林加明

漳州市平原市政工程設(shè)計有限公司（363000）

道路路基加固中水泥攪拌樁的設(shè)計與實踐

林加明

漳州市平原市政工程設(shè)計有限公司（363000）

針對漳州市某市政道路的工程實際地質(zhì)概況，對該路段實施加固方案，并總結(jié)了項目的設(shè)計及其參數(shù)計算。

道路路基；加固方案；水泥攪拌樁

漳州市臺商投資區(qū)翁角路為主干路，經(jīng)地質(zhì)詳細(xì)勘察后得知部分路段現(xiàn)有路基承載力較低，不能滿足市政管線承載力100 kPa的基本設(shè)計條件，需對其路段進(jìn)行路基加固處理。由于工期緊張，且漳州地區(qū)正值多雨季節(jié),因此在進(jìn)行加固方案選擇時，優(yōu)先考慮一方面要保證施工進(jìn)度，另一方面要保證施工質(zhì)量達(dá)到要求，在此情況下，將目前在福建廣泛使用且具有成熟技術(shù)的深層攪拌樁作為首選，并與袋裝砂井+堆載預(yù)壓方法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)的比較，通過比較認(rèn)為深層攪拌樁在經(jīng)濟(jì)技術(shù)和施工技術(shù)方面具有保證，且受天氣影響較小，不影響施工進(jìn)度,因此最終選取深層攪拌樁進(jìn)行路基加固。

1 地質(zhì)概況

翁角路道路擬建段路線長約5.476 km，路基寬50m，根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告，擬處理路段場地地層概況如下：

1）耕土：層厚為0.4～1.5m，主要由黏性土組成，濕，松散，力學(xué)強(qiáng)度低；2）淤泥質(zhì)土：層厚0.4～9.1m，屬高壓縮性軟弱土，工程性能差；3）粉質(zhì)黏土：層厚為1.0～9.1m，可塑～硬塑狀，力學(xué)強(qiáng)度一般;4）中砂：層厚為0.2～16.3m，飽和，稍密～密實；5）殘積黏性土：層厚為0.6～26.7m，花崗巖風(fēng)化殘積而成，可塑狀，力學(xué)強(qiáng)度一般。

由于淤泥質(zhì)土層承載力低，且具有流變、高壓縮性等特點(diǎn)，不能滿足路基要求，因此需要進(jìn)行加固，以滿足路基承載力要求。

2 加固方案設(shè)計

2.1 方案比選

根據(jù)漳州地區(qū)的地質(zhì)情況和施工工期要求，提出了深層攪拌樁與袋裝砂井+堆載預(yù)壓兩種方案，以下為深層攪拌樁和袋裝砂井+堆載預(yù)壓兩種方案在技術(shù)方面的比較。

表1 技術(shù)比較

綜合考慮，為保障工期進(jìn)度、質(zhì)量及項目所在區(qū)域水泥攪拌樁處理施工經(jīng)驗豐富，本次路段軟基處理采用深層水泥攪拌樁，樁頂設(shè)置50 cm的碎石墊層并加鋪土工格柵以保障路基均勻沉降。

2.2 場地土層參數(shù)選取

根據(jù)地質(zhì)勘察報告,本次地基處理先清表50 cm后進(jìn)行攪拌樁施工，各土層設(shè)計參數(shù)如下：

素填土：qs=12 kPa，qp=75 kPa；

淤泥質(zhì)土：qs=6 kPa，qp=55 kPa；

粉質(zhì)黏土：qs=15 kPa，qp=150 kPa；

各地層厚度依場地不同位置有一定差異。

2.3 攪拌樁單樁設(shè)計

樁徑Φ600，樁長要求進(jìn)入粉質(zhì)黏土層不少于50 cm，根據(jù)勘測資料，為確保單樁承載力滿足設(shè)計要求，本次設(shè)計選取淤泥層較厚路段進(jìn)行計算。

單樁承載力計算：樁長L=9.5m，樁徑d=0.6m，樁周長度S=1.885m,樁身截面積Ap=0.283m2,α＝0.5。樁間土層分布為：素填土厚1m,qs=12 kPa,qp=75 kPa,淤泥厚8m，qs=6 kPa，qp=55 kPa，粉質(zhì)黏土厚0.5m，qs=15 kPa，qp=150 kPa。

由側(cè)摩阻力提供的單樁承載力計算得：

由樁身強(qiáng)度計算得,fcu為90 d齡期立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，取1.7mPa。

兩者取最小值，所以RK=120.3 kN。

2.4 復(fù)合地基承載力驗算

攪拌樁按等邊三角形布置，間距1.3m×1.3m，面積置換率m=0.193，s為間距；β為樁間土承載力折減系數(shù)，加固土層為淤泥等固結(jié)度較差土層為0.1～0.4,設(shè)置褥墊層可取高值,本次β取0.4；λ為單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，取1.0;fs為處理后的樁間土承載力特征值,按天然承載力特征值選取。

滿足要求。

由于路基下臥粉質(zhì)黏土層承載力為150 kPa，已大于路基加固后承載力，故下臥強(qiáng)度滿足要求。

2.5 地基沉降計算

復(fù)合地基沉降量包含加固區(qū)的沉降量和加固區(qū)下臥層的沉降量，加固區(qū)的沉降量采用復(fù)合地基壓縮模量法計算，下臥層采用壓縮模量法計算。

經(jīng)計算，加固區(qū)的沉降量為S1=162mm；下臥層的沉降量S2=88mm。

最終總沉降量S=S1+S2=250mm=0.25m＜0.3m(一般路段路基容許工后變形)，滿足要求。

3 攪拌樁施工及其質(zhì)量控制措施

3.1 施工工序

清表并平整場地→樁位放樣→鉆機(jī)就位、調(diào)平→檢驗、調(diào)整鉆機(jī)→正循環(huán)鉆至設(shè)計深度→啟動高壓注漿泵→反循環(huán)提鉆→噴水泥漿至停漿面→重復(fù)攪拌下沉至設(shè)計深度→反循環(huán)提鉆→噴水泥漿至停漿面→成樁結(jié)束→關(guān)閉機(jī)械→移至下一根樁。

3.2 質(zhì)量控制措施

1）攪拌樁屬地下隱蔽工程，施工質(zhì)量受機(jī)具、施工工藝、施工人員責(zé)任心等多種因素影響，故其質(zhì)量控制應(yīng)貫穿施工全過程，堅持全方位的質(zhì)量控制。

2）項目經(jīng)理部指派專人負(fù)責(zé)水泥攪拌樁施工，所有施工機(jī)械均編號，現(xiàn)場相關(guān)負(fù)責(zé)人名單、水泥攪拌樁樁長、樁距等均標(biāo)注在鉆機(jī)機(jī)身顯眼處，確保人員到位和責(zé)任到人。

3）嚴(yán)格按設(shè)計水灰比配置水泥漿液，并定期抽查，其控制措施為：①確定攪拌池的加水量，并在每個池上做出標(biāo)記,每次加水量必須達(dá)到該標(biāo)記位置；②根據(jù)每個池的水量確定需加入的水泥量，如某個池加水量為2m3即2 t,則需加入水泥量為4 t,水灰比2：4=0.5;③將以上數(shù)據(jù)掛牌告知施工人員，嚴(yán)格按要求摻加水和水泥；④配漿時攪拌至少3min，分漿池也不停攪拌，以免產(chǎn)生離析，現(xiàn)場配備多個水泥漿比重測定儀，以備監(jiān)理和施工管理人員隨時抽查檢驗水泥漿水灰比情況。

4）制備的水泥漿液不應(yīng)出現(xiàn)離析，停置時間不應(yīng)過長，超過2 h則應(yīng)降低標(biāo)號使用，倒入集料時應(yīng)加過濾篩，以免結(jié)塊而損壞泵體。泵送漿液前管路應(yīng)保持潮濕，以利于輸漿，現(xiàn)場拌制漿液時應(yīng)有專人記錄固化劑和外摻劑用量以及泵送漿時間。

5）機(jī)身調(diào)平以鉆桿是否垂直為依據(jù)，為保證水泥攪拌樁垂直度滿足規(guī)范要求，在主機(jī)上掛一吊錘,操作時用吊線進(jìn)行控制。

6）水泥攪拌樁施工采用“二噴四攪”工藝，首次下鉆和提鉆均用低檔，復(fù)攪時可提高一檔，充分預(yù)攪以利于土與水泥漿均勻攪拌。

7）水泥攪拌樁開鉆前，用水清洗整個管道并檢驗有無堵塞現(xiàn)象,待水排盡后方可下鉆。

8）整個制樁過程必須保證邊噴漿邊提升，應(yīng)連續(xù)作業(yè)，噴漿時必須使用自動流量計控制實際噴漿量，記錄人員隨時觀察其重量變化，以保證足夠的注漿壓力,控制提升速度和各段漿量均勻。

9）要求供漿連續(xù)和攪拌均勻，一旦因故停漿則為防止斷樁和缺漿，應(yīng)使?jié){攪拌機(jī)下沉至停漿面以下0.5m，待恢復(fù)供漿后再噴漿提升。如因故停機(jī)超過3 h，為防止?jié){液硬結(jié)堵管，應(yīng)先拆卸輸漿管路，清洗后備用。

10）為保證水泥攪拌樁樁身質(zhì)量，首次提鉆噴漿時應(yīng)在樁底部停留(噴漿坐底)30 s，以使?jié){液完全到達(dá)樁的底端。對樁身上端1/3L(樁長)范圍應(yīng)進(jìn)行復(fù)攪，將此范圍內(nèi)的漿液分兩次噴入，使攪拌效果更好。攪拌機(jī)提升至地面以下1m時宜用慢速，當(dāng)噴漿口到達(dá)樁頂標(biāo)高時宜停止提升，在樁頂部位停留30 s，以保證樁頭均勻密實。

11）單根樁開鉆后應(yīng)連續(xù)施工，嚴(yán)格控制起噴及停噴高程，不得間斷，以保證噴樁長度。采用流量泵控制輸漿速度，并使攪拌提升速度與輸漿速度同步。施工中發(fā)現(xiàn)噴漿量不足時，應(yīng)按要求整樁復(fù)攪，復(fù)噴量不少于設(shè)計用量。如遇停機(jī)或機(jī)械故障停噴,應(yīng)及時記錄中斷高程，待恢復(fù)正常后立即復(fù)攪且與前次攪拌重疊1m以上，如中斷時間超過12 h則應(yīng)采取補(bǔ)樁措施，并將補(bǔ)噴情況填報在施工記錄內(nèi)。

12）根據(jù)成樁試驗確定的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行施工?，F(xiàn)場操作人員認(rèn)真填寫施工原始記錄，包括施工樁號、施工日期、天氣情況；灰漿泵和管道壓力；鉆機(jī)轉(zhuǎn)速;泵送時間、噴漿深度；鉆進(jìn)速度、提升速度；漿液流量；每米噴漿量和外摻劑用量；復(fù)攪深度；停漿時間。

4 加固效果檢驗

根據(jù)設(shè)計要求,該路段在單樁成樁后3 d用N10型輕便動力觸探對樁的加固效果進(jìn)行檢驗，檢驗時按1%的施工總樁數(shù)（最少不能少于3根）進(jìn)行抽檢，結(jié)果顯示，抽檢的多根樁的強(qiáng)度均符合設(shè)計要求，達(dá)到了預(yù)期的加固效果。

5 結(jié)語

深層攪拌樁對此路基進(jìn)行加固，施工進(jìn)度得到了保證，完全符合設(shè)計要求，目前翁角路部分路段路基加固已實施完成一段時間，現(xiàn)階段沒有發(fā)現(xiàn)明顯的路基變形或下沉等情況。

漳州地區(qū)地層較為復(fù)雜,軟弱地層分布較廣，地下水豐富，因此在道路建設(shè)過程中往往要進(jìn)行地基處理,深層攪拌樁最適宜于加固各類飽和軟黏土，且具有土方量小、施工速度快等特點(diǎn)，現(xiàn)階段的施工工藝也比較成熟，因此在漳州地區(qū)得到了較廣泛的應(yīng)用。