水泥搅拌桩软基处理技术在公路施工中的应用

朱尚飞，李宁

（江西赣东路桥建设集团有限公司，江西 抚州 344000）

0 引言

我国沿海地区分布着众多的河流与湖泊，导致地下土壤中含水率较高，土在这些地下水日积月累的作用下，逐渐变成含有较多淤泥、泥炭的软土，软土由于自身高含水率、大孔隙、压缩性高、承载能力低的特性，会对公路路基的稳定造成较大的影响[1]，为使公路使用寿命满足要求，需选择合适的技术对软土路基进行加固处理。

1 工程概况

某公路全长20.2km，据估算，软基地段超过16km，约占80%。当地由于降雨量较大，土基中含水率较高，地形条件为湖泊滩涂，而在滩涂上修筑公路经常会遇到饱和淤泥质黏土和松散粉细砂层，若处治不当，易引起施工期与运营期的路基纵向开裂、滑移及桥涵接头处的跳车等病害。为确保本项目修筑质量，选取K10+000—K10+500标段作为试验路段，以本文的研究成果为本试验路段铺筑依据，以使整条公路路基沉降量较小，承载力可以满足设计要求[2]。该公路双向四车道，设计时速为60km/h，所修筑公路多为软土路基，本项目所修筑的公路路面结构样式见表1~表2。

表1 公路路基样式

表2 路面结构层样式

2 软基处治措施选择与应用

2.1 软土路基的特性与处治方法

本项目所属地区软土多属滨海相沉积，作为公路地基的软土具有如下突出特点：

（1）软土为饱和淤泥质黏土和粉细砂，成分、结构复杂，分布不均匀。

（2）地下水位高、水量大、难以疏排。

（3）低填路堤较多，扣除路面结构层0.84cm后，填高一般在0.5~2m。

不同软土的特征和主要处治方法见表3。

表3 软基特性与处治方法

表3 （续）

2.2 加固技术的选择

根据表3可知，本地区属于滨海相沉积型软土，多选用换填法、浅换加筋法（格栅、格室）、抛石挤淤法（片石+碾压或强夯）、强夯法（强夯或强夯转换）、水泥搅拌桩（干法、湿法）。由于当地软土层厚度较大，分布广泛，若使用换填法和抛石挤淤法则需运输和购买大量的换填土以及碎石，对于经济要求较高，而强夯法也很难对本工程所在地区软土进行夯实。水泥搅拌桩处理软土地基原理是依靠水泥与软土在水的作用下产生的一系列物理化学反应，从而使软土凝结硬化成一个整体，提高软基的承载能力，可有效地减少地基的沉降以及坡脚侧向位移，水泥搅拌桩承担部分上部荷载，将荷载传递到下卧层，可减小复合地基加固区的超静孔隙水压力，减少复合地基的工后沉降。因此，本文选用水泥搅拌桩法进行软基加固[3]。

2.3 水泥搅拌桩处理软土路基的设计参数

本项目所设计水泥搅拌桩直径为600mm，按等边三角形布设，两桩之间距离为1.20m，详细布设如图1所示。

图1 水泥搅拌桩布设方案

为保证水泥搅拌桩施工后软基的强度，本文选用P·I 42.5硅酸盐水泥，对其性能指标进行检测，结果如表4所示。

表4 水泥性能试验结果

表4 （续）

由表4可看出，本项目所选硅酸盐水泥完全满足规范要求，可以用于项目施工。由于水泥搅拌桩是将水泥喷入土体并进行搅拌，发生物化反应后可以提高土体抗压强度[4]，与水泥混凝土类似，因此若想使水泥搅拌桩的承载能力达到最佳效果，需在施工前通过室内试验和现场试桩来确定最佳水泥浆液水灰比。查找资料后发现，一般情况下水泥搅拌桩的泥浆水灰比在0.4~05之间，本文即在0.4~0.5之间设置6个不同的水灰比，不同水灰比之间以0.02为一个梯度，即分别为0.40,0.42,0.44,0.46,0.48,0.50，以此六组水灰比分别在室内成型试件，进行无侧限抗压试验，所测得的7d,28d无侧限抗压强度如表5所示。

表5 水泥与土硬化物抗压强度检测结果

对上述数据分析，得到图2。

结合图2和表6可以看出，6组水灰比下，水灰比在0.44时7d和28d的无侧限抗压强度最大，分别为0.63和1.33，类比混凝土的水灰比与强度的关系，水灰比越小，强度越大，但本次试验，在0.44的水灰比处水泥与土的硬化物7d和28d强度最大，这是由于土颗粒会吸收部分水分，过低的水灰比会使得水泥不能完全水化，导致水泥与土颗粒固结后不能完全发挥水泥的性能；反之，过大的水灰比会使得水泥与土颗粒之间的间隙过大，水化产生的胶体不能够完全填充于孔隙之中，蒸发后水分也会留下孔隙，不利于固结物硬度的提高。通过计算和室内试验，确定好水灰比之后，可以进行现场试桩[5]。对于桩体，本项目选用280kg/m³的水泥用量，约相当于桩体体积的15%，水灰比选择为0.44，施工完成后，对试验桩的抗压强度进行检测。

图2 不同水灰比下的无侧向限抗压强度

2.4 质量检测

（1）承载力检测

根据上述步骤，完成对试验桩的施工，施工完成后，对试验桩的7d和28d无侧限抗压强度进行检测，检测结果表明，试验桩的7d无侧限抗压强度为0.60MPa，28d无侧限抗压强度为1.26MPa，大于规定的7d0.55MPa，28d1.0MPa。

（2）沉降量检测

对本项目的沉降量采用现场静载试验进行检测，检测结果如表6所示。

表6 沉降量检测结果

根据表7，对沉降量进行分析，并绘制分析图如图3所示。

图3 沉降量检测结果

（3）复合地基承载力检测

按照《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2012），复合地基的承载力可按下式计算：

式（1）中：Ap为单桩的横截面积（㎡）；Ra为单桩的竖向承载力特征值（kN）；fspk为复合地基的承载力特征值（kPa）；fsk为桩间土的承载力特征值（kPa）；β为桩间土的承载力折减系数；m为复合地基置换率。

本文为三角形布桩，因此m根据下式计算：

式（2）中：d为搅拌桩直径（m）；l为搅拌桩间距（m）。

根据上述检测标准和计算方法，对本项目复合地基的极限承载力进行检测，根据深度加权平均后，测得复合地基的黏聚力c=5.3kPa，内摩擦角为0.272，重度为5.9kN/m³，按式（1）计算得到复合地基承载力为1 075 kPa。

综上可知，使用水泥搅拌桩后的沉降量大大减小，小于300mm，复合地基承载力为785kPa，说明土体的整体强度得到提高，本文所使用方法取得了良好的效果。

3 结语

本文依托某公路建设项目，对软土路基的加固技术展开研究，通过对软土路基特性的调查和分析，选取了适合该地区软基加固的技术，即水泥搅拌桩加固技术，并通过研究，发现本项目所在地区，在水灰比0.44，各桩基之间成等边三角形，间距1.2m的条件下施工，施工后进行桩基的沉降量和承载能力检测。工程结果表明，采用该施工技术，在对软基加固后，软基的沉降量小于300mm，单桩承载能力大于1.0MPa，复合桩的承载能力为785kPa，软基加固取得了良好的效果。