李云霄

（山西路橋第一工程有限責任公司，山西 太原 030006）

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國基礎建設尤其是公路的發(fā)展取得了很大的成就，同時也出現(xiàn)不少問題。由于我國幅員遼闊，存在很多具有強度低、含水率高、孔隙率大等軟土地基，如果處理不當，修筑其上的道路極易產(chǎn)生工后沉降過大、橋頭跳車嚴重等現(xiàn)象，極大地降低了道路的服務質(zhì)量和安全性能[1]?，F(xiàn)有一工程實例：某公路全長9.2 km，設計車速為60 km/h，在修筑過程中發(fā)現(xiàn)樁號K7+200—K8+860段處于軟土范圍，全長有1660 m，表1為該路段土物理力學性質(zhì)情況表。為了增加該路段的穩(wěn)定性并減少工后沉降，需要對該工程路段進行加固處理。筆者擬采用釘型攪拌樁的方法進行軟基處理，分別從加固機理、方案設計、現(xiàn)場試驗及效果分析等方面對其進行研究，以期得到最佳的軟基處理效果。

表1 土主要物理力學性質(zhì)表

1 加固機理

雖然釘型攪拌樁的樁體結(jié)構(gòu)仍然是水泥樁，但是與常規(guī)的水泥攪拌樁不同的是，釘型攪拌樁樁體結(jié)構(gòu)屬于變截面形式，樁體采用變截面形式可以提高截面下部的強度控制能力，增加上部荷載產(chǎn)生的圍壓，從而提高下部樁體的豎向承載能力。變截面形式的樁體使得其樁身的荷載傳遞規(guī)律也發(fā)生變化，變截面的樁體可以更好地協(xié)調(diào)樁體變形，使得共同承擔上部的荷載，進而形成一種等效于復合地基承載特性的形式。

從釘型攪拌樁的施工機械來看，其是在常規(guī)的水泥土攪拌樁的基礎上改進而成的。主要是增加了雙向攪拌樁動力箱體設備、同心雙軸鉆桿以及多功能鉆頭，再利用傳統(tǒng)的水泥攪拌樁機械作為機架，最終通過鉆桿上的正反轉(zhuǎn)向形成最終的樁體，正是由于其外觀為釘型，故稱為釘型攪拌樁。從釘型攪拌樁的荷載傳遞規(guī)律來看，由于釘型攪拌樁的樁身剛度較大，使得樁側(cè)的摩阻力隨著樁體打入深度的增加而減小，且減小的幅度較大，再加上攪拌樁頭的葉片可以調(diào)節(jié)伸縮量，故施工范圍較易控制，可以避免過度的擾動從而降低工后沉降。

2 加固方案與試驗監(jiān)測方案

2.1 施工方案

為了更好地提高樁體豎向極限承載力并減少工后沉降，采用釘型攪拌樁的方法對該路段軟基進行處理。在施工過程中決定采用42.5級水泥類型，具體的施工技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 釘型攪拌樁主要施工技術(shù)參數(shù)

在釘型攪拌樁具體施工過程中應該采取科學有序的施工方案，由于施工釘型攪拌樁的上部樁體為擴大頭，故為了達到最佳的處治效果，施工上、下樁體是分別采用四攪三噴和二攪一噴施工工藝，具體的施工工藝流程為：樁機就位→噴漿攪拌下沉→變徑噴漿攪拌下沉→攪拌提升→變徑噴漿攪拌提升→重復噴樁攪拌→攪拌提升→樁機移位。

2.2 單樁載荷試驗方案設計

對單樁載荷試驗是為了方便后期樁身的質(zhì)量檢測，并通過現(xiàn)場樁身試樣的室內(nèi)無側(cè)限抗壓強度以及現(xiàn)場標貫試驗，來綜合評價釘型攪拌樁處理軟基后樁身的質(zhì)量情況。

為了更好地測定荷載作用下單樁的軸力[2]分布以及變截面荷載分布情況，需要布置單樁荷載試驗相關(guān)的儀器，主要為應變片。為了得到更好的結(jié)果，應變片在變截面應進行加密處理，每隔0.5 m設置一個測點，設置成120°方位構(gòu)成環(huán)形，并在樁體中心豎向軸線方向也設置，表3為采用的應變片技術(shù)參數(shù)。在具體安裝應變片時，應該先沿著釘型攪拌樁中心豎向軸線鉆出一個鉆孔，鉆孔直徑為130 mm，將應變片粘貼在直徑為90 mm的PVC管上，然后將帶有應變片的PVC管下到設計鉆孔深度，最后向PVC管及周圍空隙填充，填充的材料為水泥土漿液，具體的配比是水∶黏土∶水泥為0.8∶02∶1，最后加入摻量為10%的膨脹劑，這樣可以滿足攪拌樁與填充水泥土漿之間的協(xié)同變形要求。當漿液從管中涌出時則停止注漿，若空隙中的漿液面下降則繼續(xù)進行補漿處理。

表3 應變片的技術(shù)參數(shù)

2.3 沉降監(jiān)測方案設計

為了更好地研究釘型攪拌樁處理軟基及減少工后沉降的效果，需要對其進行沉降監(jiān)測[3]，科學的監(jiān)測方案設計是關(guān)鍵部分。在監(jiān)測沉降中采用的儀器為沉降儀以及磁感應環(huán)，其主要通過沉降儀與環(huán)之間的感應來確定深度，通常將磁感應環(huán)安裝置預計測量土層的設計深度，同時將專用的PVC管下放至預定的位置，這一套沉降測量系統(tǒng)可以根據(jù)感應環(huán)的高程變化而確定每一土層上部的沉降量，即可以有效確定地基分層的沉降量，同時也可以確定各土層之間的相對壓縮量并計算工后沉降。

沉降計的埋設是沉降觀測最關(guān)鍵的部分。現(xiàn)場實驗選用的沉降計參數(shù)見表4，與傳統(tǒng)的磁環(huán)沉降測量相比，該種沉降計更加適用于軟土地基的沉降測量，尤其是分層沉降測量，其最大的優(yōu)勢是不受路堤填筑和壓實的影響，而且更加適合長期監(jiān)測，在記錄時也較為方便，采用自動化測量。

表4 沉降計技術(shù)參數(shù)

沉降計在埋設時要按照規(guī)定的步驟嚴格進行，即確定安裝試件→布點→安裝前全面檢查→鉆孔→安裝沉降計→灌漿→回填壓實→導入觀測井。在具體埋設的時候要注意以下幾個方面。

a）要根據(jù)實際現(xiàn)場施工的具體天氣及環(huán)境情況來確定安裝時間，如若下雨、雪等應在天氣放晴后幾天再安裝，在安裝前要平整場地并清理好。

b）在安裝前進行全面檢查時主要對三方面進行檢查，首先對位移傳感器進行校準并確定完好；其次是檢查安裝工具如PVC鋼絲軟管、水泥漿、扳手、灌漿工具等；最后應對安裝附件進行全面仔細的檢查。在鉆孔階段應在規(guī)定部位以鉛垂方向進行鉆孔，盡量保證孔口的平整性。

c）在安裝沉降計時為了配齊主管需要根據(jù)實際的孔深計算出需要加長的桿長度，并在安裝后將沉降計的測桿拉至最長并安裝定位銷。為了保證參與測量的沉降計都能夠保持最佳且最大量程的狀態(tài)，在將各沉降計送入各層的指定位置后，應該對各層的單點沉降計進行全程的監(jiān)控，當不符合要求時及時進行糾偏處置。

d）在灌漿時為方便錨固底層錨頭，應該從灌漿管灌入到底部的錨頭，再由其上的孔流入到孔底以達到最佳效果。為了方便后期觀測，應該將測試線從觀測箱的一側(cè)進行開挖，目的是將導線引出路基再導入路基旁邊的觀測井中。

3 現(xiàn)場加載試驗及質(zhì)量控制

3.1 現(xiàn)場加載試驗

現(xiàn)場加載試驗前要對樁頭進行處理，處理的方式主要有移除樁頭松散層并在露出樁體后找平，從而減少攪拌樁成樁時，由于冒漿的現(xiàn)象而使得漿液在樁頂凝固后形成松散層，以確?，F(xiàn)場試驗的有效進行。加載時采用油壓千斤頂來施加荷載，并采用慢速維持荷載法進行逐級加載。

當在加載某級荷載時，如果樁頂沉降量是上一級的2倍或者樁頂沉降量達到60～80 mm且荷載-沉降曲線為變緩逐漸趨向穩(wěn)定時可以停止加載。為了更好地監(jiān)測沉降，在施加完每一級荷載后分別記錄百分表的讀數(shù)，時間分別為加載后5 min、15 min、30 min、45 min、60 min，之后每隔 30 min 讀數(shù)一次即可，直到沉降趨于穩(wěn)定，判斷的標準是在每級加載后連續(xù)兩次在1 h內(nèi)樁頂?shù)某两盗烤?.1 mm以內(nèi)。

3.2 質(zhì)量控制要點

為了保證施工過程的質(zhì)量及釘型攪拌樁加固軟基的效果，在按照施工工藝流程進行施工時要對施工質(zhì)量進行控制[4]，要點如下：

a）嚴格控制攪拌樁的垂直度和樁位偏差，前者應控制在1%以內(nèi)，后者控制在5 cm以內(nèi)，這樣可以保證吊起設備的平整度以及攪拌樁的垂直度，獲得良好的施工效果。

b）在噴漿施工的過程中，如果發(fā)現(xiàn)中斷情況應立即進行補漿，有效時間為3 h以內(nèi)，超過3 h后，由于先前的漿液強度已經(jīng)形成，使得與補漿部分的強度相差較大，對后期軟基的加固作用有減弱影響，故該種情況下應重新打樁。同時為了更好地控制噴漿的深度以及泥漿噴入量以達到設計值，需要嚴格對下鉆速度、下漿面以及噴漿深度進行控制和檢查，且規(guī)定每米的用漿量誤差控制在5%以內(nèi)。

c）在配置水泥漿時要嚴格按照設計配合比進行配置，考慮到漿液強度的形成時間應該在3 h以內(nèi)對樁體進行澆筑，保證配置的漿液量能夠至少澆筑1根樁。要經(jīng)常檢查輸漿管以保證注漿的連續(xù)性，尤其注意管道的堵塞和泄漏情況。

4 加固效果分析

為了對釘型攪拌樁處理軟基效果有足夠的認識，通過現(xiàn)場試驗結(jié)合試驗數(shù)據(jù)進行效果分析，主要從樁身質(zhì)量檢測以及荷載-沉降情況進行分析。

4.1 樁身質(zhì)量檢測分析

對于樁身質(zhì)量的檢測可以很好地反映釘型攪拌樁的施工質(zhì)量以及軟基處理的施工效果。為了綜合評價釘型攪拌樁的質(zhì)量[5]情況，從現(xiàn)場抽取兩個代表性的齡期為90 d的水泥攪拌樁，分別從室內(nèi)無側(cè)限抗壓強度和現(xiàn)場標貫試驗對樁體質(zhì)量進行綜合評價。

鉆取芯樣，對芯樣的無側(cè)限抗壓強度試驗fcu進行研究，得到結(jié)果見表5，為了直觀顯示芯樣無側(cè)限抗壓強度隨深度變化情況，繪制相應變換圖見圖1。

表5 芯樣無側(cè)限抗壓強度沿深度檢測結(jié)果 MPa

圖1 芯樣無側(cè)限抗壓強度沿深度變化圖

從表5和圖1可知，除了樁B在1 m處深度的無側(cè)限抗壓強度為0.8 MPa外，樁A和樁B兩個代表性攪拌樁的無側(cè)限抗壓強度的范圍均在1～5 MPa范圍內(nèi)，而且均滿足設計強度0.6 MPa，滿足設計要求，表明樁體質(zhì)量良好。而對于無側(cè)限抗壓強度小于1 MPa的部分，主要原因是在施工過程出現(xiàn)少量的漿液浮出，造成漿液在樁身外面的部分松散，而本應處于樁體的漿液含量降低，最終造成強度下降。

圖2 樁身標貫數(shù)沿深度分布圖

從圖2可知，樁A和樁B兩個代表樁除了在深度為1 m處的標貫數(shù)較低外，其他深度各點處的樁身標貫數(shù)均大于30次，表明樁身強度質(zhì)量良好。而在深度為1 m左右處標貫數(shù)較低的原因是釘型攪拌樁在淺部擴大口，該過程在施工時不能夠提供足夠的側(cè)壓力從而造成漿液擴散和流失，最終使得該處的水泥漿量減少，強度也隨著降低，標貫數(shù)次數(shù)較少。

4.2 沉降效果分析

從沉降效果分析的思路是，先根據(jù)測量數(shù)據(jù)繪出沉降-時間（s-lgt）關(guān)系曲線確定各代表樁的極限荷載，再由各樁對應的荷載-沉降（Q-s）關(guān)系曲線確定在極限荷載下的累計沉降量，進而評價釘型攪拌樁處理軟基的效果。圖3和圖4分別為A樁的s-lgt曲線和Q-s曲線圖。

圖3 A樁的沉降-時間（s-lgt）曲線圖

圖4 A樁的荷載-沉降（Q-s）曲線圖

從圖3可知，隨著時間的變化，樁體在荷載310～410 kN范圍內(nèi)的沉降沒有巨大的變化，較為均勻且穩(wěn)定，但是當逐級加載至460 kN時，樁體的沉降量在lg（80 min）以后的沉降量劇增，表明施加的荷載超過了樁體的極限荷載值，故取得樁體的極限荷載為410 kN。結(jié)合圖4可知，當極限荷載為410 kN時，對應的累計沉降深度約為3.41 mm。

同理，圖5和圖6分別表示B樁的s-lgt曲線和Q-s曲線圖。

圖5 B樁的沉降-時間（s-lgt）曲線圖

從圖5可知，隨著時間的變化，樁體在荷載360～460 kN范圍內(nèi)的沉降沒有巨大的變化，較為均勻且穩(wěn)定，但是當逐級加載至510 kN時，樁體的沉降量在lg（87 min）以后的沉降量劇增，表明施加的荷載超過了樁體的極限荷載值，故取得樁體的極限荷載為460 kN。結(jié)合圖6可知，當極限荷載為460 kN時，對應的累計沉降深度約為4.12 mm。

綜合A樁和B樁兩個代表樁體的荷載-沉降（Q-s）關(guān)系曲線圖可知，經(jīng)過釘型攪拌樁處理后的軟基承載力有了明顯的改善，而且極限荷載下的累計沉降量也分別僅為3.41 mm和4.12 mm，表明采用釘型攪拌樁處理軟基效果明顯。

圖6 B樁的荷載-沉降（Q-s）曲線圖

5 結(jié)語

從工程實例出發(fā)，為解決道路工程中軟土地基道路工后沉降較大的問題，采用釘型攪拌樁法進行處理，分別從加固機理、方案設計、現(xiàn)場試驗及效果分析等方面對其進行研究。研究結(jié)果表明：釘型攪拌樁處理后的代表樁A、B成樁質(zhì)量較好，且累計沉降量也分別僅為3.41 mm和4.12 mm，沉降量顯著降低，符合規(guī)范設計要求。在針對不同工程采用該法時，要結(jié)合具體地質(zhì)條件及其他條件要求具體分析，以便達到最佳效果。