水泥搅拌桩在淤泥质软土路基中的试验与应用研究

周正永

(中铁物资集团有限公司 海南公司, 海南 海口, 570100)

水泥搅拌桩在淤泥质软土路基中的试验与应用研究

周正永

(中铁物资集团有限公司 海南公司, 海南 海口, 570100)

用水泥搅拌桩对湖州市创业大道跨长湖申线大桥工程东引桥桥头软土路基进行了处理, 随机抽取 3根水泥搅拌桩进行了桩基静载试验, 并对桥头段 2个断面工后变形进行了监测。试验及监测结果表明: 桩基各参数均符合地基处理的力学要求, 地基承载力得到了有效的提高; 路基沉降较缓慢, 且变形速率在施工之后几个月逐渐变小, 符合桥头地基的变形要求。

水泥搅拌桩; 淤泥质软土路基; 地基处理; 桩基静载试验

我国东部淤泥质软土分布广泛[1–3], 软土路基的沉降量较大, 地基承载力较低, 造成了很多的工程问题, 如桥头跳车[4–5]。水泥搅拌桩以水泥作为主固化剂, 用它处理软基是一种有效方式。利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌, 使水泥与土发生一系列物理化学反应, 使软土硬结而提高地基强度[6]。水泥搅拌桩尽量利用了现场的原土, 因而可大大减少工程材料。软土地区任何地方均可布置水泥搅拌桩,设计可根据实际需要, 以不同的形式灵活布置, 只要满足荷载要求即可[7–8]。

本文以湖州市创业大道跨长湖申线大桥工程为例, 对水泥搅拌桩处理淤泥质软土的承载力特性以及对桥头跳车的防治进行了研究。

1　工程概况

浙江省湖州市创业大道跨长湖申线大桥工程, 西起西塞山分区环北路(规划), 沿线与东浜路平交,跨越长湖申线航道, 东接凤凰分区里浜路、创业大道平交口, 路线全长约1 001 m。设计公路为城市主干道, 采用双向4车道, 设计速度为40 km/h, 路面设计轴载为BZZ-100。

东引桥桥头分布软土, 浅层分布有淤泥质土, 场地主要为软弱层, 地质条件较差。软土层地基承载力为70 kPa, 需进行地基处理方可满足设计要求。对该桥头道路路基采用水泥搅拌桩处理, 水泥搅拌桩长度8 m, 桩径0.5 m, 桩间距1.1 m, 水泥参量15%左右。施工现场如图1所示。

图1　施工现场

图2　桩基试验现场照片

2　桩基静载试验

桩基试验现场如图2所示。垂直静载试验法即在桩顶逐级施压轴向荷载, 直至桩顶达到破坏为止, 并在试验过程中测量每级荷载下不同时间的桩顶沉降, 根据沉降与荷载及时间的关系, 确定单桩轴向容许承载力[9–10]。

工程采用慢速荷载试验法进行静载试验, 采用传统的堆载承台—反力架进行加载, 包括由沙袋构成的压重平台、工字钢构成的平台支撑和反力梁及液压千斤顶。采用分级加载方式, 加载共分9 级, 加载的最大荷载为桩体承载力的设计值 200 kN, 每级荷载加载持续120 min, 卸载时, 跳级卸载, 每次卸载后历时60 min, 再进行下级卸载。

每级加载后的第1 h内, 在5、10、15、30、45、60 min时各测读1次沉降, 以后每隔30 min测读1次, 直至沉降稳定为止。沉降稳定的标准[11]为1 h内不超过0.1 mm。待沉降稳定后, 施加下一级荷载。

加载过程中, 当出现下列情况之一时, 终止加载: (1)某级荷载作用下, 桩的沉降量为前一级荷载作用下沉降量的 5倍; (2) 某级荷载作用下, 桩的沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍, 且经24 h尚未达到稳定; (3) 桩顶加载已达到设计规定的最大加载量。

终止加载后进行卸载, 每级基本卸载量按每级加载量的2倍控制, 并按15、30、60 min测读回弹量, 然后进行下一级的卸载。全部卸载后, 隔3～4 h再测回弹量1次。

任选择的3根试验桩为12#、25#、41#桩, 各单桩承载力试验结果如图3所示。

图3　12#、25#、41#桩p—s曲线

由图3可知: 12#桩最大沉降量为15.40 mm, 最大回弹量为2.91 mm, 回弹率为18.90%; 25#桩最大沉降量为16.00 mm, 最大回弹量为3.37 mm, 回弹率为21.04%; 41#桩最大沉降量为14.85 mm, 最大回弹量为3.56 mm, 回弹率为23.97%。从图3还可以看出, 3根桩的p—s曲线形状相似, 均为缓变型, 都无明显的陡降段, 桩顶总沉降量均未达到设计中给出的破坏沉降值40 mm, 3组试验的加载均未达到极限承载力, 故单桩极限承载力大于200 kN。因此, 采用水泥搅拌桩对地质条件较差的软基进行处理, 能很好地改善地基承载力状况。

3　软基加固效果观测与分析

本工程采用地表沉降计[12]进行沉降量观测, 测点布置如图4所示, 在 K0 + 635 和K0 + 630两个断面各设置3处沉降观测仪, 即道路中间1处, 左右路肩各1处。监测发现路基中间、左右侧路肩均发生了一定的沉降变形。监测1年之后, K0 + 635断面中间测点的沉降量为12.18 mm, 左侧路肩的沉降量为11.50 mm, 右侧路肩的沉降量为10.11 mm; K0 + 630断面中间测点的沉降量为11.90 mm, 左侧路肩的沉降量为10.78 mm, 右侧路肩的沉降量为9.64 mm。

2个断面的沉降曲线分别如图5和图6所示。由图5和图6可知, 2个断面的沉降量与沉降规律相近。路基中间、左右侧路肩3个部位的变形相差不大, 相比而言, 两侧路肩的沉降量略微小于中间部分的沉降量, 右侧路肩的沉降量略微小于左侧路肩的沉降量。经查相关资料及分析发现, 路基右侧的软土比左侧软土略厚, 故造成此沉降差异。随着时间的推移, 3条沉降—时间曲线均逐渐变缓, 即路基各部位变形逐渐变缓。竣工后, 路面不会出现明显的不均匀沉降, 也不会出现开裂的现象。

基于最小二乘法, 以二次曲线为地表沉降曲线的回归模型, 对2个断面的中间监测点, 即沉降最快的测点进行回归分析。K0 + 635和K0 + 630的变形回归曲线分别为 y = -0.067 2x2+ 1.798 9x - 0.255 3, R2= 0.995 8和y = -0.054 9x2+ 1.614 9x - 0.061 3, R2= 0.990 9。拟合曲线分别如图5和图6所示。

图4　沉降测点布置

图5　K0 + 635沉降—时间曲线

图6　K0 + 630沉降—时间曲线

从拟合结果看, R2均大于95%, 与实测值的拟合程度非常高。从图5和图6可知, 在监测初期地表变形较大, 变化速率较快, 但随着时间推移, 增幅逐渐减小, 变化趋于平缓。到了监测后期, 监测数据趋于稳定。由拟合曲线的趋势分析, 地基的工后沉降较小, 由此可见, 水泥搅拌桩能很好地进行淤泥质软土的地基处理, 可防治桥头处淤泥质软土段的桥头跳车的发生。

4　结论

本文在已有研究的基础上, 结合浙江省湖州市创业大道跨长湖申线大桥工程, 进行了水泥搅拌桩处理淤泥质软土路基, 防治桥头跳车的探讨。用水泥搅拌桩对软土路基进行了处理, 随机抽选其中3根水泥搅拌桩进行了桩基静载试验, 得到了沉降—时间曲线, 各参数均符合地基处理的承载力要求, 地基承载力得到了有效提高。通过桥头段2个断面工后的变形监测发现路基沉降较缓慢, 且变形速率在施工之后几个月内便逐渐变小, 各时间段的工后沉降值符合桥头地基的变形要求, 有效地防止了道路使用中桥头跳车现象的发生。

［1］ 龚晓南. 复合地基设计和施工指南［M］. 北京：人民交通出版社，2003：33.

［2］ 牛志荣. 地基处理技术及工程应用［M］. 北京：中国建材工业出版社，2004：26.

［3］ 周国钧. 岩土工程治理新技术［M］. 北京：中国建筑工业出版社，2010：17.

［4］ 孙筠. 已建软基桥梁桥头跳车的处治方法机理分析及试验研究［D］. 杭州：浙江大学，2010.

［5］ 肖念婷，杨有海，师歌. 桥头跳车及防治措施研究综述［J］. 公路交通技术，2008（2）：94-97.

［6］ 李平均，郭小刚，傅文桥. 基于ANSYS的组合荷载作用下水平受荷桩的有限元分析［J］. 湖南文理学院学报（自然科学版），2015，27（3）：55-61.

［7］ 马海龙，陈云敏. 水泥土桩长等对承载力及模量影响的定量分析［J］. 岩土工程学报，2003，25（6）：720-723.

［8］ 徐晓斌. 水泥搅拌桩检测与评价方法研究［D］. 长春：吉林大学，2006.

［9］ 崔伯华，何开胜，范明桥. 施工中闸基水泥土搅拌桩质量检测与评估［J］. 施工技术，2004，33（10）：51-52.

［10］ 黄荣坛，周炳辉. 水泥土搅拌桩强度检测的探讨［J］. 广东建材，2007（11）：166-168.

［11］ JGJ106-2003，建筑基桩检测技术规范［S］. 北京：中国建筑工业出版社，2003.

［12］ 徐明，宋二祥. 高填方长期工后沉降研究的综述［J］. 清华大学学报（自然科学版），2009，49（6）：770-773.

（责任编校：江河）

Test and application of cement mixing pile in the soft soil subgrade

Zhou Zhengyong
(Hainan Branch, China Railway Material Group Co Ltd, Haikou 570100, China)

The soft soil subgrade is managed using cement mixing piles at the head of eastern approach span of Shenxian Great Bridge Engineering in Kuachang Lake, Chuangye Road, Huzhou City, three of which are chosen randomly to carry out pile foundation test under static loads, and the deformation of two sections at the head section of the bridge are monitored after the work. The results show that the bearing capacity of foundation soil has improved effectively; the subgrade settlement was slow, and its deformation rate became smaller gradually and which accords with the deformation requirements of the foundation at the head of bridge.

cement mixing pile; silt soft soil subgrade; foundation treatment; static load test of pile foundation; deformation monitoring

U 416.1

1672–6146(2016)02–0060–03

10.3969/j.issn.1672–6146.2016.02.014

周正永, 1506338134@qq.com。

2016–01–28