■葉 瓊

（福建省交通規(guī)劃設計院有限公司，福州 350004）

雙向水泥土樁作為目前常用的軟土地基加固方法，其采用同芯雙軸豎桿正反雙向同時旋轉(zhuǎn)兩組攪拌葉片，邊噴漿邊攪拌成樁。 與單向水泥土樁基本原理相同，雙向水泥土樁通過攪拌機械邊鉆邊往軟土中噴射固化劑，就地將固化劑與軟土進行混合攪拌，從而形成整體性好、強度高的水泥土主體，實現(xiàn)加固軟土地基的目的[1]。 大量實踐工程表明，該方法雖然具備加固效果好、施工工藝簡單、適用性廣等優(yōu)越性，但也存在一定的不足，如樁徑無法根據(jù)地基應力狀態(tài)相應變化、不能充分發(fā)揮硬殼層自身強度、樁間距較小破壞了土體的天然結(jié)構(gòu)[2]、以及樁間距較小導致的造價相對較高等。 因此，朱志鐸等[3]從施工技術(shù)和復合地基思路方面進行了探索，對雙向水泥土樁進行了進一步的改進，提出了變截面雙向水泥土攪拌樁。 該方法能根據(jù)不同受力特性沿深度形成不同截面尺寸的樁徑，大大提高了地基的承載能力。 并且可以根據(jù)實際工程需要，對樁身的任意部位進行變徑，如在頂部擴大，則形成了類似錨釘形狀的釘形水泥土樁；如為了充分發(fā)揮土體本身強度，重點加固土層中土壤特性最差的部位，則形成了變截面雙向水泥土樁[4]。 目前針對變截面雙向水泥土樁的現(xiàn)場試驗、施工工藝、質(zhì)量控制等方面的研究均取得了一定的成果。 楊俊杰等[5]通過室內(nèi)模型試驗探討了變截面雙向水泥土樁的抗壓承載特性，通過對比等截面水泥土樁以及不同個數(shù)擴大盤的變截面雙向水泥土樁，發(fā)現(xiàn)相較于直徑相等的等截面樁，變截面雙向水泥土樁承載力能夠得到顯著提高，并且其擴大盤的數(shù)量及間距對樁側(cè)及樁端荷載分擔值影響很小。 易耀林等[6]把釘形水泥土雙向攪拌樁應用于蘇州吳江的高速公路中，并對現(xiàn)場試驗段進行對比研究，結(jié)果表明釘形水泥土雙向攪拌樁處理后，復合地基承載力可達常規(guī)水泥攪拌樁的1.6 倍。 同時，研究表明，相較于等截面雙向水泥土樁處理軟土地基時有效加固深度一般不超過15 m，變截面雙向水泥土樁由于其有效加固深度主要與施工機械水平有關(guān)， 其有效加固深度可達25 m，其主要適用條件[7-8]為：（1）適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土、軟粘性土及無流動地下水的松散砂土等軟弱地基；（2）在處理泥炭土、有機質(zhì)土、塑性指數(shù)大于25 的粘性土和具有腐蝕性的地下水時，必須通過現(xiàn)場試驗確定其適用性后，方可采用；（3）樁長應根據(jù)變形要求進行確定，宜穿透軟土層，適用于深厚軟土地基的處理，但處理深度不宜超過25 m。 鑒于變截面雙向水泥土樁的顯著優(yōu)勢，本文依托福州市某市政道路實體工程， 擬對變截面雙向水泥土樁在箱涵底深厚軟基處理中的應用展開研究。

1 工程基本情況

1.1 工程概述

福州市某市政道路， 全長1.44 km， 設計時速50 km/h，紅線寬度40 m，為雙向4 車道的城市主干道，沿線共布置5 道涵洞。其中K1+131 處道路跨越現(xiàn)狀8 m 寬水系， 根據(jù)周邊匯水面積及現(xiàn)場調(diào)研，該處設置2 孔凈跨徑5 m，高2 m 的箱涵，能滿足現(xiàn)場排水需要，箱涵總體布置如圖1 所示。

圖1 箱涵總體布置（單位：cm）

1.2 工程地質(zhì)

擬建場地位于福州市馬尾瑯岐鎮(zhèn)，地貌單元主要為剝蝕丘陵、沖海積平原，整體地勢起伏不大。 場地地層結(jié)構(gòu)及巖性特征自上而下分層描述如下：①素填土：褐黃、雜色，松散為主，局部稍密，稍濕～濕，主要成分為粘土， 局部含碎石等， 粒徑約為3～10 cm，堆填年代＞5 年，硬雜質(zhì)含量＞20%，成分雜、均勻性差。 ②淤泥：局部相變?yōu)橛倌噘|(zhì)土，深灰色，飽和，流塑狀態(tài)，含腐殖質(zhì)，有臭味，局部含少量粉、細砂，搖振反應慢，捻面較光滑，有光澤，干強度及韌性中等， 屬高壓縮性軟弱土層， 層厚約在10.0～19.60 m；③粉質(zhì)粘土：淺灰色，稍密為主，局部松散、中密，飽和狀態(tài)。 主要成分以細粉粒，石英顆粒為主，含有少量泥質(zhì)，不均勻系數(shù)較大，級配不良，厚度約在10.80～36.60 m。 該層進行了標貫試驗，其平均值為13.8（修正擊數(shù)為10.5），范圍值在7～24（修正擊數(shù)為6.0～17.2）。

表1 地基土層物理力學性質(zhì)指標

1.3 箱涵底深厚軟基處理設計

根據(jù)箱涵結(jié)構(gòu)設計計算， 涵底最大壓應力為125 kPa，位于②淤泥層，其承載力基本容許值僅為40 kPa，無法滿足要求，且淤泥深19.5 m，為深厚淤泥層，深度大于15 m。因此，本項目箱涵底軟基處理采用變截面雙向水泥土樁（圖2），總樁長L=21 m，擴大頭直徑D=100 cm， 高度H=4 m， 下部直徑d=60 cm，樁間距S=2.2 m，平面采用三角形布置（圖3），樁體水灰比為1∶0.55，28 d 樁體強度≥1.5 MPa，根據(jù)釘形水泥土雙向攪拌樁復合地基技術(shù)規(guī)程（蘇JG/T024-2007）[8]， 計算得單樁承載力特征值為342 kN，復合地基承載力特征值為135 kPa，滿足涵底最大壓應力要求。

圖2 變截面雙向水泥土樁結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 變截面雙向水泥土樁平面布置圖

2 現(xiàn)場試驗

2.1 單樁復合地基承載力試驗

基于《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2012）[9]進行單樁復合地基承載力試驗， 荷載板采用1680 mm×1680 mm 正方形鋼板，試驗加載等級分8 級，每級荷載增量為63.2 kN，圖4 為箱涵底左右幅及路中3 個點的p-s 曲線。

圖4 變截面雙向水泥土樁應力-位移變化曲線

試驗過程中未出現(xiàn)沉降突變、荷載板周圍土體隆起等異?，F(xiàn)場，取s/b=0.006 所對應的壓力，及沉降位移s=10.08 mm 對應的壓力作為承載力特征值。特征值分別為138、136、158 kPa，以上承載力特征值均大于涵底最大壓應力125 kPa。

2.2 芯樣強度試驗

齡期28 d 后對箱涵底變截面雙向水泥土樁進行了取芯試驗，如圖5 所示。 同時對芯樣進行無側(cè)限抗壓強度試驗， 得到不同深度芯樣的28 d 無側(cè)限抗壓強度，如圖6 所示。

圖5 變截面雙向水泥樁現(xiàn)場取芯

圖6 不同深度芯樣28 d 無側(cè)限抗壓強度

現(xiàn)場取芯結(jié)果顯示，變截面雙向水泥土樁的樁身完整性、取芯深度、水泥土固結(jié)程度均較好，并達到設計要求，表明變截面雙向水泥土樁由于具有雙向攪拌的特點，較好地解決了一般水泥攪拌樁深層處理不到位、成樁不理想、取芯不完整等問題。 同時，芯樣28 d 無側(cè)限抗壓強度均＞1.5 MPa，滿足設計要求。 從樁體不同深度的芯樣強度來看，0～4 m范圍內(nèi) （上部擴徑深度）qu平均值為1.89 MPa，5～15 m 范圍內(nèi)（中部深度）qu平均值為1.87 MPa，16～21 m 范圍內(nèi)qu平均值為2.16 MPa。由此可見，深度范圍內(nèi)的樁體強度比上部擴徑及中部深度范圍內(nèi)都大，主要原因可能是現(xiàn)場施工時，在判斷樁體是否進入持力層時下降較緩，同時樁端到位后又保持噴漿10 s 以上， 超過了其他深度范圍內(nèi)的水泥摻量。 由此可見，變截面雙向水泥土樁的樁體強度的均勻性較好， 也保證了深度范圍內(nèi)樁體的質(zhì)量，較好地發(fā)揮了整樁共同受力的效能。

3 經(jīng)濟效益

由前文可知， 采用變截面雙向水泥土樁時，總樁長L=21 m，擴大頭直徑D=100 cm，擴大頭高度H=4 m，下部直徑d=60 cm，采用三角形布置，樁間距S=2.2 m。 為了對比變截面和等截面水泥攪拌樁的經(jīng)濟性，控制兩者條件（僅樁間距不同）相同，進行樁的設計和成本計算 （按軟基處理面積為4000 m2），具體對比如表2 所示。

表2 不同軟基處理方案的經(jīng)濟性對比

由表2 可知， 相較于等截面雙向水泥土攪拌樁，變截面雙向水泥土樁在進行深厚軟基處理時具有顯著的經(jīng)濟優(yōu)勢。 這是因為在相同地質(zhì)條件下，由于擴大頭的存在，變截面雙向水泥土攪拌樁無論是單樁承載力和還是復合地基承載力均有顯著提高，所以其樁間距可適當增大，相同面積所需要樁的數(shù)量相應減少，從而降低工程總造價。

4 結(jié)語

本文依托福州市某市政道路，分別從復合地基承載力、樁身強度及經(jīng)濟效益等方面，對變截面雙向水泥土樁在箱涵深厚軟基處理的應用效果進性研究，得出以下結(jié)論：（1）變截面雙向水泥土樁由于具有雙向攪拌工藝及擴大頭的存在， 樁身完整性、強度及承載力得到大幅度地提高，特別是深度范圍內(nèi)樁體的質(zhì)量整體較好。 （2）相較于等截面雙向水泥土攪拌樁，變截面雙向水泥土樁在進行深厚軟基處理時，可適當增大樁間距，具有顯著的經(jīng)濟優(yōu)勢。（3）建議現(xiàn)場可根據(jù)不同地質(zhì)層特點，選擇在不同深度范圍內(nèi)進行擴徑來對土體進行加固，以拓展變截面雙向水泥土樁的應用。