双向粉喷搅拌桩在市政道路软基处理中的应用研究

肖敏

摘要：以安徽省亳州市某片区路网工程项目为研究对象，利用现场取样、室内试验、原位测试的方法，研究双向粉喷搅拌桩桩体的强度增长规律以及地基承载变化情况，并分析双向粉喷搅拌桩软基处理后的沉降变化。研究结果表明：随着时间的增加，双向粉喷搅拌桩单轴抗压强度均表现对数增加的曲线变化，拟合确定系数均大于0.93，表明参数之间具有良好的回归相关性。成桩时间越长，对于处理后软土地基的地基承载力提高越有利。双向粉喷搅拌桩复合地基的工后沉降曲线先迅速增加，后趋于收敛稳定，在相同的监测时间内，成桩时间为90d的双向粉喷搅拌桩复合地基的沉降量，比成桩时间为28d的双向粉喷搅拌桩复合地基的沉降量小。由此表明，增加沉降时间有利于改善处理后软土地基的工后沉降，但也增加了软土地基处理的时间成本。

关键词：软土路基；地基处理；市政道路；双向粉喷搅拌桩；工后沉降

0   引言

在市政道路工程中，软弱地基的处理质量直接影响着道路的使用寿命和安全性能[1]。双向粉喷搅拌桩作为一种新型的软基处理技术，因具有强度高、施工速度快、环保等优点，而得到了较为广泛的应用。其在软基处理中通过喷射水泥固化剂，有效增大了土体的密实程度，提高了土体的强度和刚度，从而保证了道基的稳定性和耐久性[2-3]。双向粉喷搅拌桩施工时会产生作用在地基中的剪切力，这种剪切力可以使地基土体发生固结和增密。同时，喷射混合土与周围土体交界面形成粘结带，从而有效提高了地基承载力[4]。本文结合安徽省亳州市某双向粉喷搅拌桩软基处理施工项目，研究双向粉喷搅拌桩桩体的强度增长规律以及地基承载变化情况，并分析双向粉噴搅拌桩软基处理后的沉降变化，研究成果可为道路工程的设计和施工提供有效的技术参考。

1   工程概况

安徽省亳州市某片区路网工程项目由11条市政道路组成，道路设计总里程4348.633m，道路红线宽20、22、25、30m。场区范围内除表层分布有一定厚度的杂填土（Qml）、淤泥质黏性土（Ql），其下主要为第四系全新统冲积成因（Q4al）的软弱黏性土层，第四系上更新统冲洪积成因（Q3al+pl）的黏性土及黏性土夹碎石层，其下为白垩-第三系泥质粉砂岩。各土层的埋藏分布情况如表1所示。

从表1中可以看出，场区软土主要为软-流塑状①-3淤泥质黏土，具有含水量高、高孔隙性、低渗透性、高压缩性、低抗剪强度、较显著的触变性和蠕变性等不良特点[5-8]。此外，还具有埋深较浅、厚薄不一、局部断续、大部连续成片分布等特征。软土地基采用双向粉喷桩处理，软基处理路段约7.442km，搅拌桩总量约为245万延米，桩长设计为10m，桩间距为1.1m的双向粉喷搅拌桩成桩时间为28d，桩间距为1.2m的双向粉喷搅拌桩成桩时间为90d。桩体平面呈梅花形布置，桩头上部铺设80cm厚的随时垫层和双层钢塑格栅。

2   双向水泥土搅拌桩施工设备选型

双向水泥土搅拌桩采用内、外嵌套同心双重钻杆搅动两组叶片，并喷射水泥，使水泥和土体强力拌合而形成水泥土搅拌桩。双向粉喷搅拌桩施工时，粉喷施工机械钻机应满足动力大、扭矩大的成桩要求，钻头直径一般与水泥粉喷桩的直径相同[9-11]。具有正向钻进、反转提升的功能，且钻进与提升时具有匀速移动、均匀搅拌、匀速喷粉等功能。

综合考虑各因素，确定选用定型产品SXJB-B双向水泥搅拌桩机。空气压缩机的选定主要由加固工程的地质条件及加固深度所决定。空气压缩机压力一般为0.4～0.9MPa，其风量不宜太大，一般为1.6～2.0m3。双向粉喷搅拌桩施工设备数量及型号如表2所示。

3   双向粉喷搅拌桩软土地基处理工艺流程

双向粉喷搅拌桩的软土地基处理工艺流程如图1所示。施工时，钻进速度V＜1.2m/min，平均提升速度为0.8～1.0m/min，搅拌速度为R=30～50转/min，钻进喷灰、提升搅拌时管道压力为0.4MPa＜P＜0.7MPa。

4   双向粉喷搅拌桩成桩强度及复合地基承载力分析

4.1   取样

采取钻机取芯的方法，对成桩后的双向粉喷搅拌桩进行芯样获取，取样直径不小于108mm，芯样制备成边长为50mm的立方块，在室内进行单轴抗压强度试验。对于间距1.1m的双向粉喷搅拌桩（成桩时间28d），取样时间分别为7d、15d、20d和28d。对于间距1.2m的双向粉喷搅拌桩（成桩时间90d），取样时间分别为7d、15d、20d、28d、30d、60d和90d。

4.2   单轴抗压强度分析

2种不同成桩时间双向粉喷搅拌桩的单轴抗压强度如图3所示。从图2中可以看出，随着时间的增加，2种不同成桩时间的双向粉喷搅拌桩单轴抗压强度，均呈现对数增加的曲线变化。对成桩时间和双向粉喷搅拌桩单轴抗压强度进行拟合，得到的拟合拟合关系如公式（1）和公式（2）所示，拟合确定系数均大于0.93，表明参数之间具有良好的回归相关性。

σ1=0.6313ln（t）+0.3957            （1）

σ2=1.0706ln（t）-0.3208           （2）

式中：σ1和σ2为双向粉喷搅拌桩的单轴抗压强度，t为时间。

4.3   复合地基承载力分析

分别选取成桩时间28d、90d的双向粉喷搅拌桩各3根，运用现场载荷试验的方法，对成桩后的双向粉喷桩进行复合地基承载力测试。成桩时间28d双向粉喷搅拌桩编号为S1桩～S3桩，成桩时间90d双向粉喷搅拌桩编号为T1桩～T3桩，测试结果如图3、图4所示和表3所示。

从图3中可看出，3根成桩时间28d的双向粉喷桩复合地基的荷载-沉降曲线相近，存在明显的比例界限。在荷载小于60kN时，荷载-沉降曲线呈直线关系。荷载大于等于60kN后，荷载-沉降曲线进入非线性变化。因此可以确定其地基承载力特征值为60kN。

从图4中可以看出，3根成桩时间90d的双向粉喷桩复合地基的荷载-沉降曲线在沉降量较小时相近，而在沉降量较大时存在略微差异，荷载-沉降曲线存在明显的比例界限。在荷载小于90kN时，荷载-沉降曲线呈直线关系。荷载大于等于90kN后，荷载-沉降曲线进入非线性变化。因此可以确定其地基承载力特征值为90kN。由此表明，成桩时间越长对于处理后软土地基的地基承载力提高越有利。

5   双向粉喷搅拌桩处理路基工后沉降分析

为了研究双向粉喷搅拌桩的软土地基处理效果，运用现场实测的方法，对2种不同成桩时间的双向粉喷搅拌桩复合地基的沉降量进行监测，监测时长为12个月，得到软土路基实测工后沉降曲线如图5所示。

从圖5可看出，随着时间的增加，2种不同成桩时间的双向粉喷搅拌桩复合地基的工后沉降曲线表现为类似的变化规律。在1～8月沉降量迅速增加，而在8～12月沉降量则趋于收敛稳定。在相同的监测时间内，成桩时间为90d的双向粉喷搅拌桩复合地基的沉降量，比成桩时间为28d的双向粉喷搅拌桩复合地基的沉降量小，前者的最大沉降量约为109mm，后者的最大沉降量约为151mm。由此表明，增加沉降时间有利于改善处理后软土地基的工后沉降，但同时也增加了软土地基处理的时间成本。

6   结束语

本文以安徽省亳州市某片区路网工程项目为研究对象，利用现场取样、室内试验、原位测试的方法，研究双向粉喷搅拌桩桩体的强度增长规律以及地基承载变化情况，并分析双向粉喷搅拌桩软基处理后的沉降变化。研究结果表明：成桩时间越长，对于处理后软土地基的地基承载力提高越有利。增加沉降时间有利于改善处理后软土地基的工后沉降，但也增加了软土地基处理的时间成本。

参考文献

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