水泥搅拌桩在公路软基拓宽处理中的应用

曹习明

(湖南涟邵建设工程(集团)有限责任公司，湖南 娄底 417000)

0 引言

随着社会经济的日益发展，各城市之间的联系越来越紧密，高等级公路的车流量愈发饱和，重要城市之间早期修建的公路已经不能满足日益增长的交通发展要求，拓宽原有道路成为了首要选择［1，2］，工程技术方面，由于旧有道路在车辆荷载的作用下路基沉降已经稳定，而拓宽部分工后沉降则相对较大，新老路衔接处出现差异沉降导致路面开裂，特别是深厚软基处的拓宽路基处理显得尤为重要［3，4］。

本文通过沉降计算及数值分析水泥搅拌桩处理拓宽路段软基的实例，得出一定深度范围内的软土处理，采用水泥搅拌桩处理拓宽路基，新老路基工后差异沉降满足设计要求，取到较好的处治效果。

1 软基拓宽处理方案选择

某项目为老路拓宽，原有道路宽24.5m，拓宽后为32m，路面进行破碎拆除处理，k5+005～k6+785，k9+105～k11+465等段落广泛分布淤泥质土、粉质粘土等软土，根据地质钻孔资料，大部分软土深度为4.5～12.8m左右。对本地区使用成熟、效果可靠的软土路基处理方式进行系统对比分析，见表1，本拓宽路段选择水泥搅拌桩进行拓宽段软基处理。

表1 软基处理方案对比

续表1 软基处理方案对比

2 水泥搅拌桩设计及施工

2.1 水泥搅拌桩设计

本项目软基处理水泥搅拌桩采用浆喷桩。桩直径0.5m，桩间距根据各路段计算情况确定，一般为1.3～1.5m。桩的长度由沉降及稳定计算的结果确定，原则上全部穿透软土层，并打入持力层≥0.5m，主要用于处理深度小于14m的软土地基。

浆喷桩在平面上呈正三角形布置(布置区域边线与构造物基础轮廓线平行)，见图1。布置范围至路基坡脚外或锥坡坡脚外1m。浆喷桩处理段采用等载预压，预压期90d。桩身设计无侧限抗压强度为:R28=0.6MPa，R90=1.2MPa。

图1 软基拓宽处理设计图(单位:cm)

为了保证浆喷桩的质量，要求施工时浆喷桩必须进行全程复搅。

2.1.1 承载力［5，6］

水泥搅拌桩复合地基承载力标准值一般可通过现场复合地基载荷试验确定，也可根据下式计算:

式中:fsp为水泥搅拌桩复合地基承载力标准值;c为水泥搅拌桩桩土置换率;Rk为水泥搅拌桩单桩承载力标准值;Ad为水泥搅拌桩截面面积;α为承载力折减系数，一般可取0.5～1;fs为原有天然地基承载力标准值。

2.1.2 沉降［7，8］

水泥搅拌桩复合地基的沉降量一般较少，主要包括以下两部分:桩身以内复合地基的压缩变形S1和桩端往下未处理土基的压缩变形S2。其中:

式中:S1为复合地基的压缩变形;P1为群桩体底面处平均自重压力;P2为群桩体底面处平均附加压力;L为水泥搅拌桩有效桩长;Eps为复合地基的压缩模量。

2.1.3 典型断面沉降量计算

原有老路历经多年通车运营，已固结沉降稳定。本项目设计标高比老路标高抬高0.7～1.8m左右。设计时对老路部分及拓宽部分的沉降和稳定分别进行分析计算，判断水泥搅拌桩处理方法是否能满足差异沉降要求，根据设计经验本项目新老路差异沉降控制在6cm以内。以k5+005～k6+785路段沉降计算为例。

本段采用双侧加宽方式，设计标高比原有道路高约0.7～1.2m。拓宽路段比原地面高约1.5～2.4m。老路基范围内未采取地基处理措施，拓宽路段采用水泥搅拌桩处理。沉降计算结果见表2。

表2 k5+005～k6+785沉降计算表

从以上计算结果分析，原有路基抬高以后，工后沉降均满足设计要求(小于0.3m)，新老路基差异沉降量均满足设计要求(小于0.06m)，说明水泥搅拌桩处理该处新老路基拓宽可以满足设计要求，本段落仅对加宽侧进行水泥搅拌桩复合地基处理。

2.2 材料要求

材料要求:水泥采用32.5级普通硅酸盐水泥，所购置的水泥应是国家的免检产品，且在有效期内使用;严禁使用受潮、结块、变质的劣质水泥。对非免检厂生产的水泥，应分批提供有关标号、安定性等试验报告［9］。水灰比一般采用0.4～0.45。

2.3 施工质量控制及质量检验

2.3.1 质量控制

施工时的质量控制应符合以下规定:

1)浆液拌制必须按预定的配合比进行。拌制好的浆液应无离析现象，且放置时间不宜超过2h;

2)开始泵送作业前，应保持管路处于潮湿状态，一遍浆液顺利输入。现场施工时应对浆液拌制、泵送施工全过程进行记录。

3)正式施工前应进行试桩试验，得出全面开展施工的的技术参数，再行开展大面积施工。试桩试验过程应全程记录，如:每米下沉时间、提升时间、送浆时间、停浆时间等参数。

4)提供使用的浆液必须拌合均匀，施工中供浆必须连续。如果因不可抗因素停浆，为避免断桩，应将喷浆搅拌机放置停浆面以下1.0m处，等供浆回复正常后再喷浆提升。

5)喷浆施工过程中搅拌机施工至地面以下2m左右时提升速度应减慢;当喷浆口施工至地面时，应暂停提升，搅拌喷浆10s左右以保证桩头施工质量。

6)浆喷桩施工过程中如果喷浆量不足使得该桩失去设计功效时，必须在旁边补充一根新桩，补充的新桩施工与其它桩施工质量相同。

7)喷浆施工过程时，必须严格按试验得到的钻进深度、停灰时间、喷粉时间、送浆时间等，确保施工质量，以电流大于60A作为控制电流，确保桩体穿透软土层进入持力层50cm。

8)浆喷桩施工结束28d，并经检验合格后，方可以填筑路基。

2.3.2 质量检验

1)施工允许偏差。施工允许偏差检验项目包括桩长、桩径、桩距、单桩喷浆量(由水泥掺量及水泥浆水灰比换算得出)和强度等，见表3。

表3 浆喷桩施工允许偏差

2)成桩7a内，应进行挖桩头检验，观察桩体成型情况及搅拌均匀程度，如实做好记录，检查频率为1%，开挖深度不小于1.5m，如发现凝体不良等情况，应报废补桩。

3)成桩28d后，对不同软土地质条件、不同桩长路段，分别在整桩长度范围内进行钻芯取样，并进行无侧限抗压强度试验，要求其上、中、下部(按桩长1/3等分)强度的平均值≥0.6MPa，最小值≥设计强度的1/3，抽检频率≥桩数的2%。

3 软基处理效果观测

为施工安全考虑，软基处理设计时设置沉降板和孔隙水压力计，由观测数据指导现场施工［10］。竣工验收及通车运行后的沉降观测数据见表4。

表4 k5+005～k6+785沉降观测表

由表4可知，拓宽路段软基经过水泥搅拌桩处理后，原有旧路沉降量与拓宽新建部分的工后差异沉降值均控制在设计规定值内，说明水泥搅拌桩处理拓宽段软基能防止新老路基产生过大的差异沉降，进而预防差异沉降反射至路面面层引起的开裂，水泥搅拌桩处治软基段的路基拓宽达到预期效果。

4 结论

软土地区的公路拓宽改建，拓宽新建部分与原有老路差异沉降的要求较为严格，这对软土处理提出了更高的要求，选择刚度较大的复合地基处理方式来对拓宽新建部分进行软基处理显得尤其重要，因此，本文通过工程实例，说明一定深度范围内的软土路基，水泥搅拌桩处理拓宽部分软基能使新旧路基的差异沉降控制在设计要求的范围之内。

1)对不同软土深度及不同工期要求的软基处理，应结合经济合理、技术可行的处治原则，在控制沉降变形及工期允许的的前提下，应选择造价更为经济的处治方式。

2)公路拓宽新建部分的软基处理应优先选择偏刚性的复合地基处理方式，以控制差异沉降，复合地基施工工期较短，也能为公路拓宽施工期的交通组织减轻压力。

3)水泥搅拌桩处理14m以下深度的软土路基拓宽，能满足工后沉降的要求，达到设计的预期效果，同类公路拓宽软土处理工程可参照使用。

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