素混凝土桩在高速公路软基深层处治中的应用

吴和清 罗志雄 杨鸿 李建新 赵天平 胡建全 张天荣

摘    要：由于道路是为柔性基础，素混凝土桩具备刚性桩的特点及性状，素混凝土桩在实际路基软基深层处治中更为经济、高效。同时结合大戛高速新平西互通A匝道高填方软基深层处治工程实例，介绍了软基中复合地基的设计与施工参数、施工方法以及施工控制要点。

关键词：高速公路;软基处治;素混凝土桩;复合地基

1  概述

素混凝土桩与水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）同属于低强度桩范畴，是针对碎石桩承载特性的不足，加以改进而发展形成起来的。

同其他复合地基加固桩相比较而言，素混凝土桩具有桩身材料取材方便、较碎石桩桩身整体性较好及刚度大、较钢筋混凝土桩更为经济、较水泥土桩桩身强度及刚度大、较CFG桩桩体配比进度高且易控制等特点。同时由于其具有刚性桩的某些特性，在荷载作用下，素混凝土不会压胀变形，桩承受的荷载可通过桩周侧摩阻力有效传至深层地基中，因此素混凝土桩复合地基具有承载力提高幅度大，地基变形小的特点。此法在用于处治高速公路软基中，能更好的解决基底承载力不足、路基不均匀沉降等问题。

2  工程概况

AK1+420～AK1+550段填方为大戛高速新平西互通A匝道的一段高填方区间，2018年4月份填方坡脚明显隆起，发生垮塌。经业主、监理、设计院、勘查单位等参建单位对现场实地勘察，需对该滑坡进行处置。补充完善相关位置地勘资料，明确基底软弱层的范围，深度，厚度以及相关参数。

AK1+420～AK1+550变形体属构造侵蚀中山地貌，原始地形为缓坡与农田及耕地交界，自然坡度约34°，高程介于1523～1552m之间，相对高差29m。原坡顶部有一机耕路蜿蜒而过，中前部主要为农田及耕地。变形体长沿公路前进方向纵向长约130m，横向宽约70m，高差约18m。变形体上缘边界距离A匝道中线約14m，平面位置位于A匝道高填路基段AK1+420～AK1+550第三级填方边坡内。经钻探测算塌方约6万立方米，属于浅层小型变形。变形模式是推移式，现场发育特征有坡脚起拱开裂、路堤边坡向东平移。

3  原因分析

变形体范围原始地形为构造侵蚀中山坡地地形，微地貌为缓坡坡脚与耕地农田交界。变形土体由填土、粉质粘土及泥炭质组成，结构较松散，易受降雨及地表水入渗运移的影响;填土与粉质粘土及泥炭土的透水性差异较大，为相对隔水层。暴雨及久雨条件下，地表水沿填土体下渗，接触面被软化，形成软弱夹层，上层土体亦沿此层蠕滑。

4  处理措施

清除滑动土方+素混凝土桩加固

4.1  处治措施

清除已经发生滑动的填方路基，在原地面上实施素混凝土桩。清除的土体可堆放至坡脚处作为反压护道，高度2m。

素混凝土桩采用C20素混凝土成桩，宜采用振动沉管灌注法成桩，振动沉管灌注混合料时粗集料最大粒径不宜大于50mm。可掺入砂、石屑等细集料改善级配。水泥采用42.5R及以上矿渣硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

素混凝土桩桩径0.4m，按正三角形布置，桩间距1.5m。桩体同配比室内试块28天无侧限抗压强度不低于20MPa，单桩承载力不小于200kN;单位复合地基承载力不小于130 kPa，140kPa，160kPa，180kPa，200kPa（对应于路基填高6m以下、6～7m、7～8m、8m～9m、9m～10m），桩长为15m（或进入强风化层）。桩基实施完毕，在路基填筑过程中，仍需按照排水固结的工艺控制填筑速度和进行预压。

桩顶设置35cm砂砾垫层+30cm碎石垫层，碎石采用级配碎石，直径不得大于5cm。碎石垫层顶部和底部各铺设一层双向土工格栅。

4.2  稳定性分析：

通过对该软土进行稳定性分析，滑面下部应为粉质黏土及泥炭土，下伏侏罗系上统妥甸组（J3t）泥岩，上部为土层，整体滑动面为圆弧滑动。

对填方进行稳定性验算及软土地基沉降验算，计算所得边坡安全系数为1.333，地基承载力满足要求，工后地基总沉降为0.251m。

5  素混凝土桩施工

5.1  施工设备

根据重锤轻打的原则，结合桩的直径、长度以及地质条件和以往的施工经验，采用DZJ-75型振动沉管机，主要组成部件有桩架框架、卷扬机、振动锤、桩管、底盘等。

5.2  施工工艺

场地平整→定位放线→埋设钢筋砼预制桩头→桩机就位→振动沉管→灌注砼→拔管→超灌成桩。

5.3  施工注意事项

5.3.1  施工顺序

施工前应对原地表进行清表处理、整平场地，大面积施工前必须进行试桩，试桩数量不小于5根。进行素混凝土桩施工，桩顶标高应高出设计桩顶标高不少于0.5m。施工中相邻两桩的间隔时间必须超过混合料的初凝时间，以免影响混合料强度，或采用隔几个桩位跳打浇筑。

5.3.2  沉管

桩机就位须平整、稳固、调整与地面垂直度，确保垂直度偏差不大于1%。桩机就位后，开动振动锤，同时放松相应的滑轮组，使桩管逐渐下沉，同时通过加压钢丝绳对钢管加压，当桩管下沉到设计标高后，便停止振动器的振动。

5.3.3  浇筑

开动振动器和卷扬机，一面振动一面拔管，在拔管过程中边振动、边继续向桩管内灌注砼。拔管速率控制必须与浇筑量相匹配，一般控制在0.6m/min～0.8m/min，拔管速度要均匀，保证钻头始终埋在桩混凝土液面以下，以避免进水、夹泥等质量缺陷的发生。成桩过程宜连续进行（避免混凝土供料不足、停机待料现象），直至桩体混凝土高出桩顶设计标高50cm。成桩过程中必须保证排气阀正常工作，防止成桩过程中发生堵管。

灌注量的控制，以有效桩顶标高加0.5m保护桩长为准，即确保设计桩顶标高内无浮浆。在混凝土灌注过程中，应及时、准确地填写灌注记录。

5.3.4  施工检测要点

桩位允许偏差：±50mm、桩身倾斜不大于1%、桩体有效直径及长度不小于设计值。

素混凝土桩的桩身混凝土塌落度为80mm～100mm。遇孤石无法成桩时，原桩位需灌满砼，补桩最大允许偏移450mm。

混凝土停灌面应高于设计桩顶高程0.5m，桩头开挖时，应采取有效措施避免桩身折断。

6  结束语

从大戛高速新平西互通A匝道AK1+420～AK1+550高填方滑坡变形体处治结果来看，该处治方法是成功的，具有施工可操作性及方案合理性。有效提高了安全系数，很大程度上减少了工后沉降，保证了工程质量。本工程实践说明，素混凝土桩对于一般粘性土、淤泥或淤泥质土、砂土及人工填土等土质的深层软基处治有较好的效果，有其推广应用的价值，对同类型深层软基处治有参考借鉴的作用。

参考文献：

[1] 龚晓楠.高等级公路地基处理设计指南[M].人民交通出版社，2005.

[2] JGJ 79—2012，国家行业标准.建筑地基处理技术规范[S].