郝忠，王馨玉，焦慰

（1.鎮(zhèn)江市建設(shè)工程安全監(jiān)督站，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.泰興市第一建筑安裝工程有限公司，江蘇 泰州 225400）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展， 交通運(yùn)輸及物流業(yè)增長迅猛，對道路運(yùn)行能力提出更高要求。道路選線應(yīng)盡量避免軟土等不良地質(zhì)路段， 但有時(shí)為滿足線形和道路等級(jí)要求， 不得不經(jīng)過軟土地區(qū)，特別是東部沿海，因淤泥、淤泥質(zhì)土等軟土分布廣泛， 軟基處理成為影響公路建設(shè)工期、造價(jià)、質(zhì)量及安全的重要因素。

軟土普遍具有低強(qiáng)度、高壓縮性、高含水量、高靈敏度、低滲透性等特點(diǎn)，在這類軟基上進(jìn)行建設(shè)，路基在荷載作用下產(chǎn)生較大的不均勻沉降，且持續(xù)時(shí)間長，直接影響行車舒適性和安全性。 目前我國公路軟基處理的方式眾多， 有強(qiáng)夯法、 換填法、排水固結(jié)法、各種樁承式路堤法（復(fù)合地基法）等。 其中水泥土攪拌樁作為一種柔性樁的樁承式路堤處理技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于公路、 市政道路工程中。

1 水泥土攪拌樁特點(diǎn)

1.1 水泥土攪拌樁加固機(jī)理

水泥土攪拌樁實(shí)際是一種土體改良加固技術(shù)，是以水泥作為主要固化劑，采用專用攪拌機(jī)械，將固化劑與軟土強(qiáng)制攪拌， 通過物理化學(xué)反應(yīng)，在一定深度范圍內(nèi)形成具有一定水穩(wěn)定性、強(qiáng)度和加固范圍的承載樁體。通過固化樁體與土體形成樁承式復(fù)合地基，共同承受道路路堤荷載，控制地基及路面沉降。

1.2 水泥土攪拌樁特點(diǎn)

水泥土攪拌樁屬于弱擠土樁，施工簡單、快速、振動(dòng)小，能有效減小和控制沉降，適用于軟基處理，與預(yù)應(yīng)力管樁等預(yù)制樁相比， 具有較好的經(jīng)濟(jì)性；與沉管灌注樁相比，擠土效應(yīng)、震動(dòng)較小，對周邊環(huán)境影響?。慌c真空預(yù)壓、塑排板等排水固結(jié)法相比，工期短、強(qiáng)度高、工后沉降??；與換填法相比，處理深度大。 但其也存在一些比較明顯的缺點(diǎn)，主要適用于飽和軟粘土，常規(guī)加固處理深度有限而不能用于具有深厚軟土層的路段，對于橋頭“跳車”等沉降控制要求高的路段加固效果顯得不理想，且成樁質(zhì)量不易控制。

1.3 雙向水泥土攪拌樁特點(diǎn)

普通單向水泥土攪拌樁采用一根鉆桿上設(shè)置攪拌葉片及噴漿口，通過鉆桿鉆進(jìn)、噴漿、攪拌達(dá)到加固土體的目的。 但單向水泥土攪拌樁機(jī)下沉、提升過程中，鉆桿只能單向攪拌切削土體，一是在水泥漿液固化劑隨著葉片轉(zhuǎn)動(dòng)方向的附和效應(yīng)作用下單向聚集，部分土體與漿液不能充分拌合，造成攪拌不均，樁體夾雜土塊及水泥漿塊，影響成樁承載力；二是鉆桿進(jìn)入土層后，上層土體因葉片切削作用變得松散，對下部約束作用減弱，水泥漿液在攪拌葉片螺旋升力、噴漿壓力、鉆桿鉆進(jìn)壓力、土壓力及超空隙水壓力作用下，沿著鉆桿上行，甚至出現(xiàn)地面冒漿，造成樁長范圍內(nèi)水泥含量上下分部不均，影響成樁整體性及質(zhì)量。 現(xiàn)場取芯實(shí)驗(yàn)也反映出，單向水泥土攪拌樁沿樁長范圍內(nèi)的樁體強(qiáng)度離散型較大。

雙向水泥土攪拌樁則是利用內(nèi)、外同心鉆桿上分別設(shè)置的攪拌葉片同時(shí)正、反雙向強(qiáng)制切削、攪拌土體。 與單向水泥土攪拌樁相比，其內(nèi)鉆桿設(shè)置葉片及噴漿口，并正向攪拌；外鉆桿同時(shí)設(shè)置反向攪拌葉片攪拌土體。通過反向攪拌葉片的異向攪拌壓制、切削作用，起到三種效果，一是限制水泥漿液在壓力作用下的上升通道，使得漿液始終集中在兩組葉片之間；二是通過同時(shí)正反向切削、攪拌土體，減小漿液集中效應(yīng)，使得在兩組葉片之間的土體與水泥漿液充分?jǐn)嚢杈鶆?，提高成樁質(zhì)量；三是正反向葉片攪拌產(chǎn)生的剪切力相互抵消，減小對樁周土體的擾動(dòng)。

2 現(xiàn)場軟基處理效果試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)場地地質(zhì)條件

本項(xiàng)目為浙江省某高速公路工程，長江中下游沖積平原，地形平坦，地貌形式單一。 地表分布約1~2 m 厚軟塑狀亞粘土，底下為流塑狀、軟塑狀高壓縮性軟土，其間多分布池塘，硬殼層缺失，局部淤泥質(zhì)土層較厚。 試驗(yàn)段落土層參數(shù)如表1 所示。

表1 試驗(yàn)段落土層物理力學(xué)參數(shù)

2.2 試驗(yàn)成果分析

現(xiàn)場選取臨近場地內(nèi)靜載試驗(yàn)用樁長相近的單向水泥土攪拌樁、 雙向水泥土攪拌樁各2 根，雙向水泥土攪拌樁采用2 攪1 噴工藝，單向水泥土攪拌樁采用常規(guī)的4 攪2 噴工藝，樁徑均為500 mm，樁長13 m 左右。 并分別選取兩種樁型典型斷面各兩個(gè)，填土高度相近，每個(gè)斷面均在清表后地基表面左、右路肩及、中線埋設(shè)沉降板各一個(gè)，測量路堤填筑后斷面沉降控制效果。

2.2.1 單樁承載力分析

單樁承載力試驗(yàn)根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》均采用反力架堆載靜壓法，并采用快速維持荷載法測量讀數(shù)。 所得4 根試驗(yàn)樁荷載—沉降曲線如圖1 所示。 各單樁Q-S 曲線呈現(xiàn)緩變型特征，取S=40 mm 對應(yīng)的荷載值作為試驗(yàn)承載力判定值，如表2 中所示。

圖1 單樁承載力Q-S 曲線試驗(yàn)結(jié)果對比圖

靜載試驗(yàn)表明，在地質(zhì)條件相似，樁長、樁徑等相近的條件下，雙向水泥土攪拌樁承載力明顯高于單向水泥土攪拌樁。 圖1 中Q-S 曲線反映出，兩種樁型曲線在加載初期即分化明顯， 在同級(jí)荷載下，單向水泥土攪拌樁樁頂沉降量明顯大于雙向水泥土攪拌樁。 從四根試驗(yàn)樁數(shù)據(jù)來看，雙向水泥土攪拌樁承載力平均提高約47%。 在現(xiàn)場大量工程樁檢測統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中也表明了相似特征。雙向水泥土攪拌樁因其樁身攪拌均勻、成樁質(zhì)量好，在荷載作用下，發(fā)揮了良好的承載性能，能有效控制工后沉降。

表2 單樁試驗(yàn)承載力一覽表

2.2.2 斷面沉降分析

圖2~圖5 所示為試驗(yàn)斷面路堤填筑工后沉降量變化曲線，四個(gè)斷面路堤填筑高度均在4.1~4.5 m左右，EC 斷面為雙向水泥攪拌樁處理，EA 斷面為單向水泥攪拌樁處理，路堤填筑完畢后沉降基本收斂穩(wěn)定。

圖2 EC4+090 斷面時(shí)間-荷載-沉降量關(guān)系曲線

圖3 EC4+150 斷面時(shí)間-荷載-沉降量關(guān)系曲線

從水泥土攪拌樁的承載機(jī)理來看，水泥攪拌樁屬于柔性摩擦樁，依靠樁土摩擦力將樁頂荷載傳遞至地基土體。 由于樁身本身剛度不大，當(dāng)樁頂作用荷載時(shí)而產(chǎn)生部分軸向壓縮變形，樁、土之間產(chǎn)生相對位移，樁側(cè)土體對樁身產(chǎn)生側(cè)向摩阻力。 隨著樁頂荷載的增加，樁土間相對位移增大，樁側(cè)摩阻力逐漸發(fā)揮，達(dá)到極限，因此樁身成樁質(zhì)量是水泥土攪拌樁沉降控制的關(guān)鍵。

圖4 EA3+498 斷面時(shí)間-荷載-沉降量關(guān)系曲線

圖5 EA3+186 斷面時(shí)間-荷載-沉降量關(guān)系曲線

如圖2~圖5 所示， 隨著路堤填筑高度增加，沉降逐漸增大，在荷載填筑期內(nèi)沉降變化較大，填筑完畢后沉降趨于穩(wěn)定。 雙向水泥土攪拌樁處理路段工后沉降在350 ~380 mm 左右，單向水泥土攪拌樁處理路段工后沉降在650~750 mm 左右， 單向水泥土攪拌樁沉降量接近雙向水泥土攪拌樁的一倍。

填土速率直接影響到路堤的穩(wěn)定和變形，適當(dāng)?shù)奶钔了俾视欣诘鼗呐潘探Y(jié)及沉降的穩(wěn)定，而過快的填土速率會(huì)破壞土體結(jié)構(gòu)， 導(dǎo)致地基失穩(wěn)。 一般，填土速率宜控制在日沉降速率10 mm/d以內(nèi)。 圖6、圖7 為兩個(gè)斷面對應(yīng)路堤荷載填筑時(shí)的沉降速率變化曲線。雙向水泥土攪拌樁處理路段對路堤填筑荷載的適應(yīng)性較好，在測量周期內(nèi)沉降速率相對穩(wěn)定，最大速率4 mm/d，能較好的控制路基固結(jié)沉降，容易達(dá)到穩(wěn)定；單向水泥土攪拌樁處理路段在路堤荷載填筑期內(nèi)沉降速率急劇上升，最大速率接近9 mm/d，沉降穩(wěn)定性較差。在相同的填土速率下，雙向水泥土攪拌樁對路基沉降變形的控制效果較好。

上述沉降試驗(yàn)結(jié)果均表明雙向水泥土攪拌樁因其良好的承載性能表現(xiàn)出較好的沉降控制效果，能有效減少工后路基路面不均勻沉降，有利于保障道路通行質(zhì)量和安全。

圖6 EC4+090 斷面沉降速率變化曲線

圖7 EA3+186 斷面沉降速率變化曲線

3 結(jié)論

通過對兩種攪拌樁的成樁特點(diǎn)、單樁承載力及沉降試驗(yàn)對比分析，表明雙向水泥土攪拌樁較單向水泥土攪拌樁具備良好的成樁質(zhì)量及承載性能。

（1） 雙向水泥土攪拌樁改進(jìn)了成樁攪拌工藝，水泥漿液與土體攪拌均勻，減小了樁身強(qiáng)度沿樁長方向分布的離散型，保證良好的成樁質(zhì)量。

（2）雙向水泥土攪拌樁與單向水泥土攪拌樁相比具有較高的單樁承載能力。

（3） 雙向水泥土攪拌樁能夠改善樁土摩擦性能，控制和減少工后沉降，容易達(dá)到穩(wěn)定，有利于提高道路通行質(zhì)量和行車安全性、舒適性。