软土地基条件下碎石桩与粉喷桩加固效果对比分析

梁元林

(葛洲坝湖北大广北高速公路有限责任公司　黄冈　438000)

软土地基条件下碎石桩与粉喷桩加固效果对比分析

梁元林

(葛洲坝湖北大广北高速公路有限责任公司黄冈438000)

摘要以大广北高速公路(麻城至浠水段)实体工程为依托，介绍了振动沉管挤密碎石桩(碎石桩)和水泥深层搅拌桩(粉喷桩)的施工工艺，分析了采用不同方式处治后复合地基的实测地表沉降数据，对比了在软土地基条件下碎石桩与粉喷桩的加固效果，并确定了其适用范围。

关键词高速公路软土地基碎石桩粉喷桩加固效果

在荷载的作用下，高速公路的路基都会不可避免地发生沉降。由于路堤高度存在差异和地基的不均匀性等原因，路基各部分产生的沉降程度不同，从而引起路面产生不均匀的变形。当这种不均匀变形超过了一定的限度，将导致路面出现结构性、功能性破坏，使得公路的服务水平不能满足设计要求[1]。鉴于此，从使用功能的角度来看，路面设计使用年限内残余沉降(简称工后沉降)的大小，可以作为高速公路软土基路段处治效果评价的重要指标[2]。

本文以大庆至广州高速公路(简称大广北高速公路)麻城至浠水段实体工程为依托，首先介绍了振动沉管挤密碎石桩(碎石桩)和水泥深层搅拌桩(粉喷桩)的施工工艺，然后基于工后沉降的数据对比，分析了碎石桩和粉喷桩的加固效果，并提出了二者的适用范围，从而为软土基条件下碎石桩和粉喷桩加固技术的应用提供参改借鉴。

1工程概况

大广北高速公路湖北省麻城至浠水段是“7918”国家高速公路网中纵5线的重要组成段落。项目主线线路所经软土路段共计16处5 851 m，占项目全长的4%，软土路段最长1 780 m，最短仅80 m。地质勘察表明软土主要是局部范围的软土，系长江支流或冲沟地段河滩冲洪积及淤积形成，软土成层情况多不均匀，以淤泥质亚粘土及粘土为主，含亚砂土或砾砂、粉细砂等。软土处理方案根据软土特征与厚度的不同分别采取粉喷桩、挤密碎石桩等不同的处理方案。其中有2段软基路段，即K40+355~K40+860和K72+775~K74+185，设计拟定的处治方案为粉喷桩处理方法，另一段为K83+684~K84+352，设计拟定的处治方案为碎石挤密桩法。

1.1　地质条件

(1) K40+355~K40+860段。软土成因属河漫滩相，总体呈不规则条带状分布，分布较均匀，厚度不大，埋深也较浅，为流塑淤泥质土和软塑粘土、亚粘土。据现场静力触探试验资料结合ps-H曲线特征，比贯入阻力ps值为0.75~2.0 MPa。

(2) K72+775~K74+185段。软土的成因类型为河流漫滩沉积相，分布有黄褐色、灰褐色、灰色淤泥及淤泥质土和软塑性粘土，其埋藏深度和厚度较大，呈流塑~软塑状态，总体呈不规则条带状、透镜体状分布，分布很不均匀。

(3) K83+684~K84+352段。本段软土区上部为可塑~硬塑状的(含有机质)亚粘土、亚砂土，下部为含有机质砾砂、粉细砂层与淤泥质亚粘土呈交互状分布，具典型的长江中下游河滩沉积特征。

1.2　碎石桩设计方案

本段软弱土层主要为河流相软塑粘土、淤泥质土，其特点为不均质、强度差异大，设计路基填土高度较高(5~8 m)，对地基要求高。故本段软基处治采用碎石挤密桩法进行处治，以达到提高复合地基承载力，减少工后不均匀沉降的目的[3]。碎石桩按等边三角形布置，计算结果见表1。

表1　K83+684~K84+352段软基计算结果

注：格栅设计拉力为双向60 kN。

1.3　粉喷桩设计方案

粉喷桩桩径为500 mm，桩距1.0~1.5 m，按梅花形布置；水泥要求采用32.5号普通硅酸盐水泥，每延米水泥用量50~60 kg，粉喷桩顶部设置50 cm砂砾垫层。通过该处理措施有效减少总沉降量，提高软土地基承载力，提高加载速率[4]。粉喷桩桩身强度(28 d龄期)不低于750 kPa。为了约束土体侧向位移，提高路堤抗滑稳定性和减少路基的不均匀沉降，路堤底部(砂砾垫层顶部)采用土工格室处理措施,土工格室采用型号Gc-100-PE-500，抗拉强度≥150 MPa，网格尺寸25 cm×25 cm，格室高度为100 mm。

2碎石桩与粉喷桩复合地基沉降对比分析

2.1　沉降与稳定观测

软土地基路堤在施工中应注意填筑过程或之后的地基变形情况，因此必须进行沉降和稳定观测，采用边桩、沉降标和测斜标，观测项目主要为地表水平位移及隆起量等。观测点的设置和观测方法以及观测仪器的要求应按照《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(JTJ 017-96)相关要求执行。填筑过程中的观测在于控制和调整填筑速率，判定路堤的稳定性。路基填筑完毕后应预压6个月以上，预压期的观测在于正确预测工后沉降，使工后沉降控制在允许范围内，为以后的路面施工提供依据。

作为对比，分别选取粉喷桩与碎石桩复合地基代表性监测断面，进行对比分析研究，以进一步研究分析振动沉管挤密碎石桩复合地基的加固效果。综合软土压缩层厚度、路堤填土高度等因素，分别选取K40+500，K73+600以及K84+000 3个代表性断面，对其监测数据进行对比分析。

2.2　地层结构与断面概况

为便于对比分析研究，对上述3个代表性断面的地层结构与断面概况汇总如下，分别见表2与表3。

表2　软土地层结构数据表　m

表3　断面概况数据表　m

2.3　地表沉降监测结果对比分析

K40+500断面，K73+600断面及K84+000断面，路基填土荷载、时间与沉降的关系分别见图1、图2与图3。

图1　时间-荷载-沉降过程曲线图(K40+500)

图2　时间-荷载-沉降过程曲线图(K73+600)

图3　时间-荷载-沉降过程曲线图(K84+400)

将图1、图2和图3中的沉降数据进行处理，则3个典型断面的地表沉降综合结果见表4。

表4　地表沉降监测综合结果表

3个监测断面沉降对比见图4。

图4　3个断面沉降对比图

由图4可见，采用碎石桩方式对软土路基的加固处理效果更好，但通过实测的沉降曲线进行分析，地基沉降与填土高度、压缩层厚度关系密切，总结它们之间的变化规律性，对各断面的结果进行分析，三者的关系见图5。进一步通过现场监测的数据分析，压缩层厚度同为6 m厚的断面K40+500和断面K84+000，看到填土高度更高的断面K40+500所监测到的沉降比断面K84+000得到的沉降更大，说明了填土高度与沉降的线性关系；同时在填土高度接近的并且相隔不远的两断面K73+600和断面K84+000，在填土高度和地质情况应该差不多的情况下看到，前者的沉降比后者大得多，一方面是由于前断面的压缩层厚度比后者多得多，说明压缩层厚度与沉降也存在着线性的关系，另一方面，断面K73+600的填土速率远大和远快于断面K84+000，故出现了沉降较后者大得多的结果，说明填土速率与沉降的关系，填土速率越大，沉降越大。

图5　填土高度-压缩层厚度-沉降关系图

综上分析，针对特定的地质条件、软土特征，2种处理方式对软土路基的加固处理均得到了良好的处理效果，形成的复合地基满足设计要求。

3碎石桩与粉喷桩适用范围对比分析

通过对地基处理方式使用的地质条件、软土特征对比可以得到，粉喷桩由于其施工的特殊要求，适合于加固各种成因的饱和软粘土，在用于加固淤泥、淤泥质土和含水量较高的粘土时，优势较为明显。因为粉喷桩是将干的固化剂拌入地基，所以需要待处理的地基中含水量较高，或者在施工基础上加入少量的水分，故在上述软土情况中使用粉喷桩无疑是属于比较经济、性价比比较高的处理方式。

相比于粉喷桩，根据地质情况，对于含砂性较多的软土，采用振动沉管挤密碎石桩处理效果则更好，因为沉管对土产生横向的挤密及振密作用，使土体向桩周围挤压，桩周体得以挤密，同时添加碎石，并将其逐层进行夯实，形成碎石桩桩体，使桩和土形成复合地基，从而增强了地基的承载力并且提高了整个复合地基的稳定性，同时因碎石桩体与其表面的砂(砾)或碎石垫层，联合形成了垂直和水平排水通道，有效缩短天然含水的渗透路径，有利于软土的排水固结，对减少工后沉降极为有利。

总体来说，对于此2种复合地基处理方式，水泥粉喷桩对于强度低、压缩性高，排水性差的软土，尤其是在一定深度内无理想持力层的软土路基，具有一定优势，性价比相对较好；而碎石桩对砂土、粉土较多的软土具有挤密和置换作用，适用于加固松散砂土、粉土、低液限粘土、素填土和杂填土及其他劣质条件下的公路路基、房建地基、机场、码头、铁路路基的软土地基，相对具有场地干净、造价低、施工速度快的优势。

4结语

(1) 软土地基的沉降受诸多因素的影响，影响因素最大的是填土的高度及压缩层的厚度，地基的沉降与填土的高度及压缩层的厚度呈现明显的线性关系，填土速率和填土每层的厚度与路基的沉降呈明显的线性关系，即填土高度越高，压缩层厚度越大，填土速率越快，软土路基沉降越大，但是通过处理后的路基承载力明显提高，路基沉降减少明显。

(2) 通过对2种地基处理方式的地质条件对比得到，水泥粉喷桩适用于强度低、压缩性大，排水性差的软土，尤其是在一定深度内无理想持力层的软土路基。碎石桩对砂土、粉土较多的软土具有挤密、置换和排水固结作用，适用于加固松散砂土、粉土和低液限的粘性土。

参考文献

[1]张留俊,王福胜,刘建都.高速公路软土地基处理技术：试验研究与工程实例[M].北京:人民交通出版社,2002.

[2]王侃.振动沉管碎石桩加固地基技术应用[J].四川建筑,2006,26(5):50-51.

[3]李庆波.碎石桩处理软土路基的实践[J].山西建筑,2007,33(34):124-125.

[4]龚勤火.公路软土地基处治方法[J].科技情报开发与经济,2004(4):263-264.

结论撰写要求

结论又称结束语、结语。它是在理论分析和实验验证的基础上，通过严密的逻辑推理而得出的富有创造性、指导性、经验性的结果描述。它又以自身的条理性、明确性、客观性反映了论文或研究成果的价值。结论与引言相呼应，同摘要一样，其作用是便于读者阅读和为二次文献提供依据。

其内容要点如下：

① 本研究结果说明了什么问题，得出了什么规律性的东西，解决了什么理论或实际问题；② 对前人有关本问题的看法做了哪些检验，哪些与本研究结果一致，哪些不一致，作者做了哪些修正、补充、发展或否定；③ 本研究的不足之处或遗留问题。

对于某一篇论文的“结论”，上述要点：① 是必需的，而② 和③ 视论文的具体内容可以有，也可没有；如果不可能导出结论，也可以没有结论而进行必要的讨论。

撰写的结论应达到如下要求：

① 概括准确，措辞严谨；② 明确具体，简短精练；③ 不做自我评价。

《交通科技》杂志社

Comparative Analysis of Reinforcement Effect Between Gravel Pile and Powder Sprayed Pile

LiangYuanlin

(Hubei Daguangbei Expressway Co., Ltd., Huanggang 438000, China)

Abstract：In the foundation of the project of Daqing-Guangzhou North expressway (Macheng-Xishui section), this paper introduced the construction technology of vibration gravel compaction pile (gravel pile) and cement deep mixing pile (powder sprayed piles), . The reinforcement effect of gravel pile and powder sprayed pile were compared based on the settlement data of ground surface after treatment in the condition of soft soil, which can be used to evaluate their application scope.

Key words:expressway; soft soil; gravel pile; powder sprayed pile; reinforcement effect