羅吉慶

(廣東高恩高速公路有限公司， 廣州 510600)

水泥攪拌樁是高速公路建設(shè)軟土地基處理方法中應(yīng)用最廣泛的樁型之一[1-5]，多用于填土高度小于7 m的填土軟基路段[6]，在高填土軟基路段的應(yīng)用缺乏經(jīng)驗(yàn)。本文以佛山高明至江門恩平高速公路K20+076～K20+513段復(fù)合地基處理為例，對(duì)高填方水泥攪拌樁的應(yīng)用進(jìn)行有益探索。

1 工程概況

高恩高速公路K20+076～K20+513段路基填土高度8.6 m～14.4 m，軟基主要為淤泥、淤泥質(zhì)土，軟土分布面積約33 828 m2，軟土埋深0.2 m～7.1 m，厚度2.1 m～6.7 m，平均厚度5.47 m。根據(jù)地勘報(bào)告[7]，各地層的力學(xué)指標(biāo)如表1所示，地質(zhì)情況如圖1所示。

單位：m

表1 各地層工程特性指標(biāo)取值

2 施工方案

2.1 方案比選

K20+076～K20+513段路基原設(shè)計(jì)為一般路基段，經(jīng)地質(zhì)補(bǔ)勘揭示該段范圍存在軟土。為確保軟基處理方案合理、經(jīng)濟(jì)、安全及適用，項(xiàng)目組組織專家對(duì)該段軟基處理方案進(jìn)行了深入研究，并對(duì)換填、塑料排水板、雙向水泥攪拌樁、素混凝土樁、管樁方案進(jìn)行比選。各方案的比選結(jié)果如表2所示。通過(guò)比選，統(tǒng)籌考慮工期、造價(jià)，最終選擇水泥攪拌復(fù)合樁方案作為該段軟基處理的施工方案。

表2 K20+076～K20+513段軟基處理方案比選

2.2 推薦方案穩(wěn)定性驗(yàn)算

依據(jù)相關(guān)規(guī)范[8-10]，采用理正軟件選取最不利斷面K20+200，如圖2所示，計(jì)算參數(shù)如表1、表3、表4所示。

表3 各地層樁基設(shè)計(jì)參數(shù)建議值 kPa

表4 K20+200斷面主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù) m

單位：m

1) 穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果如表5所示，路基穩(wěn)定系數(shù)>1.2，滿足規(guī)范[8]要求。

2) 沉降驗(yàn)算結(jié)果

路基沉降計(jì)算結(jié)果如表6所示，路基工后沉降<0.3 m，滿足規(guī)范[8]要求。

3) 單樁承載力及復(fù)合地基承載力驗(yàn)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果如表7所示，按路基上部荷載計(jì)算，復(fù)合地基承載力滿足要求。

表5 路基穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

表6 路基沉降計(jì)算結(jié)果

表7 單樁承載力及復(fù)合地基承載力計(jì)算結(jié)果

注：路基承載力要求參照《湖南省公路工程路基地基承載力觸探試驗(yàn)暫行規(guī)定(試行)》；同時(shí)廣東省涵洞標(biāo)準(zhǔn)圖中，填土高度12 m～14 m的4 m×4 m蓋板涵洞地基承載力基本容許值要求大于180 kPa?？紤]到涵洞對(duì)路基承載力的要求較路基大，故表7中要求路基承載力大于155 kPa。

3 施工工藝確定

為確保擬定施工方案的可行性，在大規(guī)模開(kāi)工前，需確定合理的施工參數(shù)、驗(yàn)證水泥攪拌樁的成樁效果，為此，對(duì)不同水泥用量、樁徑、施工工藝等共7種方案進(jìn)行了試樁試驗(yàn)，成樁后經(jīng)抽芯、檢測(cè)單樁承載能力和復(fù)合地基承載能力，結(jié)果如表8所示。最終確定施工工藝和參數(shù)如下：樁直徑0.5 m、間距1.2 m，梅花型布設(shè)；樁長(zhǎng)7.5 m，上部3.5 m采用“四攪三噴”、水泥摻量80 kg/m；下部4 m采用“兩攪兩噴”、水泥摻量60 kg/m。

4 施工過(guò)程

4.1 水泥漿制備

水灰比控制約0.6、比重1.734，水泥漿攪拌時(shí)間不少于4 min，漿液需隨拌隨用，且備用漿不超過(guò)2 h。

4.2 鉆機(jī)就位

樁基首先要對(duì)中，然后調(diào)整鉆桿的垂直度，且<1%，樁位偏差≤5 cm[6]。

表8 試樁情況

4.3 鉆進(jìn)施工

鉆進(jìn)、提升速度按0.8 m/min控制。具體施工順序?yàn)椋?) 鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)，下鉆過(guò)程邊攪拌邊噴漿，噴漿40.5%；2) 提升鉆機(jī)至樁頂，提升過(guò)程邊攪邊噴漿，噴漿40.5%；3) 重新鉆進(jìn)至樁頂下3.5 m，下鉆過(guò)程只攪拌不噴漿；4) 再次提升至樁頂，提升過(guò)程邊攪邊噴漿，噴漿19%，一根樁施工完成。

5 檢測(cè)與監(jiān)測(cè)

5.1 芯樣檢測(cè)與荷載試驗(yàn)

根據(jù)GDJTG/T E01—2011《廣東省公路軟土地基設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)定》，對(duì)K20+076～K20+513段27 741根水泥攪拌樁按0.5%比例隨機(jī)抽取并進(jìn)行取芯檢測(cè)[11]，按0.1%比例進(jìn)行復(fù)合地基靜力荷載試驗(yàn)。完成的140根抽芯樁中，樁身均勻性好的38根、一般的97根、差的5根；完成的31根復(fù)合基地靜力荷載試驗(yàn)樁中，有8根樁f極限≥1.6fspk(f極限為極限荷載，fspk為設(shè)計(jì)承載力特征值)，有20根樁f極限≥2fspk，有3根樁因試驗(yàn)過(guò)程中變形超過(guò)上一級(jí)荷載的5倍，根據(jù)DBJ 15-60—2008《建筑地基基礎(chǔ)檢測(cè)規(guī)范》[12]規(guī)定終止了試驗(yàn)。根據(jù)水泥攪拌樁特點(diǎn)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注樁身的完整性、強(qiáng)度及樁長(zhǎng)，并結(jié)合極個(gè)別試驗(yàn)樁單樁承載力不滿足要求的實(shí)際情況，經(jīng)進(jìn)一步驗(yàn)算，該段路基穩(wěn)定的安全系數(shù)為1.443，滿足規(guī)范要求。

5.2 軟基監(jiān)測(cè)

5.2.1 監(jiān)測(cè)方案

為指導(dǎo)路基填筑施工速率，保障路基安全穩(wěn)定，同時(shí)驗(yàn)證方案的可行性，施工過(guò)程中對(duì)該段軟基進(jìn)行了專項(xiàng)監(jiān)測(cè)。內(nèi)容包括地表沉降、位移邊樁、深層水平位移、分層沉降、土壓力。根據(jù)路基填高、軟土分布厚度與性質(zhì)，監(jiān)測(cè)斷面如表9所示，測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示，監(jiān)測(cè)頻率如表10所示。

5.2.2 定值參考指標(biāo)判斷

綜合國(guó)內(nèi)工程實(shí)例[13-17]和相關(guān)規(guī)范，本項(xiàng)目確定的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)如表11所示。

表9 監(jiān)測(cè)斷面

圖3 監(jiān)測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)布置

表10 監(jiān)測(cè)頻率

表11 監(jiān)控控制標(biāo)準(zhǔn)

5.2.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，該軟基段實(shí)際最大變形出現(xiàn)在K20+150斷面處，本文選用該斷面檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)路基穩(wěn)定性進(jìn)行判斷。除個(gè)別階段因填土速度過(guò)快導(dǎo)致沉降速率較大外，其余時(shí)期沉降均能控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。高恩高速于2019年4月3日通車，通車前后1年多的位移沉降數(shù)據(jù)如圖4所示。由圖4可知，路基處于穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)一步驗(yàn)證該段水泥攪拌樁復(fù)合地基綜合處理方案可行。

圖4 K20+150斷面沉降速率曲線

6 結(jié)束語(yǔ)

本文以高恩高速公路K20+076～K20+513段軟基處理為例，系統(tǒng)介紹了施工方案、施工工藝、成樁試驗(yàn)檢測(cè)、軟基路段監(jiān)測(cè)，得出以下主要結(jié)論：

1) 通過(guò)方案比選可知，水泥攪拌樁復(fù)合地基處理方案施工工藝簡(jiǎn)單、易于質(zhì)量控制、造價(jià)較低，是軟基處理最有利的方法，因此推薦使用該方案。

2) 通過(guò)工藝優(yōu)化，根據(jù)土層上下地質(zhì)情況差異提出了上部3.5 m采用“四攪三噴”、水泥摻量80 kg/m，下部4 m采用“兩攪兩噴”、水泥摻量60 kg/m的新施工方案，既滿足了樁身完整性要求，又節(jié)約了造價(jià)。

3) 通過(guò)對(duì)推薦施工方案樁基穩(wěn)定性驗(yàn)算、成樁芯樣檢測(cè)、單樁承載力及復(fù)合地基承載力驗(yàn)證，并對(duì)軟基路段填土過(guò)程中的位移、地表沉降、土壓力進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，水泥攪拌樁復(fù)合地基處理方案(含反壓護(hù)道)可適用于填土高度8 m～14 m的高填方軟基路段。