物理化学反应过程与混凝土的硬化机理不同，混凝土的硬化主要是在粗填充料中进行水解和水化作用，所以凝结速度较快；而在水泥加固土中，由于水泥掺量很小，水泥的水解和水化反应完全是在具有一定活性的介质——土的围绕下进行，所以水泥加固土的强度增长过程比混凝土较为缓慢。水泥土无侧限抗压强度fcu与土样含水量有较大关系，一般随土样含水量的降低而增大，一般情况下，土样含水量每降低10%，则强度可增加10%～50%，本例黄土地区地基土的含水量较软土地区含水量要小很多，故实际施工过程中，形成的水泥土的强度应该会比理论值要高，故本例计算的桩距排列是偏保守的，施工中可根据现场实测的水泥土桩强度及复合地基承载力值，现场调节桩间距及水泥掺入比，以达到更加经济和安全的效果。

3 施工方法

（1）搅拌机械设备及性能：目前搅拌机多采用中心管喷浆方式，水泥浆从两根搅拌轴间的另一中心管输出，当叶片直径在1 m以下时，并不影响搅拌均匀度，而且它还可适用多种固化剂，除纯水泥浆外，还可用水泥砂浆，甚至掺入工业废料等粗粒固化剂。

（2）施工工艺：深层搅拌法的施工工艺流程主要有，定位、预搅下沉、制备水泥浆、提升喷浆搅拌、重复上下搅拌、清洗、移位。

（3）施工注意事项：每一个搅拌桩施工现场，由于土质有差异、水泥的品种和标号不同，因而搅拌加固质量有较大的差别。所以在正式搅拌桩施工前，均应按施工组织设计确定的搅拌施工工艺制作数根试桩，养护一定时间后进行开挖观察，最后确定施工配比等各项参数和施工工艺。一般认为，控制水泥土搅拌桩施工质量的主要指标为：水泥用量、提升速度、喷浆（或喷粉）的均匀性和连续性以及施工机械的性能。

4 结束语

综上所述，饱和黄土地基中采用粉喷桩，有较好技术、经济和环境效益，发展潜力大。以后在设计与施工中，应多积累相关的经验，进一步完善、优化设计。

[1] 中交第二公路勘察设计研究院。公路路基计规范（JTG D30－2004）北京：人民交通出版社，2007.

[2] 中国建筑科学研究院。建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）北京：中国建筑工业出版社，2002.

The App ly in Expressway Ground Treatment of Cement Deep Mixing

Chang Ming

By the works example，the paper discusses the apply in saturated loesssub grade of cement deep mixing,also offers some suggestions and solutions.

cement deep mixing；saturated loess；ground treatment；bearing capacity

U416.1

A

1000-8136(2010)35-0072-02

常明，男，1978年出生，山西榆次人，2001年毕业于同济大学。