柴高理

（甘肅路橋第三公路工程有限責(zé)任公司，甘肅蘭州 730030）

0 引言

在公路工程項(xiàng)目施工中，軟土路基處理是難點(diǎn)問(wèn)題。水泥攪拌樁是一種重要的軟土路基處理方式，該方式具有處理效果好、綜合成本低等特點(diǎn)，能夠有效提升路基施工質(zhì)量。應(yīng)用該技術(shù)處理軟土路基時(shí)，需要準(zhǔn)確計(jì)算樁體承載力，確定最適宜的置換率，優(yōu)化樁體剛度、長(zhǎng)度等參數(shù)，并優(yōu)化上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，如此才能在滿足施工質(zhì)量控制要求的前提下，有效提升施工效果，控制整體施工成本。

1 水泥攪拌樁法概述

水泥攪拌樁是當(dāng)前公路工程中處理軟土路基的重要技術(shù)形式之一。在施工過(guò)程中，以水泥或石灰材料作為固化劑，利用攪拌機(jī)械在地基深處進(jìn)行強(qiáng)制攪拌，通過(guò)物理和化學(xué)變化將軟土硬結(jié)為高強(qiáng)度、高水穩(wěn)定性的整體結(jié)構(gòu)，能夠有效提高地基強(qiáng)度及變形模量，有效提升軟土路基的運(yùn)行性能，為后期施工提供有力保障[1]。依照現(xiàn)行的《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T D31-02—2013）要求，水泥攪拌樁質(zhì)量檢測(cè)內(nèi)容如表1 所示。

表1 水泥攪拌樁質(zhì)量檢測(cè)要求

2 水泥攪拌樁承載力影響因素試驗(yàn)分析

2.1 工程概況

2.1.1 工程地質(zhì)概況

某公路工程項(xiàng)目總長(zhǎng)度為712m，設(shè)計(jì)為填土路基。一般路段最小填土高度為1.6m，路堤最大填土高度為8.7m，路基邊坡為1∶1.5，路基頂面寬度為25.5m。路段地貌為沖積平原，地表地形較為平坦，含水量較大。經(jīng)人工回填平整后，路基基本能夠滿足施工現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)應(yīng)用要求，但由于路段整體為軟土路基，其承載能力與施工設(shè)計(jì)要求偏差較大，運(yùn)行穩(wěn)定性不足，因此需要采用水泥攪拌樁技術(shù)進(jìn)行加固處理，提升地基綜合運(yùn)行性能。

2.1.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

為切實(shí)保證水泥攪拌樁施工技術(shù)的應(yīng)用成效，使路基經(jīng)過(guò)處理能夠滿足道路施工需求，需采用試驗(yàn)方式對(duì)施工效果進(jìn)行預(yù)評(píng)估，并對(duì)具體施工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)如下：試驗(yàn)樁徑為0.5m，樁間距為1.5m，整體布置為正三角形；地基承載力設(shè)計(jì)為120kPa，最大試驗(yàn)載荷為500kN；檢測(cè)方式為取芯法和慢速維持荷載法，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)采集，通過(guò)載荷試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比的方式，評(píng)估水泥攪拌樁技術(shù)應(yīng)用效果，分析水泥攪拌樁承載力的具體影響因素，為后期應(yīng)用施工技術(shù)提供參考。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.2.1 室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果及分析

室內(nèi)試驗(yàn)是在現(xiàn)場(chǎng)采集主要土體類型，將每種土體制作成不同當(dāng)量配合比的試塊，并在不同養(yǎng)護(hù)周期下進(jìn)行組合試驗(yàn)，采用無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，分析不同因素對(duì)水泥攪拌樁承載力的具體影響[2]。該研究中確定的試驗(yàn)土體主要有細(xì)砂、粉土、粉細(xì)砂等種土體；試塊當(dāng)量配合比分別設(shè)定為55kg、60kg 和65kg；養(yǎng)護(hù)周期設(shè)定為7d 和28d。試驗(yàn)分析結(jié)果顯示：在其他條件一致的情況下，試塊力峰值為65kg＞60kg＞55kg；在其他條件一致的情況下，試塊力峰值為粉細(xì)砂＞粉土＞細(xì)砂；在其他條件一致情形下，養(yǎng)護(hù)周期設(shè)定為28d＞7d。

2.2.2 載荷試驗(yàn)結(jié)果及分析

依照《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106—2014)，采用單樁豎向靜載荷方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，該方式能夠較為準(zhǔn)確地評(píng)估地基土的支承能力，有助于準(zhǔn)確分析樁身材料強(qiáng)度對(duì)承載力的影響[3]?，F(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)平面示意圖如圖1 所示。

圖1 某公路軟土路基工程水泥攪拌樁現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)平面示意圖

該研究中，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)選擇1-1、1-2、1-3 三根單樁進(jìn)行試驗(yàn)，利用有限元分析法計(jì)算單樁承載力，并與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，對(duì)水泥攪拌樁承載力影響因素進(jìn)行分析。

2.3 模型驗(yàn)證

有限元模型是分析力學(xué)關(guān)系的主要方式，依照有限元分析方法應(yīng)用要求和該項(xiàng)研究的實(shí)際情況，模型驗(yàn)證流程如下：第一，模型簡(jiǎn)化。有限元模型構(gòu)建需要排除非必要影響因素，優(yōu)化計(jì)算過(guò)程，以減少不必要的計(jì)算量。第二，網(wǎng)格劃分。將模型劃分為八節(jié)點(diǎn)六面體單元，該試驗(yàn)共劃分25404 個(gè)單元和37790 個(gè)節(jié)點(diǎn)。第三，底部選擇為全部自由度約束，側(cè)面選擇為法向自由度約束。第四，導(dǎo)入素填土、黏土及樁等材料的密度、層厚、楊氏模量、泊松比、黏聚力、摩擦角等參數(shù)，采用單樁加壓方式進(jìn)行處理。借助系統(tǒng)計(jì)算出樁頂端節(jié)點(diǎn)豎向應(yīng)力平均值，結(jié)合樁橫截面面積，繪制荷載沉降曲線。

2.4 結(jié)果分析

基于模型繪制的承載力曲線、不同當(dāng)量配合比承載力曲線、不同養(yǎng)護(hù)齡期承載力曲線分析，對(duì)比室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，可以看出模型模擬結(jié)果較為吻合?？梢宰C明，在公路軟土路基施工中，在特定范圍內(nèi)，當(dāng)量配合比對(duì)水泥攪拌樁的承載力有直接影響，當(dāng)量配合比越大，水泥攪拌樁的承載力就越高，尤其是在后期，差異更顯著[4]。養(yǎng)護(hù)周期對(duì)水泥攪拌樁的承載力也有明顯影響，養(yǎng)護(hù)周期越長(zhǎng)，樁體的承載力也越高，尤其是在15～28d 養(yǎng)護(hù)期間，強(qiáng)度增加更為顯著。

綜合分析試驗(yàn)過(guò)程可以看出，水泥攪拌樁的承載力主要受以下因素影響：第一，施工材料。在其他相同條件相同，土體材料不同的條件下，力峰值有明顯差異。第二，當(dāng)量配合比。在其他條件相同，當(dāng)量配合比不同的情況下，單樁承載力也有明顯不同。第三，養(yǎng)護(hù)齡期。在限定時(shí)段內(nèi)，水泥攪拌樁的承載力與養(yǎng)護(hù)齡期呈正比，且整體強(qiáng)度呈加速增長(zhǎng)狀態(tài)。但是水泥攪拌樁現(xiàn)場(chǎng)施工條件較為復(fù)雜，施工人員技術(shù)水平也有明顯不同，因此在施工管理中，應(yīng)注意技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，對(duì)施工組織方式進(jìn)行優(yōu)化，確保水泥攪拌樁的承載力能夠達(dá)到規(guī)范要求，有效解決軟土路基問(wèn)題。

3 水泥攪拌樁在軟土路基施工中的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 前期準(zhǔn)備

軟土路基施工技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景較為復(fù)雜，技術(shù)應(yīng)用要求高，在施工前期必須做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，尤其是要做好場(chǎng)地平整工作，為施工組織和施工安全提供有力保障。前期準(zhǔn)備需做好如下工作：第一，做好雜草及雜物清理，在低洼地區(qū)換填黏性土或砂墊層，確保樁基礎(chǔ)承載力達(dá)到相應(yīng)要求[5]。第二，做好地表水排放處理，確保路面達(dá)到良好硬化，將洞口位置偏差控制在2m 以內(nèi)，準(zhǔn)確做好現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量并記錄測(cè)量結(jié)果，確?；炷粮叨饶軌蜻_(dá)到施工要求。第三，人員準(zhǔn)備。技術(shù)人員應(yīng)具備豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，能夠準(zhǔn)確把握施工技術(shù)要點(diǎn)，配合現(xiàn)場(chǎng)管理人員做好技術(shù)指導(dǎo)工作，做好施工材料配合比及當(dāng)量配合比優(yōu)化工作。第四，機(jī)械設(shè)備方面的準(zhǔn)備。施工開(kāi)始前，要全面細(xì)致地做好對(duì)各個(gè)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)維檢修，機(jī)械設(shè)備經(jīng)監(jiān)督單位審查合格才能進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。第五，材料方面的準(zhǔn)備。確保材料質(zhì)量達(dá)到檢測(cè)要求，廠家和第三方檢測(cè)單位出具材料合格報(bào)告后，才能進(jìn)行施工組織。

3.2 準(zhǔn)確定位

在水泥攪拌樁施工作業(yè)前，需要準(zhǔn)確做好測(cè)量定位，這是保證施工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。在現(xiàn)場(chǎng)管理中，應(yīng)確保起重機(jī)等機(jī)械設(shè)備定點(diǎn)停放，避免隨意停放影響實(shí)際測(cè)量結(jié)果。在現(xiàn)場(chǎng)條件較為復(fù)雜的施工區(qū)域，應(yīng)提前進(jìn)行處理，確保攪拌樁機(jī)位置合理，提升樁位位移安全水平[6]。在作業(yè)過(guò)程中，還應(yīng)采用錘擊法調(diào)整鉆桿和地面的垂直角度，將垂直偏差控制在1%以內(nèi)。鉆桿鉆進(jìn)后，要做好鉆孔深度測(cè)量和記錄，為后續(xù)施工作業(yè)奠定良好的基礎(chǔ)。在施工過(guò)程中，如出現(xiàn)施工臨時(shí)中斷，應(yīng)將中斷時(shí)間控制在40min 之內(nèi)。如超出時(shí)間要求，則必須對(duì)設(shè)備和管道進(jìn)行全面清洗，避免出現(xiàn)水泥固結(jié)現(xiàn)象。在確保鉆進(jìn)停漿面比操作面標(biāo)高多出0.5m 時(shí)，才能夠進(jìn)行后續(xù)開(kāi)挖作業(yè)。

3.3 攪拌處理

水泥攪拌樁施工質(zhì)量、水泥攪拌樁承載力直接受攪拌處理效果的影響。為保證攪拌處理效果，在該環(huán)節(jié)作業(yè)中應(yīng)注意如下要點(diǎn)：第一，在水泥攪拌樁冷卻裝置正常運(yùn)行的狀態(tài)下，需要將啟閉機(jī)打開(kāi)，松開(kāi)起重機(jī)內(nèi)的鋼絲繩，確保水泥攪拌樁能夠沿設(shè)計(jì)方向下沉。第二，合理控制下沉速度，并根據(jù)監(jiān)測(cè)速度做好調(diào)整，避免出現(xiàn)速度偏高或偏低等問(wèn)題，對(duì)施工質(zhì)量產(chǎn)生影響。第三，采用均勻提升和下沉相結(jié)合的方式，提升水泥攪拌樁施工的均勻性，實(shí)現(xiàn)水泥漿與軟土地基的有效結(jié)合，提升路基強(qiáng)度。第四，在鉆進(jìn)過(guò)程中，需要嚴(yán)格控制噴漿量，在攪拌時(shí)長(zhǎng)超出2min時(shí)，需要關(guān)掉攪拌器和換擋齒輪[7]。第五，根據(jù)鉆進(jìn)速度，做好鉆孔與鉆桿的接觸處理，確保漿液噴射均勻，避免噴嘴堵塞。

3.4 優(yōu)化質(zhì)量控制措施

在軟土路基施工過(guò)程中，需確保水泥攪拌樁承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，確保整體施工質(zhì)量得到有效控制，還應(yīng)依照規(guī)范和現(xiàn)場(chǎng)情況，優(yōu)化質(zhì)量控制措施，深入、細(xì)致地做好各個(gè)方面的施工管理工作。例如，在水泥攪拌樁養(yǎng)護(hù)階段，應(yīng)采用雙管取樣法進(jìn)行采樣，以準(zhǔn)確評(píng)估水泥攪拌樁的承載力，避免鉆模變形過(guò)大對(duì)樁體質(zhì)量產(chǎn)生影響。開(kāi)展復(fù)合軟土路基承載力試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件適當(dāng)增加試驗(yàn)次數(shù)，如果承載力不足，路基強(qiáng)度和硬度無(wú)法達(dá)到施工要求，應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確分析問(wèn)題產(chǎn)生原因，并結(jié)合其他軟土路基處理技術(shù)，再次對(duì)軟土路基進(jìn)行處理，以有效保證公路工程項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量。

3.5 特殊情況處理

軟土路基水泥攪拌樁施工過(guò)程中常會(huì)遇到特殊情況，會(huì)對(duì)樁體承載力及路基承載力產(chǎn)生影響，甚至導(dǎo)致施工流程中斷。因此，要確保水泥攪拌樁施工順利開(kāi)展，應(yīng)從實(shí)際情況出發(fā)，完善應(yīng)急處理措施，避免對(duì)施工組織產(chǎn)生影響。特殊情況主要包括如下幾種類型：第一，鉆進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)卡管情況。為避免卡管現(xiàn)象，應(yīng)合理控制鉆機(jī)速度，采用涂層疏散方式進(jìn)行處理。如果在鉆桿提升過(guò)程中出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，則應(yīng)暫停噴漿，待鉆機(jī)正常運(yùn)行再進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)。第二，鉆進(jìn)過(guò)程受阻。通常是由于路基中存在石塊、樹(shù)根等異物，需要在故障排除后繼續(xù)鉆進(jìn)，或者經(jīng)設(shè)計(jì)和監(jiān)理同意后移位施工。第三，鉆進(jìn)過(guò)程中噴漿中斷。主要原因有管道堵塞、水泥結(jié)塊、制漿池濾網(wǎng)破損及清漿不徹底等，需要根據(jù)實(shí)際情況做好對(duì)應(yīng)處理再繼續(xù)下鉆[8]。第四，噴漿量不足。通常是壓力不足導(dǎo)致的，該現(xiàn)象會(huì)嚴(yán)重影響水泥攪拌樁的承載力，因此在鉆進(jìn)過(guò)程中應(yīng)將噴漿壓力控制在0.4MPa 以上，選擇合適的制漿池位置，并做好管道維護(hù)和檢查工作，確保噴漿量達(dá)到施工要求。

4 結(jié)語(yǔ)

水泥攪拌樁承載力是公路軟土路基施工質(zhì)量的重要影響因素，在施工管理工作中，必須采用室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的方式，準(zhǔn)確分析影響承載量的主要因素，進(jìn)而優(yōu)化施工組織流程，確保承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，有效提升軟土路基處理效果，為后續(xù)施工奠定良好的基礎(chǔ)。