软基加固技术在道路施工中的应用

2023-01-08雷斌

交通世界 2022年19期

雷斌

（中建路桥集团有限公司，河北石家庄 050000）

1 工程概况

某道路工程项目路线总长约1 250m，其规划红线宽度为50m，按一级公路标准设计，设计时速为60km。本次主要为旧路加宽，原路面横断面形式为：K0+000—K0+740：人行道（宽3.5m）+行车道（宽14m）+人行道（宽3.5m）；K0+840—K1+250：非机动车道（宽5m）+绿化带（宽1.0m）+机动车道（宽15m）+绿化带（宽1.0m）+非机动车道（宽5m）。原路面为混凝土路面，加宽处路面采用沥青路面。现以该道路工程项目为例，对其软基加固技术应用作如下分析。

2 工程地质条件

拟建场地范围内分布有淤泥质砂层、淤泥与淤泥质土，这些地层的容许承载力很低，受7度地震烈度持续作用后，将产生明显的震陷。场地范围内软土分布较为普遍，大多处于流塑至软塑状，基本不具备工程性质，压缩性与灵敏度都很高，当地面堆载较重时，将产生不同程度的蠕变与沉降[1]。地层从上到下依次为：

（1）填筑土层，呈褐黄色与褐灰色，主要由黏性土与砂两部分组成，此外还含有岩块、碎石与砖块，原道路范围以外填筑土层呈松散状，该地层在整条线路上的钻孔都有揭露，其层厚在1.00～6.10m 范围内，平均厚度为2.74m。

（2）黏土层，呈褐灰色与浅灰色，主要成分为黏粒，此外还含有一定量的粉粒与砂，处于软可塑状态，整条线路中只有LJCK3 钻孔有所揭露，其顶面埋深在2.00m左右，层厚为0.90m。

（3）淤泥与淤泥质土层，呈深灰色与灰黑色，主要成分为黏粒，此外还含有一定量的有机质与粉细砂，有轻微的臭味，处于流塑状态，整条线路中有16个钻孔揭露此层，在路基段中大量分布，其顶面埋深在0.00～6.10m范围内，层厚在0.50～7.50m范围内，平均层厚为2.05m。

（4）中砂层（局部为粗砂层），呈褐黄色与褐灰色，主要成分为石英质，分选性较差，但有良好级配，处于饱和松散状态，整条线路中有12个钻孔揭露此层，主要在路基段中分布，其顶面埋深在2.30～9.00m 范围内，层厚在1.90～8.10m范围内，平均层厚为4.56m。

（5）淤泥质砂层，呈深灰色与青灰色，主要成分为石英质，且含有淤泥质土，分选性与级配均相对较差，处于饱和与松散状态，整条线路中有16个钻孔揭露此层，基本都处在路基地段中，其顶面埋深在0.00～9.80m范围内，层厚在0.90～7.90m范围内，平均层厚为3.36m。

（6）中、粗砂层，呈褐灰色与褐黄色，主要成分为石英质，且含有一定量的黏粒，分选性相对较差，但有良好的级配，处于稍密至中密的状态，整条线路中有13 个钻孔揭露此层，大部分处在桥梁段，其顶面埋深在0.00～11.00m范围内，层厚在1.30～12.30m范围内，平均层厚为7.23m。

以上各土层的主要物理力学性质指标为：

（1）填筑土层：取样深度为2.5～2.7m，含水量为31.5%，湿密度为1.85g/cm3，孔隙度为1.1%，液限为37.8%，塑性指数为35.1%，压缩系数为0.469MPa-1，固结系数为6.2×10-3cm2/s，直接快剪凝聚力为8.2kPa，直接快剪摩擦角为10.7°；

（2）淤泥质砂层：取样深度为7.5～7.8m，含水量为50.5%，湿密度为1.68g/cm3，孔隙度为1.4%，液限为43.0%，塑性指数为28.5%，压缩系数为0.893MPa-1，固结系数为0.84×10-3cm2/s，直接快剪凝聚力为3.1kPa，直接快剪摩擦角为2.4°；

（3）粗砂层：取样深度为8.5～8.8m，含水量为11.3%，湿密度为1.97g/cm3，孔隙度为0.56%，液限为33.4%，塑性指数为15.6%，压缩系数为0.04MPa-1，固结系数为8.1×10-3cm2/s，直接快剪凝聚力为5.2kPa，直接快剪摩擦角为37.2°。

3 软基设计

沥青路面按照15 年的使用年限进行设计，将路基部分拼接完成后，旧路路基中心和新路路肩之间横坡度增大值不能超过0.5%，且旧路中心周围附加沉降增加值不能超过30mm。在稳定性验算过程中，按照圆弧条分法确定稳定安全系数，在施工过程中采用直剪快剪技术指标，而在运营过程中采用固结快剪技术指标，两者安全系数分别为1.1和1.2，经稳定性验算后，安全系数在1.2以上[2]。

考虑到该工程路基主要部分处在旧路路基段，因此为避免新旧路基产生较大沉降差，需在加宽路基处进行处理，处理方法为水泥搅拌桩，桩径按50cm控制，按全等三角形进行布置，桩之间的距离为1.3m 和1.5m，行车道内按1.3m 控制，道外按1.5m 控制，铺设厚度为30cm 的垫层，并在垫层表面铺设土工格栅。水泥搅拌桩需进入到持力层中至少0.5m，桩体28d无侧限抗压强度应达到1.0MPa 以上，90d 无侧限抗压强度需达到1.8MPa以上，单桩承载力应达到120kN以上[3]。

4 软基施工

4.1 浆液配制和输送

浆液采用32.5 普硅水泥配制，其设计用量确定为65kg/m。在搅拌灰浆的过程中，应先加水，然后按施工配合比确定的顺序投料，借助砂浆搅拌机对水泥浆进行搅拌，使其达到均匀，灰浆搅拌时间应达到4min 以上。将水泥浆输送到集料斗时，应进行过筛，以免混入硬块。集料斗容量需达到0.2m3，防止由于供料不足导致断桩，或由于浆液过多导致沉淀使浆液浓度无法达到要求。浆液输送到储浆罐后应持续搅拌，防止浆液发生离析。水泥浆采用挤压式灰浆泵和胶管输送至钻杆，然后通过出浆口射出[4]。

4.2 深层搅拌

本次采用两喷四搅工艺进行施工，在第一次下钻过程中，喷浆量按总量20%～40%控制，提钻时将剩余浆量喷出，整个施工过程需完成四次搅拌。

4.2.1 测量放样

严格按照设计要求的桩位实施放样编号，为施工顺利开展奠定基础。待机械安装完成，且调试完毕后，开始钻机就位；将钻机安放到指定位置后借助塔架对搅拌机进行吊装，确保搅拌机钻杆始终保持垂直，并与桩位完全对准。

4.2.2 带浆下钻

浆液开始从出浆口向外喷出以后，开启搅拌机，待其钻头下沉到设计要求的深度后，应继续搅拌喷浆1～2min 的时间，然后使搅拌头从桩底开始反转与喷浆，将钻头提升到地面下部0.25m的位置。

4.2.3 复搅

在第二次钻进过程中不进行喷浆，在重新复搅下沉到桩底后，采用相同的方法使钻头反转，直到地面下部0.25m 处，此时方可完成该桩的施工，将桩机移至下一个桩位。

4.2.4 下钻与提钻速度

下钻与提钻的速度是对喷浆量予以控制的关键因素，需通过试桩确定，在没有特殊要求时，钻进速度不能超过0.8m/min。将钻头下钻至桩底后需继续搅拌1～2min的时间，然后向上提钻，使桩底有充足灰量。

4.2.5 下沉或提升时间

下沉或提升时间要安排专人进行记录，要求时间误差不超过5s。如果复搅时产生空洞或其他意外事故，对桩体质量造成影响，需在提出钻机后立即使用素土进行回填，并尽快重新喷浆和搅拌，确保补救能在12h之内完成，且搭接长度要达到1.0m以上。

4.3 施工控制与注意事项

（1）钻机要配备自动计量装置，同时定期做好标定，没有自动计量装置的钻机不允许在施工中使用，利用自动计量装置对瞬时与累计喷浆量进行记录。对于储浆罐的容量，不能少于单根桩所用灰量+65kg，防止由于灰浆数量不足导致施工中断。

（2）施工中对喷浆高程予以严格控制，中途不允许中断，以保证桩长满足要求。喷浆完成前不允许提钻。

（3）施工时如果发现喷浆数量不足，则应由监理人员在桩位周围选择适宜的位置进行补桩。

（4）在桩体施工过程中，采用中低挡的速度进行钻进与提升，不可采用高速挡。

（5）在压浆过程中应注意防止断浆，同时要防止输浆管发生堵塞。

（6）所有技术参数都要按照设计要求确定，尤其是喷浆速度、搅拌速度与提升速度。

（7）对重复搅拌过程中的下沉速度与提升速度进行严格控制，确保加固范围内任意深度位置都能得到充分搅拌。

（8）成桩时，由于任何原因造成的中断，都要在恢复下沉与搅拌时将搅拌叶下沉0.5m。

（9）对于两根相邻的桩柱，其施工间隔时间要控制在12h之内。

（10）施工开始前要确定各项技术参数，如灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管进入到搅拌机喷浆口需要的时间，以及起吊设备的提升速度，同时结合设计要求采用试桩的方法确定具体的施工工艺方法。

（11）水泥在使用前必须进行过筛，浆液配制完成后注意防止离析，且应确保泵送保持连续。浆液配制时，包括泵送时间、罐数与外加剂用量在内的数据都要安排专人进行记录，此外，对于喷浆数量和搅拌深度则要采用经国家计量部门认证的监测仪器实施自动记录。

（12）搅拌机实际提升速度与次数都应满足相关工艺要求，同时安排专人负责记录。

（13）在水泥浆液喷出后应持续搅拌30s 的时间，待水泥浆和桩端土达到充分混合后，方可开始对搅拌头进行提升。

（14）为防止工程质量通病，施工中应注意以下几点：深层搅拌机必须保持垂直，同时注意平整度与导向架垂直度；搅拌叶下沉至一定程度后，方可开始按照设计要求的配合比进行浆液配制；配制完成的水泥浆不能发生离析，水泥浆必须严格按照设计要求的配合比进行配制，并对水泥进行过筛，且为了防止水泥浆发生离析，输送到灰浆机中应持续搅拌，在压浆开始前才能将浆液输送至料斗当中；按照需达到的加固强度及均匀性进行预搅，以使软土完全破碎，为后续的均匀搅拌奠定基础。

4.4 施工中可能出现的问题与解决方法

4.4.1 搅拌不均匀

深层搅拌桩的桩身强度与质量主要取决于搅拌是否均匀，对此，在搅拌桩施工开始前，应先做好场地与工程地质条件分析。由于粉质黏土与黏土的内聚力较大，有很强的黏性，因此按照常规方法进行施工时，最终的搅拌均匀性很差，可能发生分离，使钻头上黏结土球，应通过增加钻头叶片或增加钻头长度与上下叶片之间的距离来解决。此外，还可通过增加复搅次数来保证搅拌均匀性。淤泥质土引起含水率较高，与水泥浆之间的融合性较差，因此会产生搅拌不均匀的问题，导致水泥土分离，无法形成应有的强度，对此，应通过提高水泥用量与浆液浓度或增加复搅次数来解决。

4.4.2 土质不均匀与障碍桩

如果施工区域内存在河道、建筑垃圾与老宅地基，则要根据地基报告进行区域划分，当深度较浅时，可采用人工进行清理，然后用素土进行回填；而当深度较深时，应在征得设计单位的许可后，加强邻桩或在周围进行补桩。如果施工中遇到硬土层，则要对钻头工艺予以改进，在最下部叶片按照一定间隔距离增设排爪，以增加钻机配重与钻头压力；当冲水不会给桩身强度造成影响时，可采用冲水的方法处理，但该方法要谨慎使用。

4.4.3 漏浆

若在施工区域内产生漏浆，则会在潜水层渗流作用下导致浆液产生流失渗漏，影响成桩效果，对此应采取以下措施处理：在相对较浅的部位采用换填方法处理；而在相对较深的部位，经设计单位许可后增加复搅次数，确保浆液渗透至周围涂层，并适当提高浆液浓度，在条件允许的情况下亦可进行化学加固，以减弱泥浆渗透性，保证加固效果。

4.4.4 地基土含水率较低

当地基土含水率较低时，由于土性干燥会使桩体强度降低，严重时将产生如同豆腐渣的结构。针对这一现象，可采用以下措施处理：适当增加喷浆量或进行喷水搅拌；确保在最佳含水率条件下成桩，保证最终的成桩效果。

5 软基加固效果

施工开始前，应确保水泥强度达到设计要求，按照设计要求的配合比进行拌制，在施工中要确保桩体的垂直度与桩位准确性，使成桩达到均匀，做好各项施工记录。工程检测方法为抽芯法和室内试验法相结合。强度检验按总桩数的3%抽样进行，确定桩身抗压强度；荷载试验在混凝土龄期达到28d后进行，要求单桩承载力与复合地基承载力均达到标准。本次共检验了25组试样，检验结果为：在0～11.5m的深度范围内，7.5m 深以内呈灰黑色，7.5m 深以下呈灰黄色，芯样主要为短柱状，部分为饼状，用手不易扯断，整个桩体的搅拌较为均匀，且胶结良好。对桩体上部、中部与下部分别进行强度试验，30d 龄期抗压强度都能达到1.1MPa 以上，而90d 龄期的抗压强度可以达到1.85MPa以上。在检验单桩承载力的基础上，对整个复合地基进行了强度检验，结果表明，地基承载力不低于125kPa，满足设计提出的达到110kPa以上的要求。