软基加固施工技术在市政道路施工中的应用

2023-12-06詹宏伟

交通科技与管理 2023年22期

詹宏伟

（广东省水利水电第三工程局有限公司,广东东莞 523728）

0 引言

我国沿海城市存在大量的软土，其物理力学性能较差，大多呈流塑状。在软土地区修建市政道路，需重视地基处理。如果软土地基加固措施选择不当或施工质量控制不合理，路基在车辆荷载作用下容易出现塌陷、失稳等问题，给行车安全带来了较大隐患。同时，目前施工单位在制定软土地基施工方案时，大多是参考借鉴临近项目，对不同加固措施的质量控制要点理解不深入，且不重视相关理论计算。因此，进一步研究市政道路中的软土地基施工要点意义重大。

1 软土地基加固措施

不同专业领域对软土地基的定义不完全相同，在市政道路建设期间，淤泥、泥炭、杂填土、饱和软黏土等均可视作软土。软土的抗剪强度低、可压缩性高、透水性差，在路基填土重力和车辆荷载反复作用下，容易出现承载力不足或沉降过大问题，影响行车安全性和舒适性，故需对软土地基及时处理[1]。根据《城镇道路路基设计规范》（CJJ194—2013），市政道路软土地基处理应坚持“预防为主、防治结合”的原则，结合道路等级、施工进度、投资金额等要求选择具体的加固措施。目前，市政道路常用的加固措施有换填法、强夯法、水泥搅拌桩、水泥粉煤灰碎石桩（CFG 桩）等，不同软基加固措施的特征对比见表1。

2 工程概况

2.1 建设标准

该文研究对象为某城市主干路，其全长2 500 m，起讫桩号为K0+000～K2+500，设计速度为40 km/h，建设标准为双向4 车道，路面为沥青混凝土路面，路基宽度全宽32 m，具体横断面组合为：4 m 人行道+3.25 m 非机动车道+0.25 m 路缘带+3.75 m 机动车道+3.5 m 机动车道+0.25 m 路缘带+2 m 中分带+0.25 m 路缘带+3.5 m机动车道+3.75 m 机动车道+0.25 m 路缘带+3.25 m 非机动车道+4 m 人行道。同时，道路以填方路堤为主，最大填高为6.5 m，最小填高为2.2 m（满足基本洪水位要求），且路基两侧边坡坡率均为1 ∶1.5。

2.2 地质条件

由勘察资料可知，道路地基土从上至下分别为淤泥质土、粉质黏土、粉土、中砂、强风化砂岩、中风化砂岩，对应的容许承载力分别为60 kPa、130 kPa、150 kPa、200 kPa、400 kPa、2 000 kPa。道路沿线的软土分布厚度为1～8.5 m，厚度不均匀。软土液性指数在1.3～1.5，塑性指数在18 左右，呈流塑状态，孔隙比＞1，天然含水率较高，需对软土地基进行处理。

2.3 气候气象条件

道路所在区域为温带大陆性季风气候区，四季分明、光照充足、雨热同季、降水集中、历年平均降雨量755.6 mm。年降雨最多1 512.6 mm，最少只有396.6 mm。同时，区域内的地下水受降雨季节支配，雨季期间地下水位上升，旱季则逐渐降低，但整体变化不大，水位年变化幅度为1～2 m，动态变化较小。

3 软土加固施工技术要点分析

由于道路沿线的软土厚度分布极不均匀，如果全部采用同一种处治措施，会导致道路整体造价较高，甚至超出业主投资预算。结合临近项目的建设经验，建议对道路沿线的软土地基分段处治：当软土厚度＜3 m，采用换填法处治；当软土厚度在3～6 m，采用强夯法处治；当软土厚度＞6 m，采用水泥搅拌桩复合地基处治。

3.1 换填法

（1）施工准备。软土换填施工前，要先放样出换填范围，用白灰线标识。由于浅层软土多分布在沟塘路段，换填前要在路基两侧开挖临时排水边沟，将沟塘内的积水引出到路基外[2]。

（2）挖淤换填。利用挖掘机挖除沟塘内的淤泥，将其及时用自卸汽车运输至指定堆放位置。随后，分层回填砂砾，每次卸料量不宜过多或过少，可用“方格网法”控制，方格网大小结合路基宽度、换填厚度、自卸汽车装料量确定。同时，为了保证压实效果，回填材料的含水率取最佳含水率±2%，且每层回填厚度宜≤30 cm。

回填料可选择≥20 t 的振动压路机由两侧向路中心碾压6～8 遍，碾压速度控制在1.5～2 km/h，确保做到无漏压、无死角，且表面无明显轮迹。

（3）换填效果评价。软土地基的换填效果可用压实度K评价，可用式（1）计算。以K2+000～K2+100 段软土地基为研究对象，换填施工结束后，在换填区域内随机抽取6 个点（编号为1#～6#），利用灌砂法检测了不同位置的压实度，试验结果如图1 所示[3]。

式中，ρ、ρ0——回填料实测干密度和砂砾最大干密度（g/cm3）。

由图1 可知：换填区域内的不同位置压实度的平均值为92%，且均大于设计文件要求的90%，说明软土地基的换填施工质量良好。

3.2 强夯法

（1）夯击能选择。根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79—2012），强夯法的有效加固深度d按式（2）计算[4]：

式中，α——土体修正系数；m——夯锤质量（t）；h——夯锤落距（m）。

由于同一夯击能对不同土体的加固深度是不同的，故在道路强夯施工前要结合软土特性和分布厚度按式（2）反算出合理的夯击能，但一般不小于2 000 kN·m。

（2）夯击点布置。由于道路沿线地下水位高，夯锤落下产生的夯坑会出现积水。为了避免夯坑积水影响施工，需在道路两侧挖临时边沟，降低地下水位。软土地基划分为点夯和满夯两个阶段，夯点间距均为3.5 m，如图2 所示。需注意，强夯宜采用“跳打”方式，以免软土地基局部土压力过大，导致路基局部隆起变形。

图2 强夯夯点示意（十字表示主夯、方形表示满夯）

（3）夯击点布置。软土地基夯击完成后，应采用强度高、水稳定性好的碎石回填，含泥量不超过5%，严禁使用建筑垃圾或易膨胀、易溶性的岩石回填夯坑[5]。

（4）强夯效果评价。为了验证强夯法的施工效果，开展了静力触探试验，即利用液压千斤顶将带有圆锥形探头（双桥探头）的钻杆压入土层中，根据测量出的锥尖阻力qc和筒壁摩擦力fs，计算出土层的比贯入阻力Ps=qc+6.41fs，并按当地经验公式推导出各土层地基承载力的压缩模量。以K1+600～K1+800 段软土地基为研究对象，分析了其底层在加固前后的承载力和压缩模型变化规律，见表2。

表2 软土地基强夯前后力学性能变化规律

强夯施工完成后，该道路软土地基的基本承载力和压缩模量都有明显提升，提升幅度从上至下依次降低，说明施工质量控制较好。

3.3 水泥搅拌桩

（1）施工工艺。该城市道路深厚软土段采用的水泥搅拌桩桩径为0.5 m，桩长取10 m，桩间距为1.5 m，平面布置为正三角形，其主要施工流程见图3[6]，该文只针对关键工艺进行阐述。

图3 水泥搅拌桩施工流程

试桩：水泥搅拌桩属于隐蔽工程，对施工工艺要求高，在正式施工前要进行试桩且试桩根数≥3 根。通过试桩试验，可确定水泥浆配比、钻进速度、提升速度、泵浆压力等施工技术参数，并修正水泥搅拌桩的水泥掺量、设计承载力、几何尺寸等参数，经过监理工程师确认后方可正常施工。

水泥浆制备：水泥搅拌桩采用标号为42.5 的普通硅酸盐水泥，水泥掺入量为20%，水灰比为0.5。水泥浆制备时应严格按照设计配合比，确保制备好的水泥浆不得有离析现象，停置时间不宜过长。为防止水泥浆发生离析，应将水泥浆留在灰浆拌制机中不断搅动，直至送浆前再缓慢倒入集料斗中。对停置时间＞2 h 的水泥浆应降低标号使用。

预搅下沉：在搅拌机启动之前，先检查冷却水循环是否能正常工作，确认正常后才能启动搅拌机切土下沉。在此过程中，要安排专职人员动态观察设备运行和地层变化情况，钻头下沉至设计标高后，立即停止下沉。

提升喷浆搅拌：先在水泥搅拌桩桩端搅拌喷浆至少30 s，在匀速（0.5～0.8 m/min）提升钻头，钻头一边旋转一边喷浆。当钻头距地表1 m 左右时，应减小钻头提升速度。为了使水泥浆在软土中均匀分布，建议对桩体复拌一次。

机具清洗移位：桩体施工完成后，输送水泥浆的管路中会残留部分水泥浆，需将其清理干净，并将施工机具移位至下一桩位。

（2）施工注意事项和常见问题。搅拌均匀性是影响水泥搅拌桩施工质量的重要因素，与水泥固化剂掺入量和搅拌次数密切相关，固化剂在桩身任意一点的掺入量除应满足设计的要求外，还应依据地质条件调整每一段的掺入量，以保证桩身强度和桩体受力的一致性，具体调整的原则如下：桩身上部浆量多、下部少；土层好的少、差的多；含水量高的多、低的少。

水泥搅拌桩的单程搅拌次数N可按式（3）估计[7]：

式中，z——叶片总数；h、b——叶片宽度和厚度（m）；α——叶片与钻杆夹角（°）；n1、n2——内外钻管的转速（转/min）；v——钻杆提升或下降速度（m/min）。

水泥搅拌桩施工完成后，桩顶0.3～0.5 m 范围内，因上覆土压力较小，使土层变成蜂窝状，应对桩顶进行如理，处理的方法有两种：一是将桩顶质量较差的部分人工挖除；二是在桩顶1～1.5 m 的范围内进行二次喷浆搅拌，并人工修整。

此外，该文总结了水泥搅拌桩在施工期间常见问题的原因和处理方法，具体总结见表3。