大直径水泥土搅拌桩在深厚软土路基的应用

李雪平

（中山翠亨新区工程项目建设事务中心）

中山翠亨新区起步区（马鞍岛）规划陆域面积35 平方公里，位于珠江口伶仃洋水道的中央，该地区在长期的河流冲积和海潮进退作用下，沉积了深厚的海陆交互软土，主要为淤泥层，层厚为6～40m 不等。该区域原设计新建道路在不受建筑物等因素控制影响的路段采用排水固结法处理，排水固结法不适用则采用PHC 预制管桩处理。设计未考虑水泥土搅拌桩的原因是传统水泥土搅拌桩直径多为400mm～600mm，施工最大桩长一般不超过15m，承载力及工后沉降计算难以满足规范要求，同时该地区淤泥多为流塑状，搅拌桩成桩存在困难。但采用PHC 预制管桩进行软土路基处理不仅造价高，同时由于刚性过强易造成“蘑菇云”道路或整体开裂现象。因此如何从技术可行性、经济合理性上选择更合适的软基处理方案将是翠亨新区后续建设道路工程的关键之一。

1 工程概况

本工程位于广东省中山市翠亨新区内，是一条新建的城市主干路，路线全长约4.4km，设计时速V=50km/h，双向6 车道，道路规划红线标准段宽42m。工程所在地地貌类型为三角洲冲积平原地貌类型，沿线地势以人工填土整平为主，整体起伏较小，场地标高约1～5m。经勘察显示工程全线场地内均存在软土，软土发育，呈饱和，流塑状。（2-1）淤泥层厚1.9～31.7m；（2-4）淤泥质土层厚1.7～17.5m；（2-7）淤泥质土层厚1.0～8.0m。该层土具有低承载力、高含水量、大孔隙比、弱透水性、低强度、高压缩性及高灵敏度等特殊性能。易产生侧向滑移、不均匀沉降、蠕动及软土震陷等地质灾害。

设计方案根据道路现场的不同情况采用两种软基处理方式，在无特殊控制因素路段采用真空联合堆载预压，在两侧有现成建筑或对沉降敏感的路段采用直径800mm 水泥土搅拌桩处理，正方形布置，桩间距为1.7m，最大桩长为20.0m。要求处理后水泥土搅拌桩桩身强度大于1.0MPa，单桩承载力≥150kN，复合地基承载力≥100Kpa。

2 桩间距与桩长确定

确定采用大直径水泥土搅拌桩进行处理后，合理的桩间距与桩长对软基处理方案的经济性有着重要影响。同时桩间距是影响复合地基承载力的主要因素之一，在保证工程质量的情况下，应选择合理的桩间距。桩间距对应的是桩土置换率，传统水泥土搅拌桩在路基处理中的置换率为0.1～0.2。本工程采用的大直径水泥土搅拌桩考虑经济与合理性，采用0.15 置换率，按正方形布置计算桩间距为1.7m。

受施工设备、施工工艺和成桩效果等因素等控制，一般搅拌桩施工最大桩长不超过25m。由于水泥土搅拌桩是桩和桩间土共同承担荷载的复合地基，它是强度和刚度介于柔性桩（碎石桩、砂桩等）和刚性桩（钢管桩、混凝土桩等）之间的一种半刚性桩。搅拌桩桩长的选取，应满足公式计算所得的单桩承载力及复合地基承载力满足设计要求。由单桩承载力计算公式：

通过试算桩长为20m时单桩承载力为157KN。

由单桩承载力取整Ra= 150KN 代入复合地基计算公式：

计算最终复合地承载力特征值为106Kpa。

因此确认，本工程水泥土搅拌桩桩长在淤泥埋深小于20m时需穿过软弱土层进入持力层不小于0.5m，淤泥埋深大于20m桩长取20m。桩长典型布置见图1。

图1 水泥土搅拌桩处理纵剖面图

3 试桩确定水泥参数

设计方案初始给出搅拌桩水泥掺量为18～25%，且用量不小于150kg/m，水泥浆水灰比0.5～0.6，水泥采用42.5R 硅酸盐水泥，水泥土搅拌桩采用双向四喷四搅施工工艺。因此须通过试验确定具体的水泥含量及水泥浆水灰比例。尤其是水泥含量对造价影响较大。项目试桩选取工程的典型路段，一共选取6 根桩进行现场试桩，根据设计参数水泥掺量分别取18%、20%、22%，水灰比按0.55 及0.6 进行试桩。试桩检测在施工28 天进行，具体试桩参数及检测结果见表1。

表1 试桩参数及检测结果

由上述试桩结果可知对直径800mm 水泥土搅拌桩，三种水泥掺量水泥土搅拌桩桩身强度均满足设计要求。单桩承载力检测中18%的水泥掺量不满足设计要求，另外两种掺量能满足要求。复合地基承载力检测，只有22%水泥掺量满足要求。同时对比两种水灰比对应的各项检测指标可见：水灰比为0.6 的各项检测参数略高于0.55。因此本项目综合确定水泥搅拌桩施工水泥掺量采用22%，水灰比为0.6。

同时分析抽芯检测桩身无侧限抗压强度远远高于设计要求的1.0MPa，即使水泥掺量只有18%，成桩效果也较好。经试验分析针对项目所在地的淤泥含水率高，呈流塑状，在浆体配合比中掺入的石膏和木质素等外加剂可有效提高水泥土的强度。本项目试验后选取掺入石膏5.79kg/m、木质素0.28kg/m。

4 施工关键技术

⑴钻机第一次下沉搅拌时，采用低速档位，第一、二次上升和第二次下沉时采用中速档位。每次上升和下沉，不在中途换档，防止桩身水泥掺入量不均匀。前台操作与后台供浆应密切配合，喷浆提升的次数和速度与要以试桩确定的参数作为基准，后台供浆停机时，及时通知以防止断桩和缺浆。

⑵当搅拌桩桩顶接近设计标高1～1.5m 时，需要慢速喷浆搅拌并提升出地面；为保证桩头质量，施工桩长应高于设计桩顶面0.3～0.5m，成桩后进行破除至设计桩顶面。

⑶水泥浆应经过滤网过滤、清除杂物后倒入贮浆桶，同时将贮浆灌容量控制在合理水平，既不能造成浆液不足而断桩情况，同时避免多余浆液在桶内沉淀造成浪费。

⑷搅拌桩机钻进下沉时速度建议为0.9～1.1m/min，提升速度为0.75～0.85m/min；控制注浆量，保证搅拌均匀，同时泵送必须连续，确保水泥掺入量不低于设计要求。

⑸根据规范要求搅拌机的垂直度偏差不得超过1.5%，可采用线锤随时检查。严格控制，布桩放线，保证桩位偏差不大于5cm；及时检查和搅拌机钻头，确保径不小于设计要求。

⑹搅拌桩设计桩长小于20m 可进入持力层时，则进入持力层0.5m，实际施工桩长可由每台桩机确定的电流来控制（电流值I=45～55A）。

⑺水泥搅拌桩施工过程中要特别注意现状市政管道的避让，施工前核对物探成果是否与实际一致，避免水泥搅拌桩施工造成对现状保留管线的破坏。水泥土搅拌桩施工具体工艺流程见图2。

图2 水泥土搅拌桩施工工艺流程

5 结语

水泥土搅拌桩作为成熟的软基处理方式，具有良好的经济性。传统小直径搅拌桩，超过15m 深度的成桩质量大大减弱，导致工后沉降大，不适用于深厚的软土路基处理。本文研究在保证合理的桩土置换率前提下加大搅拌桩的直径，搅拌桩在20m 深度范围成桩效果良好，同时通过试验选用合理的水泥掺量、水灰比能够达到理想的检测效果，通过在施工中掺入一定量石膏、木质素可进一步提高搅拌桩的强度。本工程经与翠亨新区前期项目采用PHC 预制管桩对比大直径水泥土搅拌桩软基处理可减少工程造价约10%。