水泥搅拌桩处治软土地基的效果分析

赵 刚

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

随着我国高等级公路发展，工程建设不可避免地遇到大量软弱地基，我国地域辽阔，从沿海到内地，由山区到平原，分布着多种多样的地基土，其抗剪强度、压缩性以及透水性等因土的种类不同而可能有很大的差别，地域条件区域性较强。

软体路基处治方法有置换法、排水固结法(袋装砂井、塑料排水板)、木桩挤密法、振冲碎石桩、爆扩碎石桩、深层搅拌法等[1]。而水泥搅拌桩作为一种固结方法，不仅能使土体颗粒进一步结合，封闭土层间的空隙，使桩体周围的土体更为坚固，而且能使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的良好复合地基，从而提高地基的承载能力，减少地基沉降量，满足工程建设的不同需求[2]。

1 工程概况

1.1 地质概况

路段场地内覆盖层主要分布有第四系的淤泥、淤泥质黏土、粉质黏土、粉土、黏土、下伏侏罗纪系中统下沙溪庙组泥岩夹砂岩。现按由新到老地层的顺序描述如下（①～⑤为地层序号）：

a)填筑土（①）：灰褐色、褐黄色，干—稍湿，一般结构较松散，部分已压实，一般由可塑或硬塑黏土、粉质黏土组成，局部含砖头，主要为宅基地、河堤、路堤填土。厚度约0.50～3.40 m。

b)种植土（②）：灰褐色、褐黄色，结构较松散，含植物根系，一般为棉田或菜地表土。沿线广泛分布，厚度0.30～0.90 m。

c)淤泥（③）：灰黑色，饱和，流塑—软塑，微臭，含腐殖质，系水塘（沟）底部淤积而成，仅在水塘和水沟底部分布。厚度小，约0.50～0.70 m。

d)淤泥质黏土（⑤）：褐灰色、深灰色，饱和，软塑状态，局部夹薄层可塑状态粉质黏土。

软基深比较厚，根据试验结果表明，淤泥质粉质黏土(黏土)呈灰色、深灰色，软塑状，饱和，厚度一般为0.80～8.90 m，天然含水量W平=42%，天然密度ρ平=1.81 g/cm3，比重 Gs=2.70，孔隙比 e平=1.136，压缩系数 α1-2=0.6 MPa-1，压缩模量 Es=3.75 MPa，不排水抗剪强度 Cu=5～30 MPa，固结系数 Cr=1.68～1.80×10-3cm2/s，标准贯入试验N=3～7击。淤泥质黏土的含水量范围值为31.9%～58.4%，孔隙比范围值为1.023～1.647，液限范围值为30%～51.6%，液限指数范围值为1.0～1.89，直接快剪黏聚力为4.1～15.4 kPa，直接快剪内摩擦角为2.1°～6.2°，物理力学性质表现为液限指数高，高压缩性，抗剪强度低的特点。

1.2 设计概况

水泥搅拌桩桩径为500 mm，停灰面为地面下450 mm，桩长根据地质情况为4～8 m,桩间距纵向为1.1 m，采用正三角形布置[3]。其具体布置详见图1所示。

2 施工工艺

2.1 施工准备

采用PH-5D深搅钻机[4]，确保设备完好，满足工程要求。施工中将现场技术员、钻机长、现场负责人、水泥搅拌桩桩长、桩距等制成标牌悬挂于钻机明显处。施工图纸桩位图编号，测量人员测设出施工区域边界线、纵横轴线、搅拌桩桩位及桩位处地面高程，桩位用竹签做明显标记，桩位偏差不大于50 mm。

图1 水泥搅拌桩平面及断面布置

2.2 施工工艺流程

四搅二喷的工艺流程为：钻机就位→检验、调整钻机→正循环四档喷浆钻进至设计深度→反循环四档提钻并喷水泥浆→上升至砂垫层以下30 cm→正循环五档复搅下沉→反循环五档提钻搅至地面→成桩结束→移位下一桩→人工夯实桩头，以保证桩顶密实完整。

2.3 施工关键技术

a)测量放线布桩时要对控制性轴线、桩位进行复查，满足要求后方可开钻。

b)桩长、桩位、桩径的控制：通过看仪表和钻机搭架上做出的标记来控制桩长，在设计桩长深度位置、地质明显变化位置标记数字；桩位控制时测量放样后应插竹签，然后洒白灰点；用吊锤球控制垂直度；桩径控制要求不小于设计直径，要经常检查钻头，发现磨损超限时及时焊补。

c)水泥剂量的控制：搅拌桩喷浆量控制采用“双控”措施，即每一交接班施工数量与水泥用量的对照控制和采用分上、中、下3种不同地质分层定量的方法控制每延米的喷浆量。机械配备电脑记录仪，同时现场用比重计控制水泥浆稠度。

d)搅拌均匀性的控制：施工中桩机的档位控制按照“四档喷浆钻进→四档喷浆提升→五档复搅下沉→五档复搅提升”的工艺进行。同时，改进钻头型式，增加钻头锋利度以提高削切能力、增加钻头光滑度以减少阻力、增加反向削切（双刃刀）、增加出浆口的顺滑度。

e)现场采用取芯机随机抽芯的方法当即对已施工完成的试验桩进行取芯，检验其水泥含量及搅拌的均匀性，以此来控制施工质量。

3 沉降观测方法

3.1 观测设备的安置

3.1.1 沉降标埋设

沉降标构造示意图如图2所示。将沉降板埋入设计的桩号断面处铺好的砂垫层上，填埋第一层土并进行压实。然后在压实面上挖深度为20～30 cm的坑槽，铺上5 cm左右厚度的砂垫层，保持层面水平。将沉降标放在砂垫层上，沉降标只有第一节钢管，管顶应低于压实面5～8 cm，测量管顶至底板的高差。填埋第二层土并进行夯实，土层层面至管顶，并读取初始标高。第二层土施工完毕后，在管顶位置上接上第二节钢管。观测时应注意，每节管的顶面有上、下管顶标高两个读数，下节管顶面标高用于计算第一沉降量，上节管顶标高作为下次计算沉降量的数据。根据观测需要，逐节连接接管，重复上述工作直至满足需要。

图2 沉降标构造示意图

3.1.2 水准点布设

水准点应设在土质坚硬的地段，以保证能够长期保存，且位置应垂直于路中心线50 m外。随施工的进行，路堤填筑高度逐渐增高，路堤升至一定高度时，为了减少沉降观测由地面水准点传递到路面的高差影响，可将水准点转设到有灌注桩的耳墙角上。桥角水准点必须钻孔埋设有球状顶面的水准标点。桥角水准点用三等水准往返观测，高差闭合差为±1.4 mm。

水准点布设完成后，应及时将水准点划分成若干区段，在各区段内进行联测，确定各水准点的准确高程。在之后的观测过程中应定期检验水准点，保证沉降观测的精度。

如若在检验时需要对水准点进行调整，那么在调整完之后，必须将前期观测成果按水准点新高程重新计算观测点高程，用来与后期成果比较计算沉降量。

3.1.3 水准仪及水准尺

水准仪用的是索佳C32型号，水准尺为红、黑面铝合金材质，长度为3 m。在进行观测前应检查仪器的圆水准器、十字丝位置、自动安平水准仪补偿器灵敏度以及i角的准确性。水准尺应完好无损，刻度清晰，尺底牢固。

3.2 路基沉降变形监测周期

公路施工一般分为填筑期、预压期和路面施工期3个阶段。监测频次按表1监测频次表进行。

表1 监测频次表

当有特殊要求或发现有异常情况时，适当缩短观测周期。

4 路基施工期间沉降观测结果分析

图3 断面K111+405沉降观测图

该段路基设观测点于K111+405、K111+900两处进行观测沉降量。从图3、图4的沉降曲线图也可以看出，在路堤填筑期间，每次随着填土的增加，路基会出现明显的较大沉降，表明随着路堤的填筑，地基开始固结排水，发生沉降。断面K111+405最终沉降分别为91.4 cm，于路堤填筑期2010年9月沉降速率分别达到28.5 cm/月。断面K111+900最终沉降分别为98.9 cm，于路堤填筑期2010年9月沉降速率分别达到21.9 cm/月。从2011年11月以后的曲线已经是趋于收敛，说明该段路基已经是趋于稳定，可以进行下道工序路面施工。

图4 断面K111+900沉降观测图

5 结语

a)在软基处治施工中一定要进行施工沉降观测。通过观测数据来保证工程的稳定性，指导施工。

b)从沉降观测结果来看，K111+405—K111+900段路基采用水泥搅拌桩处治是成功的，为今后进一步推广应用水泥搅拌桩处治软基提供了实践经验。