水泥搅拌桩施工技术在高速公路软基处理中的应用

许建丽

（张家口路桥建设集团有限公司，河北张家口 075000）

1 引言

高速公路工程建设阶段中，路基工程占据着重要的角色，路基质量直接影响了公路的整体寿命和安全，早期修建的高速公路在外界气候环境、行车荷载、地形地势等因素的长期作用影响下，路基较易产生一定的沉陷病害问题，若不及时处理，路基会进一步发生不均匀沉降变形，导致公路路面病害，进而降低公路的行车舒适性和安全性，因此，应就路基沉陷问题进行有效处理[1]。水泥搅拌桩可有效与原路基形成一种高强度、高稳定性的复合式路基结构，进而能有效提高路基承载力，在目前高速公路路基加固中应用较为广泛。本文围绕水泥搅拌的桩工程特性、施工工艺等展开研究，并在具体工程中进行应用。

2 水泥搅拌桩工程特性

2.1 应用优势

在高速公路所处区域地层中含有砂质黏土、粉砂岩、砂层、黏土、泥岩等时，选用水泥搅拌桩技术进行处理优势明显，具体表现在以下方面。

1）采用水泥搅拌桩可将土层的应力集中，有效降低后期的沉降变形，经水泥搅拌桩处理完的土体结构强度较大，可提高软土路基的承载能力[2]。此外，由于外部荷载的影响，复合地基的应用会结合模量大小进行分布，会将大多数的应力传导至水泥搅拌桩上，使周边土体应力降低，综合起到减少地基沉降量的效果。

2）水泥搅拌桩可起到垫层的作用，利用相关设备向地基内喷射浆液，在外界作用力的影响下使土体与浆液相融合，构成新的垫层结构，同样可起到提升地基承载力的效果。

3）水泥搅拌桩可有效强化地基的抗剪强度，由于桩体是以垂直状设置在软土路基中，桩体较高的刚度和强度可有效提高地基的抗剪强度，减少路基土体的水平位移，进而强化软土路基的稳定性。

2.2 影响因素

据研究表明，影响水泥搅拌桩结构强度的主要因素包括含水率、原状土掺入比以及水泥强度等级等，具分析如下。

1）含水率。当原状土和水泥灰的掺比低于300%时，含水率低的水泥搅拌桩结构强度相对较高，并随着原状土的掺入比的增高而降低，而原状土的掺入比在100%～200%时，混凝土桩的无侧限抗压强度随着原状土的掺入比的增大而降低[3]，因此，水泥搅拌桩的含水率应控制在20%～25%。不同含水率下水泥搅拌桩无侧限强度变化如图1 所示。

图1 不同含水率下水泥搅拌桩无侧限强度随原状土掺入比的变化

2）当原状土的掺入比由600%降至200%时，水泥搅拌桩结构强度也随之增大，而当原状土掺入比超过400%时，桩体结构强度增长的不明显，当原状土掺入比在200%～400%时，桩体结构强度增加明显，当原状土掺入比低于200%时，桩体结构强度增长速率增大。因此，需将原状土掺入比控制在300%～400%为宜。

3）分别选择32.5 级水泥搅拌桩和42.5 级水泥搅拌桩分别进行无侧限抗压强度试验，在实际施工中，可适当加大水泥的等级，进而提高水泥搅拌桩结构强度，进而可有效降低水泥用量。

3 工程概况

某高速公路建设项目全线为91.649 km，双向四车道设计标准，路基宽度为28 m，路面以沥青混凝土结构形式为主，全线桥隧比为41.5%。该高速公路第一合同段经现场地质勘探后得出，全线存在多处软土路基现象。为不影响公路后期运营以及行车安全和舒适，建设单位拟计划采用水泥搅拌桩施工技术进行软土路基处治，以改善软土路基不均匀沉降变形，提高软土路基的结构强度和稳定性。本项目水泥搅拌桩布设方案如图2 所示。

图2 水泥搅拌桩布设方案

本项目选用P·I42.5 硅酸盐水泥作为水泥搅拌桩施工主要材料，其性能试验检测结果如表1 所示。

表1 水泥性能试验结果

检测结果表明，P·I42.5 硅酸盐水泥各项性能指标均满足规范要求，可用于水泥搅拌桩施工。由于水泥搅拌桩主要是基于土体和水泥之间的物化反应，有效提高了路基强度，因此，需对混凝土的最佳水灰比进行严格控制，在0.40～0.50 区间内分别设置6 组水灰比进行室内7 d、28 d 无侧限抗压强度试验，试验结果如表2 所示。结合表2 试验结果可得，水灰比设定为0.44 为宜。

表2 水泥与土硬化物抗压强度检测结果

4 水泥搅拌桩施工技术要点

4.1 施工准备

水泥搅拌桩正式施工前应对各项施工原材料进行性能检测，确保可满足规范及设计要求，原材料做好相应的防尘防潮措施[4]。提前调试安装好各项施工机械设备，并对其技术状况进行及时检查。施工技术人员做好技术交底工作，并完善现场测量放样工作。

4.2 水泥搅拌桩施工工艺

提前将施工现场存在的杂物予以清除，确保表层整洁，为后续施工奠定基础。提前确定桩位，采用石灰粉做好标记。将钻杆钻进至设计标高处后及时进行灌浆作业，顺着孔口进行浆液灌注施作，注浆过程中不断进行钻杆提升，直至注浆工作完成，注浆速率控制在0.8 m/min 左右为宜。采用搅拌桩机进行施作，搅拌下沉施工时，提升钻头与地面的间距为30 cm，在喷浆的同时完成下沉施工。

为保证施工质量，可以反复进行搅拌作业，搅拌的同时提钻，当钻杆到达桩顶时停止搅拌，准备对下一个桩位进行施工[5-6]。对地基进行强制拌和过程中，用搅拌桩机对其搅拌的次数越多，搅拌得就越充分，成桩的强度就更加均匀，质量也更好，同时降低离散性，使其更加稳定，从而增大承载力。另外，要提高搅拌次数，需要在前几次钻进或者提升时进行喷浆。水泥搅拌桩施工完毕后，及时对桩基及桩体进行质量检测，确保可有效实现软土路基加固处理，水泥搅拌桩质量检测项目及要求具体如表3 所示。

表3 水泥搅拌桩质量检测项目与要求

5 结语

本文就高速公路软基处理工程中的水泥搅拌桩施工技术应用进行研究，结合实际高速公路路基工程，围绕水泥搅拌桩的工程特性、施工质量影响因素以及施工技术要点展开，并提出水泥搅拌桩施工质量检测标准。研究结果表明，采用水泥搅拌桩施工技术可有效提高路基的结构强度和稳定性，改善软土路基不均匀沉降问题。