高速公路桥头深厚软土地基的水泥搅拌桩处理

欧阳光

（湖南省高速公路管理局，湖南 长沙 410016）

0 引言

软土地基上修建的高等级公路，通车运营后，往往会产生一定的沉降，沉降量的大小随软土深度、处治方式不同而不同。软基处理不当导致的后果对高等级公路的运营安全有较大的影响[1，2]。当处治不当时，往往会产生较大的差异沉降，导致路基差异变形，进而发展到路面整体开裂，在雨水的作用下，掏空路面基层及土基，严重时甚至产生路基整体失稳。软土路基的这种差异沉降，在桥梁结构物与路基相接处更为明显。软基路段的桥台差异沉降一般都较难处理，往往产生较大的桥台跳车，严重影响行车舒适性和安全性[3，4]。

本文通过计算分析水泥搅拌桩处理桥头软基的实例，得出一定软土深度范围内的桥头路基处理方式。采用水泥搅拌桩处理桥头软基，路基工后差异沉降满足设计要求，通车运营后没有产生明显的桥台跳车病害，说明该软基处理方式取到较好的处治效果。

1 软基拓宽处理方案比选

某高速公路项目在K22+400～K25+880段落广泛分布淤泥质土、粉质粘土等软土，根据地质钻孔资料，大部分软土深度为6.5～13.8m左右，软土物理力学指标见表1。

表1 主要土层物理力学指标统计表

针对本项目的软土的具体特点和分布情况，参照本地区施工技术成熟、处治效果较好的软土路基处理方式进行系统的分析比选（见表2）。此外，考虑到工期要求以及桥头路基工后沉降量应小于等于10cm，综合对比，本段桥头软基处理方式选择水泥搅拌桩进行处理。

表2 软基处理方案对比

2 水泥搅拌桩设计及施工

2.1 水泥搅拌桩设计

2.1.1 设计方案

本项目软基处理水泥搅拌桩采用浆喷桩。桩直径0.5m，桩间距根据各路段计算情况确定，一般为1.3～1.5m。桩的长度由沉降及稳定计算结果确定，原则上全部穿透软土层，并打入持力层大于等于0.5m，主要用于处理深度小于14m的软土地基。

图1 水泥搅拌桩处理桥头软基设计图

浆喷桩在平面上呈正三角形布置（布置区域边线与构造物基础轮廓线平行，见图1）。浆喷桩处理段采用等载预压，预压期90d。桩身设计无侧限抗压强度为：R28=0.6MPa，R90=1.2MPa。

水泥搅拌桩布置范围至路基坡脚处。桥头处理路段水泥搅拌桩桩距1.5m；在复合地基处理段与一般路基段之间设置10m过渡段，水泥搅拌桩桩距1.7m；台前处理长度为1.5H，H为桥台填土高度,水泥搅拌桩桩距也是1.5m。过渡段处理采用变间距的方法，以使不同处理方案路段间的工后沉降均匀过渡，避免处治方法本身带来的差异沉降。

2.1.2 承载力[5，6]

水泥搅拌桩复合地基承载力标准值一般可通过现场复合地基载荷试验确定，也可根据下式计算：

式中：fsp——水泥搅拌桩复合地基承载力标准值；

c——水泥搅拌桩桩土置换率；

Rk——水泥搅拌桩单桩承载力标准值；

Ad——水泥搅拌桩截面面积；

α——承载力折减系数，一般可取0.5-1；fs——原有天然地基承载力标准值。

2.1.3 沉降[5，6]

水泥搅拌桩复合地基的沉降量一般较少，主要包括两部分：桩身以内复合地基的压缩变形S1和桩端往下未处理土基的压缩变形S2。其中：

式中：S1——复合地基的压缩变形；

P1——群桩体底面处平均自重压力；

P2——群桩体底面处平均附加压力；

L——水泥搅拌桩有效桩长；

Eps——复合地基的压缩模量。

2.1.4 典型断面沉降量计算

对软基路段的桥头路基处理进行沉降量计算，在两侧桥头路基选取三个计算断面，分别为桥头过渡段、桥头处理段和台前处理段。大桩号桥头路基（0号桥台）填高5.0m，小桩号桥头路基（n号桥台）填高4.5m，各断面计算沉降量见表3。

表3 桥头路基沉降计算表

从以上计算结果分析，桥头路基过渡段、桥头路基处理段、台前段的工后沉降、总沉降均满足设计要求（桥头路基过渡段小于0.2m、桥头路基处理段小于0.1m、台前段小于0.1m），说明水泥搅拌桩处理该处桥头路基及过渡段能有效减小路基沉降，达到了设计要求。

2.2 材料要求

水泥采用32.5级普通硅酸盐水泥，所购置的水泥应是国家的免检产品，且在有效期内使用；严禁使用受潮、结块、变质的劣质水泥。对非免检厂生产的水泥，应分批提供有关标号、安定性等试验报告[9]。 水灰比一般采用0.4～0.45。

2.3 施工质量控制及质量检验

2.3.1 质量控制

施工时的质量控制应符合以下规定：

a）浆液拌制必须按预定的配合比进行，拌制好的浆液应无离析现象，且放置时间不宜超过2h；

b）开始泵送作业前，应保持管路处于潮湿状态，一遍浆液顺利输入，现场施工时应对浆液拌制、泵送施工全过程进行记录；

c）正式施工前应进行试桩试验，得出全面开展施工的的技术参数，再行开展大面积施工；试桩试验过程应全程记录，如每米下沉时间、提升时间、送浆时间、停浆时间等参数；

d）提供使用的浆液必须拌合均匀，施工中供浆必须连续；如果因不可抗因素停浆，为避免断桩，应将喷浆搅拌机放置停浆面以下1.0m处，等供浆回复正常后再喷浆提升；

e）喷浆施工过程中搅拌机施工至至地面以下2m左右时提升速度应减慢；当喷浆口施工至地面时，应暂停提升，搅拌喷浆10左右秒以保证桩头施工质量；

f）浆喷桩施工过程中如果喷浆量不足使得该桩失去设计功效时，必须在旁边补充一根新桩，补充的新桩施工与其它桩施工质量相同；

g）喷浆施工过程时，必须严格按试验得到的钻进深度、停灰时间、喷粉时间、送浆时间等，确保施工质量，以电流大于60A作为控制电流，确保桩体穿透软土层进入持力层50cm；

h）浆喷桩施工结束28d，并经检验合格后，方可以填筑路基。

2.3.2 质量检验

2.3.2.1 施工允许偏差

施工允许偏差检验项目包括桩长、桩径、桩距、单桩喷浆量（由水泥掺量及水泥浆水灰比换算得出）和强度等（详见表4）。

2.3.2.2 挖桩头检验

成桩7d内，应进行挖桩头检验，观察桩体成型情况及搅拌均匀程度，如实做好记录，检查频率为1%，开挖深度不小于1.5m，如发现凝体不良等情况，应报废补桩。

表4 浆喷桩施工允许偏差

2.3.2.3 无侧限抗压强度试验

成桩28天后，对不同软土地质条件、不同桩长路段，分别在整桩长度范围内进行钻芯取样，并进行无侧限抗压强度试验，要求其上、中、下部（按桩长1/3等分）强度的平均值≥0.6MPa，最小值≥设计强度的1/3，抽检频率≥桩数的2%。

3 软基处理效果观测

为施工安全考虑，软基处理设计时根据竣工验收及通成运行后的沉降观测数据（见表5），设置沉降板和孔隙水压力计[7～9]，依据观测数据指导现场施工[10]。

表5 沉降观测表

由表中数据可知，本项目桥头路基软土路段经过水泥搅拌桩处理，两侧桥头路基处理段路基总沉降分别为0.075m和0.058m，小于0.1m，满足设计要求；通车至今一年没有产生桥台跳车病害，说明水泥搅拌桩处治桥头路基深厚软土达到了预期效果。

实际观测到的沉降量较计算值大，可能是由于实际施工时成桩未竖直，部分水泥搅拌桩有倾斜，软土材料具有不均一性，试验获取的软土物理力学参数不能完全代表软土整体物理力学性质等因素引起的。

4 结论

软土地区的桥头路基是连接一般路基与桥梁结构物的过渡段，软基处理方式的选择尤为关键，处理不好，很容易在通车后产生桥台跳车病害，这对桥头路基的软土处理提出了较高的要求。由于桥梁构造物是刚性的，沉降基本可忽略，因此对桥头路基的处理应选择偏刚性的复合地基处理方式。本文工程实例分析说明，一定深度范围内的桥头软土路基，水泥搅拌桩处理能有效控制路基沉降，避免产生桥台跳车。本文所得主要结论如下：

a）对不同软土深度及不同工期要求的桥头软基处理，应结合经济合理、技术可行的处治原则，在控制沉降变形及工期允许的前提下，应选择造价更为经济的处治方式；

b）桥头路基软土处理应设置桥头路基处理过渡段，桩间距较桥头路基处理段可适当放大，以避免桥头路基与一般路基间的差异沉降过大，同时应对桥台台前一定范围内也进行处理，本项目台前范围1.5H，H为桥头填土高度，其他项目可参考使用；

c）水泥搅拌桩处理3～14m深度的桥头软土路基，能使工后沉降满足要求，避免桥头跳车，同时也是较为经济的软基处治方式，且施工工期较短，同类工程可参考使用。

[1]娄亦红，张文基.京珠高速公路软基加固技术及其效果分析[J].中南公路工程，2002，（4）：21-23.

[2]苏阳.广佛高速公路扩建工程软基路段施工简介[J].水运工程，2001，（2）：51-55.

[3]徐泽中，方涤华，姜朴，等.沪宁高速公路软土的工程特性研究[J].水利水电科技进展，1998，18（2）：9-12.

[4]高翔，刘松玉，石名磊.软土地基上高速公路路基扩建加宽中的关键问题[J].公路交通科技，2004，21（2）：29-33.

[5]JGJ 79—2002，建筑地基处理技术规范[S].

[6]GB 50007—2002，建筑地基基础设计规范[S].

[7]刘松玉.公路地基处理[M].南京：东南人学出版社，2001.

[8]JTJ 017—96，公路软上地基路堤设计与施工技术规范[S].

[9]蔡家范，许道化，等.沪宁高速公路软土地基综合处理技术研究和实践[J].水利水电科技进展，1998，18（2）：1-4.

[10]王盛源，关锦荷.高速公路深厚软基上路堤填筑快速施工的监测[J].土工基础，1998，12（2）：10-13.