趙 鑫

（山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心（有限公司），山西 太原 030032）

0 引言

軟土地基承載能力差，在荷載作用下容易產(chǎn)生沉降和剪切破壞，進(jìn)而造成路基路面變形破壞、橋梁基礎(chǔ)沉降等問題，降低道路使用性能，甚至影響行車安全。深層水泥攪拌樁是利用深層攪拌機(jī)械將軟土和水泥等固化劑混合均勻，形成具有一定強(qiáng)度的樁體，提高地基承載力[1]。與其他公路軟土地基處治方法相比，深層水泥攪拌樁法可最大程度利用原狀土體，具有操作簡單、施工工期短、對周邊環(huán)境影響小等技術(shù)優(yōu)勢[2-3]。結(jié)合高速公路軟土地基深層水泥攪拌樁施工案例和工程地質(zhì)情況，合理制定施工方案，在深層水泥攪拌樁完工后開展試驗(yàn)對成樁質(zhì)量和地基承載力進(jìn)行檢測與評定?？紤]到軟土地基具有很多不良工程特性，在軟土地基承載力滿足要求的情況下，還應(yīng)該在路基施工和完工后開展沉降監(jiān)測，分析路基路面的沉降變形情況，作為判斷道路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要依據(jù)。通過試驗(yàn)確定成樁質(zhì)量、地基承載力和路基沉降變形情況，不僅可以用于評價(jià)軟土地基深層水泥攪拌樁處治效果，還可以防止道路結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形或破壞，提高行車安全，節(jié)約養(yǎng)護(hù)維修成本。

1 施工方案設(shè)計(jì)

1.1 工程簡介

山西某高速公路有一段軟土路基，主要為粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、黏土，可塑性差，中壓縮性，軟土層厚度為5.6～7.1 m。軟土層上部填土層厚度為2.1～3.2 m，填土層淺部含有大量的植物根系和腐殖質(zhì)。軟土層局部厚度較大，不同深度天然含水量分布范圍18%～37%，液限24%～52%，塑限16.5%～30.4%，干密度1.32～1.75 g/cm3，軟土地基承載力僅45 kPa。為了提高軟土地基的壓實(shí)度，擬采用深層水泥攪拌樁進(jìn)行處理，設(shè)計(jì)樁徑為600 mm、樁間距為1.2 m，采用正方形布置，設(shè)計(jì)樁長為8 m。單樁面積為0.262 8 m2，水泥攪拌樁置換率為22%。固化劑選用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.55，水泥摻量占總量的15%，水泥攪拌樁設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度為1.6 MPa。

1.2 施工方案

深層水泥攪拌樁施工選用SJB型深層攪拌樁機(jī)，攪拌頭轉(zhuǎn)速為60 r/min，額定扭矩為8 500 N·m，最大鉆進(jìn)深度可達(dá)到18 m。配套機(jī)械選用LMCJA智能壓漿機(jī)，工作壓力最大值可達(dá)到1.5 MPa，壓降流量3 m3/h。施工過程中嚴(yán)格控制樁間距，偏差不得超過50 mm，垂直度偏差控制在1%以內(nèi)。水灰比控制在0.50～0.60，深層攪拌樁采用“四噴四攪”成樁工藝，停灰面不低于樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高500 mm，提漿速度應(yīng)低于1.2 m/min。深層攪拌樁施工工藝主要包括以下工序：平整場地→樁機(jī)就位→配制水泥漿→攪拌成樁→成樁后關(guān)閉送漿泵，將樁機(jī)移動(dòng)到下一個(gè)樁位[4]。

2 深層水泥攪拌樁加固效果分析

為了確定深層水泥攪拌樁的施工質(zhì)量，分析軟基的加固效果，完工后采用鉆芯取樣檢測樁身強(qiáng)度，采用動(dòng)力觸探試驗(yàn)和靜荷載試驗(yàn)檢測地基承載能力。

2.1 鉆孔取芯法檢測

深層水泥攪拌樁完工后28 d，對水泥攪拌樁取芯進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，檢測樁體成型質(zhì)量。取芯是在樁體全長范圍內(nèi)進(jìn)行，一方面可以檢驗(yàn)樁體的樁長、完整性、均勻性和連續(xù)性，另一方面制作試件檢測樁體的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。隨機(jī)取15個(gè)深層水泥攪拌樁作為試驗(yàn)樁，鉆芯取樣后檢測得出樁體完整性良好，水泥在樁體內(nèi)部分布均勻，固結(jié)效果好，繪制樁體完整性和強(qiáng)度代表值檢測結(jié)果散點(diǎn)圖如圖1和圖2所示。

圖1 樁長檢測結(jié)果散點(diǎn)圖

圖2 試驗(yàn)樁強(qiáng)度代表值檢測結(jié)果散點(diǎn)圖

分析圖1和圖2試驗(yàn)樁檢測結(jié)果散點(diǎn)圖，所選15個(gè)試驗(yàn)樁樁長和強(qiáng)度代表值絕大多數(shù)合格，少數(shù)結(jié)果超出合格范圍，但總體滿足設(shè)計(jì)要求。樁長檢測結(jié)果平均值為8.13 m，除6號(hào)試樁樁長為7.99 m外，其余試樁樁長均超過了設(shè)計(jì)樁長8 m。樁體強(qiáng)度代表值平均值為1.63 MPa，除5號(hào)試樁為1.54 MPa，其余均大于1.6 MPa，強(qiáng)度檢測結(jié)果合格。因此，結(jié)合上述15個(gè)試樁檢測結(jié)果，可以得出深層水泥攪拌樁成樁質(zhì)量和強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2 動(dòng)力觸探試驗(yàn)

結(jié)合以往對深層水泥攪拌樁的室內(nèi)模型試驗(yàn)分析，樁體軸力最大的位置發(fā)生在樁徑3倍左右深度范圍內(nèi)或樁頂下3～4 m，這是由于這個(gè)區(qū)域覆蓋土層壓力小或填土均勻性、密實(shí)性差等原因造成的。根據(jù)《軟土地基深層攪拌加固法技術(shù)規(guī)程》（YBJ 225—91）中的相關(guān)規(guī)定，采用輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)檢測地基承載力，采用輕型圓錐動(dòng)力觸探設(shè)備，錘重10 kg，探頭面積12.6 cm2，錐角60°。穿心錘落距50.0±2.0 cm，試驗(yàn)過程中記錄每貫入10 cm錘擊數(shù)。試驗(yàn)選取攪拌樁總數(shù)的1%（且不少于3根）作為檢測對象，檢測時(shí)間選擇在完工后7 d內(nèi)。該項(xiàng)目選取4個(gè)測點(diǎn)，輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)檢測結(jié)果如表1所示。

表1 試驗(yàn)測點(diǎn)輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)檢測結(jié)果

分析表1試驗(yàn)檢測結(jié)果，4處試驗(yàn)測點(diǎn)錘擊次數(shù)最小42，最大為43，平均為42.5。結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，通過查找《軟土地基深層攪拌加固法技術(shù)規(guī)程》（YBJ 225—91），錘擊次數(shù)超過40次，樁間土強(qiáng)度不低于500 kPa，滿足了設(shè)計(jì)要求。

2.3 靜載試驗(yàn)

深層水泥攪拌樁養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到28 d后，即可檢測復(fù)合地基承載力，該項(xiàng)目采用靜載試驗(yàn)。靜載試驗(yàn)選用方形試驗(yàn)壓板，面積為1 m2，測力裝置采用100 t油壓千斤頂加壓。公路地基承載力不低于160 kPa，靜載試驗(yàn)壓力應(yīng)為320 kPa，試驗(yàn)過程中逐級(jí)加載，分8級(jí)加載，每級(jí)加載40 kPa。試驗(yàn)選取攪拌樁總數(shù)的1%（且不少于3根）作為檢測對象，試驗(yàn)過程中采用慢速維持荷載法進(jìn)行逐級(jí)加載，單樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，P-S曲線如圖3所示。

表2 單樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)結(jié)果

分析表2所示數(shù)據(jù)，加載過程中地基最大沉降量為14.69 mm，卸載后最大回彈量為10.43 mm，回彈率為71%。分析圖3 P-S曲線變化趨勢，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）中的相關(guān)規(guī)定，單樁復(fù)合地基承載力的特征值對應(yīng)的是最大壓力值，該試驗(yàn)最大壓力值為320 kPa，結(jié)合上述動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果，樁間土地基承載力的特征值fak不低于160 kPa，因此單樁承載力特征值不低于160 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖3 靜載試驗(yàn)P-S曲線圖

3 路基沉降監(jiān)測與分析

3.1 測點(diǎn)布置

在路基填筑過程中，通過布置測點(diǎn)對地基開展沉降監(jiān)測，作為評價(jià)地基加固效果的依據(jù)。在路基填筑過程中，選取K26+300、K26+500和K26+700三個(gè)監(jiān)測斷面，分別在左、右路肩、路基中央埋設(shè)沉降板，沉降板底部與水泥攪拌樁頂部標(biāo)高相同，測點(diǎn)布置如圖4所示。

圖4 路基沉降觀測點(diǎn)布置（單位：m）

3.2 路基沉降監(jiān)測結(jié)果分析

路基監(jiān)測時(shí)間從2019年4月10日開始，2020年4月10日結(jié)束，監(jiān)測時(shí)間為12個(gè)月。由于3個(gè)監(jiān)測斷面路基沉降變化情況基本相同，選取K26+500斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)作為研究對象，左、右路肩、路基中央沉降量隨監(jiān)測時(shí)間變化曲線如圖5所示。

圖5 路基沉降量隨監(jiān)測時(shí)間變化曲線

分析圖5所示K26+300斷面路基沉降量變化曲線，左、右路肩、路基中央沉降變形規(guī)律基本相同，均為前期變化速率較高，后期變化速率逐步下降，且逐步趨于平穩(wěn)。在前4個(gè)月路基沉降速率較大，后8個(gè)月沉降速率逐漸下降，且趨于穩(wěn)定。分析原因是由于前4個(gè)月屬于施工期，路基填筑施工對路基整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的擾動(dòng)，造成沉降速率增大，后8個(gè)月路基填筑完成，沉降速率下降明顯。左、右路肩、路基中央監(jiān)測完成后沉降量分別為10.7 cm、11.9 cm、12.8 cm，路基中央沉降略高于兩側(cè)路肩。沉降監(jiān)測完成后，路基沉降變形已趨于穩(wěn)定，說明路基土體已固結(jié)完成，穩(wěn)定性良好。

4 結(jié)語

深層水泥攪拌樁可對軟土地基進(jìn)行加固，有效提高地基承載力。結(jié)合施工案例，制定施工方案采取深層水泥攪拌樁對軟土地基進(jìn)行處治，并通過試驗(yàn)檢測承載質(zhì)量和單樁地基承載力。根據(jù)鉆孔取芯試驗(yàn)結(jié)果，深層水泥攪拌樁成樁質(zhì)量好，強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。分析動(dòng)力觸探試驗(yàn)和靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果，樁間土承載力和單樁復(fù)合地基承載力均滿足設(shè)計(jì)要求，地基承載力良好。分析處治后軟土地基沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，在路基填筑施工過程中沉降速率較大，完工后沉降量明顯下降，監(jiān)測完成后路基中央沉降量較兩側(cè)路肩略高，且路基沉降已趨于穩(wěn)定。綜合以上試驗(yàn)結(jié)果，得出該項(xiàng)目深層水泥攪拌樁軟基處治效果達(dá)到了預(yù)期要求。