公路软土路基加固补强施工技术

张宏杰

（甘肃省平凉公路事业发展中心泾川公路段，甘肃平凉）

1 项目背景

根据项目地勘报告，本项目土层主要以素填土、粉质黏土层及岩层为主，局部孔位显示有连续淤泥质土。其中部分路段位于池塘范围需要进行清淤换填处理，部分路段近期已场平，为新近人工填土层，均为未压实状态。针对本项目地质情况，选取合理的地基处理方法如下。

（1） 对鱼塘范围、软土≤3 m 的范围进行换填砂砾处理。

（2） 对深度＞3 m 的软土区域，采用水泥搅拌桩进行补强，水泥搅拌桩的桩径为0.5 m，呈等边三角形布置，桩距1.3 m，在桥台后50 m 范围及涵洞范围的桩距为1.1 m。位于水泥搅拌桩范围的池塘段需清淤回填80 cm 路基土后再填至桩顶标高施工水泥搅拌桩。水泥搅拌桩桩位布置如图1 所示。

图1 水泥搅拌桩平面布置示意

2 水泥搅拌桩的原理

水泥搅拌桩是一种加固软土地基的施工方法[1]。主要是通过水泥的固化性能，将水泥和土通过机械搅拌，再缓慢提升搅拌机械成为桩体，水泥在水和土的作用下形成一系列的化学反应，使土体固结，从而提高了土体的承载能力[2]。除此之外，由于加入了一定量的水泥，使土体体积增加，从而起到了挤密效果，也能在一定程度上提高土体的承载能力[3]，其处理深度往往能达到5～20 m。

水泥在和水、土进行拌和后，主要有水泥的水解以及水化反应、土体颗粒和水泥形成固现象。施工过程中，应注意下列参数。

（1） 水灰比。该参数为水和水泥用量的质量比。该参数是水泥搅拌桩的强度、耐久性等的重要参数[4]。若水泥用量过大，则强度形成的过程中水化热也较大，容易导致水泥搅拌桩开裂、不经济等问题；若水泥用量较小，则会导致水泥搅拌桩强度低，其承载力不能满足要求。

（2） 钻进速度和提升速度。主要是指钻进过程的速度和搅拌后钻机提升的速度，速度过快或过慢均会导致桩体质量下降，一般情况下，钻进和提升速度都不应超过2 m/min[5]。

3 水泥搅拌桩施工

3.1 工艺要求

某公路软基加固补强施工时，水泥掺量为18%，采用42.5 级普通硅酸盐水泥，用量为每米桩体不少于60 kg，水灰比为0.55。在此基础上通过试桩确定实际参数。桩顶设0.5 m 级配碎石垫层并满铺双向土工格栅一层。水泥搅拌桩复合地基施工完成28 d 后，做无侧限抗压强度试验。施工完成后进行检测，28 d 后其无侧限抗压强度应达到0.8 MPa 以上，90 d 后其无侧限抗压强度达到1.2 MPa 以上。检测数量为水泥搅拌桩总量的0.5%，并且至少抽检3 根。同时进行复合地基荷载试验，其抽检数量为水泥搅拌桩总量的0.1%，并且至少抽检3 处。其施工质量应达到表1 所示的标准。

表1 水泥搅拌桩质量标准

在全面进行水泥搬砖施工前，首先选取一个具有代表性的区域进行试桩。选取了18 根水泥搅拌桩进行试桩，试桩结果如表2 所示。

表2 水泥搅拌桩试桩成果汇总

达到规定的期限后，进行钻孔取芯，其检测结果如表3 所示。

表3 试桩钻孔取芯检测结果

根据试桩结果，最终确定其相关参数如表4 所示。

表4 试桩确定的水泥搅拌桩参数

3.2 施工要求

水泥搅拌桩的成桩主要通过“4喷4 搅”的工艺来进行。具体如下：①场地平整。清表后，将场地进行整平，并按设计文件规定的位置进行放样；②钻机就位。将钻机钻杆中心对准孔位，并保持钻机平稳，不发生较大抖动和位移；③钻进。启动钻机，缓慢钻进500 mm 后启动空压机，往孔内喷射高压空气，钻进至设计深度；④提升。钻进至设计孔底后将钻机反向旋转，一边旋转一边喷水泥浆，提升速度不宜超过1 m/min，提升至桩顶后即可关闭水泥发送装置，然后再次重复操作直至完成施工。水泥搅拌桩桩体的垂直度偏差应小于1%，桩位的偏差应不大于50 mm，桩体直径应不小于设计，桩体之间的间距偏差应不超过100 mm，桩体长度不应小于设计，和钻孔灌注桩类似，喷浆应超出桩顶高程0.5 m以上，施工过程如图2 所示。

图2 水泥搅拌桩施工工艺

施工注意事项如下。

（1） 成桩设备应配备浆液的计量装置，并且该装置应进行标定，标定频率为每施工1 万米水泥搅拌桩后应进行标定至少1次，无计量装置的成桩设备不得用于现场施工。除此之外，还应如实记录瞬时喷浆量和累计喷浆量，浆液储量应不小于2 根桩的用量，以确保桩体是连续，否则不得开始新桩体施工。

（2） 应重点对喷浆进行控制，尤其是对开始喷浆的高程和终止喷浆的高程进行控制，并保证连续喷浆，以确保有效桩长。

（3） 若发现喷浆总量不足，则应在该桩位附近重新选择孔位钻进、喷浆等操作进行补桩。

（4） 成桩过程中，当复搅时，应缓慢提升或钻进，不得快速钻进和提升，否则应重新施工。

3.3 常见问题及处理办法

水泥搅拌桩施工中常见的问题主要有钻进困难、提升困难，事故桩等情况，具体如表5 所示。

表5 水泥搅拌桩常见问题及处理措施

4 质量检测

（1） 取芯。由于水泥搅拌桩的强度不算太高，采用普通钻机即可取得所需的芯样。取样时应从桩中心垂直向下钻取，取芯过程中应时刻注意钻机是否保持垂直，防止钻出水泥搅拌桩桩体外。

（2） 芯样。取出芯样后，首先应观察其颜色、完整程度、硬度以及搅拌的均匀性、水泥含量等，同时做好钻芯进尺记录，钻至桩底时，还应超出桩长钻至桩端持力层，以保证其承载力。

（3） 取样。取出完整芯样后，应在取出的芯样上截取3 组试件，每组3 个试件，共9 个试件，3 个试件强度的平均值作为该组试件强度的代表值，三组试件强度的最小值作为该桩芯样强度的代表值。试件应从芯样顶部距离桩顶1 m 或不大于1 倍桩径的位置开始截取，底部应从距桩底不大于1 倍桩径或1 m 的位置停止截取，中间的试件应从芯样中部3～4 m 的位置开始截取。

（4） 试件制作。水泥搅拌桩的强度较小，因此在制作试件时，应谨慎小心，防止对试件造成破坏。将试件切割成高径比为1:1 左右的圆柱体，两端修饰平整即可。

（5） 检测数量及强度要求。水泥搅拌桩的检测应在施工完成28 d 后才可进行检测，钻芯取样的数量应超过水泥搅拌桩总量的2%，并且不少于5 根，按照规范要求截取芯样后，应对其28 d 单轴抗压强度、桩身完整性、桩长、桩径、桩端持力层等进行检测，满足要求后方可进行下一步施工。

结束语

施工完成后，经有关单位检测，水泥搅拌桩加固后的复合地基承载力达到了115.3 kPa，平均单桩承载力达到125.6 kN，满足设计及规范要求。因此，水泥搅拌桩处理软土路基的方案是可行的。该公路通车后，经水泥搅拌桩处理后的软土路基段未发现有明显沉降和开裂，实践表明，该方案在处理公路软土路基具有良好的效果。