陳武軍廈門中平工程監(jiān)理咨詢有限公司（361000）

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水泥攪拌樁在公路軟基處理中的應(yīng)用

陳武軍
廈門中平工程監(jiān)理咨詢有限公司（361000）

摘要：主要對(duì)水泥攪拌樁在某一級(jí)公路軟土路基處理中的應(yīng)用進(jìn)行分析，并從加固原理、加固設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了闡述，為水泥攪拌樁在今后公路軟基處理設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水泥攪拌樁；軟土路基；處理

1　水泥攪拌樁概述

1.1水泥攪拌樁的適用范圍

采用水泥與軟土充分?jǐn)嚢韬笮纬傻膹?fù)合地基可以大大地提高承載力，減少沉降量。故水泥攪拌樁能在公路路基、鐵路、建筑物、辦公樓、機(jī)場(chǎng)、水壩、港口等各種工程中應(yīng)用。

1.2水泥攪拌樁的作用范圍

1）水泥的水化反應(yīng)

普通硅酸鹽水泥主要是由氧化鈣、二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵和三氧化硫等組成。在水泥拌入軟基中后，很快與軟土中的水發(fā)生水化反應(yīng)，生成氫氧化鈣、水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣和水化鐵酸鈣等化合物。其中，氫氧化鈣和水化鋁酸鈣溶解于水，隨著水解與水化的反應(yīng)，溶液達(dá)到飽和，形成凝膠體。

2）水泥水化物與土顆粒的作用

①凝硬作用。水泥與水發(fā)生反應(yīng)析出大量的鈣離子，鈣離子與軟土中的礦物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，逐漸生成不溶于水的結(jié)晶化合物。這些新生成的物質(zhì)在水中和空氣中逐漸硬化，增大了水泥土的強(qiáng)度。②離子交換。軟土中含有多種礦物質(zhì)，并有游離鈉離子Na+和鉀離子K+，它們和水泥水化生成的鈣離子Ca2+進(jìn)行當(dāng)量吸附交換，使土里水化膜變薄，土顆粒集合成大團(tuán)粒，讓土體強(qiáng)度提高。

3）碳酸化作用

水泥水化物中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳和水反應(yīng)生成不溶于水的碳酸鈣，也能提高軟土的強(qiáng)度。

2　工程概況

該項(xiàng)目為某縣新建一級(jí)公路，全長(zhǎng)40 km，路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面為24.5 m，設(shè)計(jì)速度為80 km/h。軟基合同段地處平原區(qū)，所經(jīng)處水系發(fā)育，地表魚塘密布，溝渠縱橫，地下水位一般在1.0～2.2 m之間。根據(jù)附近水文地質(zhì)資料和現(xiàn)場(chǎng)勘查，評(píng)價(jià)場(chǎng)區(qū)地下水對(duì)鋼筋混凝土無(wú)腐蝕性。

其物理力學(xué)性質(zhì)如下（從上而下）：

①耕植土及亞黏土：軟一可塑，厚1.0～2.5 m，容許承載力為100～200 kPa，極限摩阻力為40 kPa左右。②淤泥：灰黑色，流塑，一般厚度為2.0～7.5 m，少數(shù)段達(dá)9～12 m。含水量為51.2％～96.2％。容許承載力為40～50 kPa，極限摩阻力為10～20 kPa，空隙比1.7～2.35，壓縮系數(shù)為1.15～2.21 MPa-1，快剪粘聚力為3.5～10 kPa，內(nèi)摩擦角為1～3.5°。③砂層：厚1.5～12 m，一般5～9 m，容許承載力為100～300 kPa，極限摩阻力為35～75 kPa。④風(fēng)化殘積亞黏土：厚1.8～6 m，容許承載力為200～2 400 kPa，極限摩阻力為50～85 kPa。

在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，綜合比較論證，決定采用水泥攪拌樁法進(jìn)行處理，根據(jù)承載力和變形要求，處理后的復(fù)合地基承載特征值應(yīng)達(dá)到200 kPa。

3　水泥攪拌樁設(shè)計(jì)

水泥攪拌樁設(shè)計(jì)計(jì)算主要包括承載力計(jì)算及變形計(jì)算兩方面，主要是確定樁徑、樁長(zhǎng)、樁的布置形式、置換率及水泥的摻入比等。

3.1單樁承載力計(jì)算

確定單樁承載力的方法有很多，主要有公式計(jì)算法、靜載試驗(yàn)法及原位測(cè)定法三大類。對(duì)水泥攪拌樁的設(shè)計(jì)計(jì)算而言，通常采用的方法為公式計(jì)算法，靜載試驗(yàn)法和原位觀測(cè)常常用于成樁的檢測(cè)。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007-2011）中推薦的單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式為：

其中：R為單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值；fcu為與攪拌樁樁身加固配比相同的室內(nèi)加固土試塊的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的平均值；n為強(qiáng)度折減系數(shù)，一般取0.35～0.50；Ap為樁的截面積；fk為樁端地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值；fk為樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，一般取0.4～0.6；qs為樁周土的平均摩擦力；up為樁身周長(zhǎng)；l為樁長(zhǎng)。

計(jì)算時(shí)，用上述兩個(gè)公式同時(shí)計(jì)算，并取其中較小的值作為單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

3.2復(fù)合地基承載力計(jì)算

水泥攪拌樁在垂直荷載作用下有一定的壓縮變形，在樁身壓縮變形的同時(shí)，其周圍的軟土也分擔(dān)一部分荷載，形成了柔性樁復(fù)合地基。水泥攪拌樁的復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值可按下式計(jì)算：

其中：fck為復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值；m為樁土面積置換率；β為樁間土折減系數(shù)；fa為樁間天然地基容許承載力。經(jīng)計(jì)算設(shè)計(jì)要求為：?jiǎn)螛冻休d力特征值為150 kN，復(fù)合地基承載力特征值為200 kPa。

3.3沉降計(jì)算

當(dāng)復(fù)合地基承受上部傳遞來(lái)的垂直荷載后，所產(chǎn)生的沉降變形包括樁土復(fù)合層本身的壓縮變形和樁土復(fù)合地面以下土的沉降量之和。計(jì)算公式如下：

其中n為復(fù)合地基的樁土應(yīng)力比，可采用3～10。

4　處理方案

4.1設(shè)計(jì)方案

通過(guò)計(jì)算本項(xiàng)目采用水泥攪拌樁處理方案為：樁徑為50 cm；樁長(zhǎng)要求打穿淤泥層，一般4～9 m，個(gè)別橋頭到12 m；路基軟土樁距1.5 m×1.3 m（排距），等腰三角形布置，橋頭20 m范圍內(nèi)，1.0 m×1.3 m（排距）；水泥標(biāo)號(hào)采用42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥，并在樁頂鋪設(shè)一層50 cm中粗砂墊層，其上設(shè)置一層土工格柵。樁施工完畢三個(gè)月后方可填筑路堤或施加其他荷載，并在加載前進(jìn)行試樁。

4.2水泥摻入量的確定

水泥摻入量由室內(nèi)配合比試驗(yàn)確定。根據(jù)軟土的天然含水量、孔隙比的不同，水泥摻入量應(yīng)相應(yīng)變化。要求室內(nèi)配合比試驗(yàn)的90 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度R90≥1.2 MPa，時(shí)間緊張時(shí)也可按28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度R90≥0.8 MPa。

4.3施工注意事項(xiàng)

水泥攪拌樁處理軟土屬于隱蔽工程，且通常是晝夜連續(xù)施工。為了在施工工程中加強(qiáng)對(duì)施工工藝、水泥用量、樁長(zhǎng)、施工進(jìn)度的控制，專門配了數(shù)名監(jiān)理工程師24 h跟蹤旁站監(jiān)督。由監(jiān)理工程師逐樁簽證，做到每樁都有完整記錄。

5　結(jié)論

水泥攪拌樁可有效提高地基強(qiáng)度，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)條件，通過(guò)室內(nèi)配合比試驗(yàn)、施工工藝試驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的方法等綜合考慮適當(dāng)?shù)挠?jì)算公式和參數(shù)，必要時(shí)選擇合適的修正系數(shù)，讓計(jì)算結(jié)果盡可能的接近實(shí)際工程。

參考文獻(xiàn)：

［1］張文頂.水泥攪拌樁在某一級(jí)公路軟基處理中的應(yīng)用［J］.四川建材，2010（2）.

［2］GB 50007- 2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.