探讨公路软基处理中水泥搅拌桩技术的应用

熊金伟

（贵州桥梁建设集团有限责任公司,贵州 贵阳 550001）

0 引言

软土路基具有土质疏松、孔隙比大、透水性高等特点，是道路工程施工中承载性能较差的路基形式[1]。某公路设计沿线河流分布广泛，路基土体含水量较大，部分路段路基中含有大量的淤泥、沼泽及泥炭类软土，其强度低、含水率高、压缩性能高、承载力不足，在公路工程运营阶段容易产生路面沉降、不均匀裂缝等质量缺陷，严重降低行车舒适性和安全性，缩短公路使用年限[2-3]。为有效防止上述问题出现，道路工程施工时通常会采取相应的软基处理技术对路基实施加固，以有效提升道路承载性能和结构稳定性，保证使用寿命。

1 工程概况

某公路设计长度16.808 km，全线按二级公路标准进行改造，设计车速为40 km/h，路基宽度一般路段为8.5 m。道路沿河而建，沿线软土地质占比较大，承载力不足。经现场勘测，软土路段大于9 km，超过道路总长度的一半。从地形上看，施工区域整体地势北部高、南部低，且河流湖泊密布，土体含水率较大，在该区域建设公路，经常出现含水量较高的淤泥质黏土等软土地层，施工难度较大。若处理不到位，势必会导致道路运营过程中产生表面裂缝、路基沉陷等质量缺陷，严重威胁行车安全。此外，该地区地势较为平坦，水体资源丰富，区域内路基填方较少，地基侵蚀严重，道路施工技术要求较高，应选择合适的地基加固方式进行路基处理。为确保该道路工程竣工后长期稳定运营，特选择K1+050～K2+550路段作为试验段，通过试验段施工获得施工的各项技术指标。其具体结构形式如表1所示。

表1 公路路面结构层

2 水泥搅拌桩法在工程实践中的应用

2.1 软土路基的破坏形式

公路具有施工线路长、地质条件复杂，环境恶劣等特点，施工中不可避免会遇到软土路基，软土路基常见的破坏形式主要有边坡失稳和路基变形[4]。前者主要是因路基施工时，未合理把握填土速度，且未采取分层填筑、分层压实的施工工艺，导致填方路基压实度不足，造成边坡出现剪切变形，引发土体失稳。而路基变形则是由于土体具有较高的可压缩性，通常状况下土体颗粒处于饱和状态，遭遇外力作用，土体内部水分被挤压出来，体积收缩，使土体出现竖向变形及侧向膨胀[5]。

通常状况下，软土路基变形主要出现在前期施工和后期运营两个阶段，施工阶段变形发展较快，沉降较为显著，常被称作瞬时沉降[6-7]。而后期运营阶段变形发展较为缓慢，沉降不太明显，被称为工后沉降。就软土路基来讲，其工后沉降所需时间较长，其内部水分需经行车荷载反复作用，方可被排挤出来，土体密实度逐步增大，强度越来越高[8-10]。

2.2 软基特性与处治方法

该公路施工沿线大部分位于河湖相沉积区域，其基本特性如下：

（1）软土主要为饱和淤泥质黏土和粉细砂，内部成分、结构较为复杂，质地不均。

（2）地下水丰富、不易排除。

（3）大部分属于低填路基，去除路面结构层0.84 cm后，其填筑高度大部分位于0.5～2 m范围内。根据软土种类的不同，采取的处理方式也存在显著差异，具体情况如表2所示。

表2 软基特性与处理方式

2.3 加固技术的对比

该公路工程位于沿河相沉积型软土区域，目前针对该类型软基常用的处理方式主要有换填法、浅换加筋法、抛石挤淤法、水泥搅拌桩法。针对深度较浅的软土路基通常采用换填法、加筋法等，而对于深度较大的软土路基则采用排水固结法、抛石挤淤法、深层搅拌法和水泥搅拌桩法。

该工程施工区域内软土深度较大且分布较广，采用换填法和加筋法无法达到加固效果，而抛石挤淤法所需石块及土方用量较大，造价较高，强夯法对该区域软土夯实难度较大，经综合分析和研究决定，采用水泥搅拌桩法对该区域软土路基实施加固处理。其主要工作原理是水泥、软土经水化作用发生理化反应，使水泥、软土固结形成整体，全面提升其承载性能。

2.4 水泥搅拌桩施工工艺

该公路工程水泥搅拌桩布置形式为正三角形，桩径为650 mm，桩间距为1 000 mm，其具体布设方案如图1所示。

图1 水泥搅拌桩布设方案

水泥搅拌桩施工对原材料性能要求不高，因此该工程试验段选择普通硅酸盐水泥，根据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG 3420—2020）对水泥相关性能指标实施测定，其测定结果如表3所示。

通过表3测定数据能够看出，该工程所采用的P·O42.5普通硅酸盐水泥符合标准要求，可应用于该项目施工。因水泥搅拌桩作用原理是依靠水泥、土体间的理化反应，通过水泥、土体固结提升土体承载性能，因此，实际施工前应通过试验确定最佳水灰比。该文分别设置0.40、0.42、0.44、0.46、0.48、0.50六组水灰比，通过室内抗压强度试验，先后测出不同水灰比条件下水泥与土硬化物7 d、28 d的无侧限抗压强度，具体数据如表4所示；通过分析表4数据得到其抗压强度，具体如图2所示。

表3 水泥性能试验结果

表4 水泥与土硬化物抗压强度检测结果

图2 水泥与土硬化物抗压强度

通过图2、表4能够看出，当水灰比为0.44时，水泥与土硬化物7 d和28 d无侧限抗压强度最大，最终确定该工程采用水灰比为0.44的水泥浆进行施工，其施工工艺流程如图3所示，成桩后分别对其承载力及沉降量实施检测。

图3 水泥搅拌桩施工流程

2.5 桩基承载力检测

承载力检测：按照上述施工流程，完成试验桩施工。成桩后，及时测定试验桩7 d和28 d无侧限抗压强度。试验桩7 d、28 d无侧限抗压强度分别为0.61 MPa和1.25 MPa，复合桩承载力为142 kPa，完全符合设计标准要求。

沉降量检测：该工程沉降量检测采用现场静载检测，实际检测数据如表5所示。

结合表5，对沉降量实施综合分析，见图4。

通过表5、图4能够看出，采用水泥搅拌桩加固处理后，路基沉降量显著降低，其沉降值低于300 mm，充分表明软土路基承载性能得到大幅度提升，证明该工程选用的加固方法可行。

表5 沉降量检测结果

图4 沉降量检测结果

3 结论

根据某公路工程实践，对该施工区域软土路基种类及特性展开探究，选择水泥搅拌桩加固技术对软土路基实施加固处理。结果表明，当水灰比为0.44，桩径为650 mm，桩间距为1 000 mm，采用正三角形布置时，其承载性能最佳，单桩、复合桩承载能力分别大于1.0 MPa和140 kPa，沉降量小于300 mm，软土路基加固效果显著。