悬浮水泥搅拌桩在高速公路深厚软土地基处理中的应用

陈少林

（广东广惠高速公路有限公司，广东 广州 510000）

随着技术的持续发展，软土地基的处理方法日益丰富，其中水泥搅拌桩应用较为广泛，但其易受现场环境、机械等因素的限制，通常在加固深度超过12m后便难以取得良好的加固效果，但软土地基的深度普遍在20m以上，导致其存在适用性不足的情况[1]。在此背景下，悬浮水泥搅拌桩复合地基处理方法应运而生，成为适用范围更广的优质软基处理方法。

一、工程概况

广东深圳至广西岑溪高速公路中山新隆至江门龙湾段改扩建工程，总长40.05km，设计时速120km，拟扩建为双向八车道高速公路。其中，中江高速公路原路基横断面宽度为28.0m和24.5m，k32+225m～k32+300m段为路基宽度过渡段，由28m过渡至24.5m，经过改扩建施工后单侧加宽宽度分别为7.0m和8.75m。

二、单桩、复合地基、下卧地层的承载力计算

（一）单桩承载力特征值

组织荷载试验确定具体数据，结合式（1）求得单桩承载力特征值Ra。

式中n为土层数；Upi为第i层土桩的周长；qsi为第i层土的侧阻力特征值；li为第i层土的厚度；a为承载力折减系数；qP为地基承载力特征值；Ap为桩截面积。

按照式（2）计算可得单桩承载力为84kN。

（二）复合地基承载力特征值

组织荷载试验确定具体数据，结合式（3）计算可得复合地基承载力特征值fspk。

式中m为面积置换率；为桩间土承载力折减系数；m为面积置换率；fsk为桩间土的承载力特征值（处理后）。

按照式（3）计算可得复合地基承载力特征值为120kPa。

（三）下卧层地基承载力

由于桩体长度范围内存在软弱下卧层，为顺利施工，需提前验算该部分的地基承载力如式（4）所示。

式中ps、Pcs、fas分别为软弱下卧层的顶面附加应力值、顶面土的自重压力值、顶面土的地基承载力特征值。

经计算可得：

由计算结果可知，在采用悬浮水泥搅拌桩方法处理后，Ra和fspk均可满足要求。此外，下卧层承载力验算结果达标。该处理方法的应用效果较好，具备可行性。

三、沉降量的计算

复合地基的沉降需要考虑两个方面，一是复合地基加固区的沉降S1，二是加固区下卧层的沉降量S2。

S1的计算如式（5）式（6）所示。

式中为各分层中点的附加应力；为各分层的初始厚度；Epsi为各分层的桩土复合压缩模量；Ep为桩体压缩模量；ESi为各分层的土体压缩模量。

S2的计算采用分层总和法，根据所掌握的数据确定S2的具体值。

计算结果显示，设置悬浮水泥搅拌桩可将工后沉降控制在7cm（一般路段对该值的要求为不超过30cm）。对比分析可知，悬浮水泥搅拌桩的加固效果较好。

四、水泥搅拌桩施工技术分析

（一）施工方法

水泥搅拌桩施工工艺原理如图1所示。

图1 水泥搅拌桩施工工艺原理示意图

“四喷四搅”法的具体施工流程如下。

1.安排桩机入场，并置于指定点位安装调试，观察钻杆旋转、浆泵运行等各项动作均无异常后，方可投入使用。

2.在深层搅拌桩机到位后可启用转盘，该过程中需充分关注搅拌头的转动状况，其状态相对稳定后方可下放钻杆，全程同步搅拌。

3.在深层搅拌机顶搅下沉过程中，应根据施工要求及时拌制足量的水泥浆，在压浆施工前将制备好的浆液置入集料斗内并启用灰浆泵，随后将浆液输送至搅拌头出浆口，从而实现顶搅下沉。

4.随着下沉量的逐步增加，实测深度达标后边喷浆搅拌边提升钻杆，形成均匀性较好的混合体，持续操作直至搅拌钻头提升至设计标高处为止。

5.按照流程3、4重复操作。

6.结束一根桩的施工后，需及时清理管路及搅拌头内残留的泥浆，应快速清理，避免凝固，再将施工设备移动至下一作业点位，开始另一根桩的施工。

（二）试桩

试桩作业的目的在于确定具体作业参数，为大面积施工提供依据。为保证试验结果的可靠性，每个工点所选取的试验桩数量至少为5根，必要时适当增加，得到可靠的试验结果。考虑到不同的水灰比和水泥含量，各自应分别安排3组试验[2]。经过试桩后确定的作业参数及工艺如下。

1.确定钻进、提升、搅拌3个阶段的作业速度，以及喷浆施工时的压力、单次浆液用量及时间。

2.验证既定施工工艺流程，判断是否具备可行性，若有不足之处需做优化，通过检验后方可投入使用。

3.确定下钻和提升两个环节的阻力。

4.明确软土含水量与喷浆量两项指标之间的关联度，以便确定正式施工中合适的喷浆量及浆液水灰比。结合具体情况，提出关键的作业参数以供参考：钻进速度＜1.0m/min，提升速度0.4m/min～0.8m/min，全程搅拌转速30r/min～50r/min；管道压力分阶段控制，钻机、复搅、提升时该值均为0.3MPa～0.4MPa；喷浆时适当增加压力，为0.5MPa～0.6MPa。

（三）施工质量保证措施

加强施工质量管理，需严格按照原材料入场规范检验进场原材料，考量搅拌桩施工每一个步骤是否符合工程规定标准，并从四方面进行搅拌桩施工质量管理。

1.平整施工现场

在正式施工前应将地面与地下影响施工的杂物、障碍物清理干净，挖除质量较差路段的土体。开机搅拌前调试搅拌机，确保设备可安全稳定运行，输送管输送效率满足设计要求。同时，严格按照设计要求和规范确保停浆面高出操作面标高0.5m。

2.保证垂直度

选择在地面平整度较好处放置桩机，设备就位后检查机架与钻杆的垂直度，确保垂直度偏差≤1%。应动态跟踪整个施工过程，采用吊锤观测钻杆的两个方向垂直度与水平尺测量机架的调平情况，当偏差＞1%时及时对设备进行纠偏与调整。同时，保证桩机精准定位设计桩位，将中偏差控制在5cm以内，并确保桩径符合设计规范值。

3.水泥浆离析的控制

拌制好的水泥浆应尽快投入使用，防止因停置过久而产生离析现象。若实施过程中发现桩杆钻进困难，应先检查是否遇到了地下障碍物，并及时与设计单位和监理单位沟通，以便快速给出解决方法，做好补桩处理；严格按照试验室配比方案控制水灰比，制备出符合施工标准的水泥浆并进行过滤。

4.记录施工过程和细节

安排专人记录拌制浆液的罐数，固化剂、外加剂的用量、泵送浆液时间，以及施工过程中遇到的异常情况与处置措施。

（四）成桩质量检验

为准确掌握施工质量，需在成桩3d内组织检验，具体可采用轻便动力触探的方法[3]。为评价桩身的各项性能指标（包含抗压强度、坚硬程度等），组织抽芯试验，但必须保证选取的芯样具有代表性；对于复合地基可以安排静载试验，用于检验其具备的承载力。

五、悬浮水泥搅拌桩在软土地基处理中的应用效果评价

水泥搅拌桩施工成型后，由具有资质的单位参与检验。从实测结果来看，单桩、复合地基的承载力分别为120kN、160kPa，各项结果均可满足要求。从通车后两年时间内的检测数据来看，工后沉降约4.8cm，满足要求（规范要求为30cm）。

六、结语

在高速公路软土地基处理中，悬浮水泥搅拌桩是较为可行的方法，无论是单桩承载力还是复合地基承载力均可满足要求，软基易失稳问题可得到有效解决。