路基加固方式及施工工艺研究

■ 袁江 程军 奚华峰

袁 江：南京河西新城建设指挥部，高级工程师，江苏南京，210031

程 军：南京河西新城新型有轨电车建设有限公司，高级工程师，江苏 南京，210031

奚华峰：南车南京浦镇车辆有限公司，教授级高级工程师，江苏 南京，210031

1 概述

随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快，土地资源变得稀缺，各种各样的工程建设需要在地质条件较差的软土地基上修建，软土地基达到工程建设要求尤为重要。以南京市河西新城新型有轨电车快速公交（1号线）工程正线地基加固工程为例，论述深层搅拌（水泥土搅拌）和排水固结两种软弱地基处理方法。

水泥土搅拌法是加固软土地基的成熟方法之一，其利用水泥、石灰等材料作为固化剂主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基中就地将软土和固化剂（浆液状或粉体状）强制搅拌，利用固化剂和软土之间产生的系列物理-化学反应，使软士硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。

排水固结法的基本原理是软土地基在附加荷载作用下，逐渐排出孔隙水，使孔隙比减小，产生固结变形。在这个过程中，随着土体超静孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力增加，地基抗剪强度相应增加，并使沉降提前完成。排水固结法分为堆载预压法、砂井法、真空预压法、真空-堆载联合预压法、降低地下水位法和电渗排水法。有轨电车快速公交（1号线）工程主要采用真空预压法。

2 工程概况

有轨电车快速公交（1号线）工程正线全长7.83 km，地貌属长江漫滩地，较为平坦，沿线穿越双闸街道的双龙村等村镇和农田，多河沟和水塘。

根据岩土工程勘察资料，工程地基处理深度范围内的岩土自上而下分布如下。1-1层：杂填土，主要为建筑垃圾、耕植土，平均层厚1.41 m。1-1A层：淤泥质杂填土，有臭味，多为河塘底部填淤积局部夹砖渣，平均层厚1.13 m。1-2层：素填土，主要由黏土组成，局部硬塑，填龄大于10年，承载力90 kPa，平均层厚1.7 m。1-2A层：素填土，主要由黏土组成，填龄大于十年，承载力60 kPa，平均层厚1.71 m。2-1层：粉质黏土，土质不均，中等强度和中等韧性，强度分别为80 kPa和110 kPa，平均层厚1.47 m。2-2层：淤泥质粉质黏土，局部夹薄层粉土，稍有光泽，中等强度和中等韧性，强度为60 kPa，平均层厚6.92 m。2-3层：淤泥质粉质黏土-粉砂，夹薄层粉砂和粉土，局部成互层状，低强度和低韧性，强度为70 kPa，平均层厚2.7 m。2-4层：粉砂-粉土，局部中密，饱和；粉砂主要成分为石英、长石和少量云母，低强度和低韧性，强度为150 kPa，平均层厚4.13 m。2-4A层：粉质黏土，局部为淤泥质粉黏土，中等强度和中等韧性，强度为80 kPa，平均层厚2.58 m。3-1层：粉细砂，局部稍密，饱和，局部夹中密粉土或软塑粉质黏土，级配一般；粉砂主要成分为石英、长石和少量云母，强度为180 kPa，平均层厚10 m。

工程区域内地表水为小河沟及水塘，水深0.8～1.3 m，底部淤泥厚0.5～1.2 m。地表水腐蚀性评价按Ⅱ类环境考虑。经判定，地表水对混凝土结构中的钢筋有微腐蚀性。勘探深度范围内的地下水可分为潜水层和弱承压水层。潜水层的含水层由人工填土、2-1层—2-3层新近沉积的黏性土构成。潜水上层对路基的稳定性和土的工程性质影响较大。弱承压水层由2-4层粉砂-粉土—4层卵砾石构成。

3 路基处理设计施工方案

由于工程地质条件不能满足建设需要，交叉路口、路桥过渡段的路基采取加固措施；软土较深处的路基采用单轴双向水泥搅拌桩加固措施，一般路段采用真空预压+塑料排水板加固措施；真空预压路段根据后续检测评估判定是否采用加固措施。

3.1 单轴双向水泥搅拌桩

单轴双向水泥搅拌桩桩径为0.5 m，桩间距1.2～1.5 m，梅花形布置。搅拌桩桩顶设厚0.4 m砂垫层。在软土较厚路段，桩间距1.2 m，桩长根据沉降控制要求计算确定。搅拌桩横断面设计见图1，其水泥掺量按17%～20%控制，施工时实际水泥掺量按现场含水量试验确定。施工时钻杆下沉速度0.5～0.8 m/min，提升速度0.7～1.0 m/min；水泥采用PO42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比为1︰0.45～0.55，水泥土28 d无侧限抗压强度不小于0.6 MPa；桩体压缩模量不小于50～60 MPa；搅拌桩承载力特征值不小于100 kN。

搅拌桩施工流程见图2，其施工工艺要求如下。

（1）平整场地，清除地表杂物，开挖沟槽。

（2）确定搅拌孔位置，采用石灰线标明并复核，桩机严格按定位线定位，搅拌桩桩径500 mm，中心间距1.2～1.5 m。

（3）根据定位线铺设枕木，安装搅拌机，枕木要求铺设水平，搅拌机保证机身垂直，确保搅拌桩偏差≤1.5%；搅拌机在指定桩位对中；采用经纬仪进行垂直度校正，确保钻机垂直度。

（4）按搅拌桩施工工艺要求，做到“二喷二搅”，第一次喷浆为水泥用量的70%（下沉），第二次为30%（提升）。搅拌头下沉时，开启灰浆泵，搅拌头一边搅拌下沉一边喷浆。桩底1 m范围进行复搅，再进行提升喷浆。搅拌桩喷浆提升高于桩顶设计标高40 cm以上时关闭灰浆泵，单桩施工完成。

（5）提升注浆搅拌时，搅拌机下沉速度为0.5 m/min，提升速度为1.0 m/min。搅拌机下沉到设计深度时，开启注浆机将水泥浆压入土中，边注浆边旋转，同时提升搅拌机。注浆出现停机、断浆及水泥浆离析等现象时，必须从停浆位置以下1 m处重新进行注浆搅拌提升。

（6）搅拌桩完成后，在集料斗中加入清水，开启灰浆泵，清洗压浆管道及其他机具后，移至下一根搅拌桩施工位置。

3.2 真空预压+塑料排水板

真空预压路段地基处理横断面见图3。

（1）真空预压路段密封膜下真空持续稳定在80 kPa以上连续抽真空3个月，连续5个昼夜实测沉降速率小于0.5 mm/d或固结度达到90%以上时，可逐段减压至停止抽真空。

（2）塑料排水板的pc100-b粘合型塑料排水带规格：100 mm×4 mm，材料为新料（非再生料）。塑料排水板布置为梅花形，间距1.2 m。塑料排水板打到设计深度后，其顶面应高于或齐平砂垫层顶面。

（3）中粗砂垫层、碎石垫层压实系数（压实度）不得小于0.94。

（4）为保证真空预压高效、合理实施，对沿线软基处理范围分段进行预压，段间采用密封沟隔离。

真空预压+塑料排水板施工工艺流程见图4，其施工工艺要求如下。

（1）真空预压路段路基横向处理范围边线为1︰1.5放坡坡脚底部外不小于3 m。

（2）排水主管、滤管及管连接件均采用PVC管；滤管按正三角形开滤水孔，孔径8 mm，间距5 cm；滤管采用质量≥250 g/m的无纺土工布包裹，做到只透水不透砂。

（3）砂垫层采用洁净的中粗砂，含泥量应小于5%。

图1 搅拌桩横断面设计示意

图2 搅拌桩施工流程

4 质量检验

（1）单轴双向水泥搅拌桩检测方法。对承受竖向荷载的搅拌桩，其轴力最大值在桩顶往下3～4 m范围，是大面积新回填土的回填位置，可采用轻便动力触探了解搅拌桩的强度；荷载试验宜在搅拌桩竣工28 d后进行；在轻便动力触探和荷载试验后，对搅拌桩质量有怀疑时，应在其成桩28 d后采用双管单动取样器钻取芯样，截取试块做抗压强度试验。

图3 真空预压路段地基处理横断面示意

图4 真空预压+塑料排水板施工工艺流程

（2）真空预压+塑料排水板检测方法。真空持续稳定在80 kPa以上连续抽真空超过3个月，固结度达到80%以上，卸载后现场取样进行检测，地基土的各项强度指标基本满足设计要求，真空预压效果良好。

5 结束语

（1）通过工程监测资料分析，采用单轴双向水泥搅拌桩加固和真空预压+塑料排水板加固的桩芯无侧限抗压强度，地基承载能力、孔隙水压力消散等符合要求，是行之有效的地基处理方法。

（2）单轴双向水泥搅拌桩技术适用于淤泥、粉土等软土地基，目前在粉砂土地基中最大施工深度达19 m；采用双排梅花形布置形式，地基处理更加可靠；利用搅拌机将深层土体和水泥固化剂强制进行搅拌，充分利用了软土，避免了大量挖掘和弃土；加固过程中对周围土体无扰动，施工时无振动、无噪声，对周围环境无污染；与目前常用的混凝土地下连续墙、地下喷浆等防渗技术相比，地基处理费用低廉。

（3）采用真空预压法，可使软土地基沉降在预压期内基本完成，固结基本稳定，避免了使用中地基出现沉降；可在短时间内以较低的成本增加地基土的抗剪强度，提高地基的稳定性和强度。

[1]龚晓楠. 地基处理手册[M]. 3版. 北京：中国建筑工业出版社，2008.

[2]罗骐先. 桩基工程检测手册[M]. 2版. 北京：人民交通出版社，2004.