方桩在处理泥炭质土中的应用

杨 文 军

(中国公路工程咨询集团有限公司，北京 100048)



方桩在处理泥炭质土中的应用

杨 文 军

(中国公路工程咨询集团有限公司，北京 100048)

以赤道几内亚某公路深厚软基处理工程为例，分析了采用水泥搅拌桩进行软基处理试验效果不佳的原因，并结合该项目现场实际情况，选择了换填+方桩+土工格栅方案进行软基处理，经实践证明达到了预期的效果。

泥炭质土，软基，方桩，稳定性

1 项目背景

热带地区沼泽地地下水位较高,在地表以下有一层厚几米至几十米不等的泥炭土和泥炭质土层。因泥炭质土具有土质轻、含水量高、孔隙比大、压缩性高、有机质含量高、物理力学指标低的特点[1，2],易导致道路建成后不久出现了较大的沉降破坏。为了解决泥炭质土地区道路早期损害严重的现象,新建道路加大了对软土地基的处理力度,但其处理方式目前尚处于探索之中[2]，也在不断吸取教训[3]，而泥炭质土含量较高的情况研究的更少。本文结合非洲热带地区沼泽地的实际情况，介绍了舍弃水泥搅拌桩对泥炭土质软土地基的处理缘由及采用钢筋混凝土方桩处理的效果。

2 项目软基的工程特点

2.1 工程软基概况

赤道几内亚某公路项目是赤道几内亚大陆平原地区西部重要的快速路工程，巴塔机场北侧，濒临大西洋，起点接Utonde大桥，向北延伸，终点位于Veadibe村附近，一期路线全长11 km。该项目采用一级公路四车道标准设计，设计速度80 km/h。主线路基宽度24.5 m，采用整体式路基断面。全线软基共4 096 m，占全线的37.2%。软基深度小于3.5 m共1 530 m，占全线13.9%，主要集中在树林局部积水路段；软基深度大于3.5 m共2 566 m，占全线的23.3%，主要集中在棕榈林、红树林路段，常年积水。

2.2 区域地质概况

根据项目的地质调查、地质钻探、挖探成果，获得了较详细的线路地质资料。软基主要分布在红树林、棕榈林段，通过钻探揭露地层主要情况：①粉砂：主要存在于靠近河的红树林区域，灰白色，稍湿，一般发育厚度较浅，下部存在软基。②淤泥：灰黑色～灰褐色，流塑，含大量腐殖质及植物根系，此种土普遍存在于红树林、棕榈林沼泽地段及部分水沟处地段，工程特性极差，施工时需开挖换填。③淤泥质土：灰黑色，流塑～软塑，有机质含量相对淤泥较少，工程性质差。④泥岩或砂岩地层：岩芯多为青灰色或灰黑色，属于较软岩。根据资料，本工程区域内没有地震记录。

2.3 水文地质条件

全线大段为热带雨林地带，属热带海洋性气候，潮湿多雨。局部低洼地带雨季汇水成较小河流，地表水主要为淡水，对构筑物无腐蚀性。

3 水泥搅拌桩处理软基可行性论证

搅拌桩体和四周软土组成复合地基，可以提高地基承载力、提高地基的强度、增大地基变形模量，还能阻止地下水的渗透。

3.1 室内试验分析

1)原状扰动土(湿土)室内试验。原状土土样取土位置在K3+060附近，取样深度4.0 m～5.0 m。分别进行了干喷法掺灰量为15%，20%，25%，30%，35%，40%无侧限抗压强度比较。所掺水泥为国内32.5普通硅酸盐水泥。

进行了原状土掺入水泥前天然含水率的测定、水泥土的3 d无侧限抗压强度和7 d无侧限抗压强度试验。根据图1的原状土无侧限抗压强度—水泥掺灰比关系图可以看出，水泥掺灰量40%之前，随着水泥掺灰的增加，水泥土的无侧限抗压强度缓慢增加，数据离散性较大。水泥掺灰量40%时，无侧限抗压强度急剧增大。

2)风干土室内试验。风干土土样取土位置在K3+060附近，取样深度4.0 m～5.0 m。分别进行了干喷法掺灰量为15%，20%，25%，30%，35%，40%无侧限抗压强度比较。土的含水量调成与原装土的含水量一致，所掺水泥为国内32.5普通硅酸盐水泥。

进行了水泥土的3 d无侧限抗压强度和7 d无侧限抗压强度试验。根据图2的风干土无侧限抗压强度—水泥掺灰比关系图可以看出，随着水泥掺灰的增加，水泥土的无侧限抗压强度几乎无规律可言，数据离散性较大。

3.2 水泥搅拌桩加固软基沉降与稳定性计算

由于水泥搅拌桩(水泥搅拌桩)有效加固深度12 m～15 m，小于8 m的软基采用换填+堆载预压法也可以解决。故选取K2+760附近的钻孔S-3的钻孔资料情况作为计算条件。K2+760处填土高度约4.0，路堤施工分两次填筑，填筑路基时间3个月。路面完工后沉降量为0.25 m～0.27 m，均接近0.30 m，稳定性系数1.146～1.823，工后沉降满足规范要求，稳定性基本满足规范要求。

3.3 论证结论

根据本项目的原状土和风干土对应的水泥土试验，以及换填+水泥搅拌桩加固软基计算可以看出：1)无论是原状土样还是风干土样制作的水泥土，无侧限抗压强度试验数据离散性比较大，水泥搅拌桩加固软基可靠性不高，不推荐使用。2)根据目前的试验结果，并借鉴类似工程项目。水泥搅拌桩加固泥炭质土要达到预期的设计效果，水泥掺入量要达到35%～40%，几乎是一般软土处理的3倍以上，不太经济。3)依据JTJ 259—2004水下深层水泥搅拌法加固软土地基技术规程3.0.2条的条文说明(见表1)。根据表1来看，本项目软土地基多项指标都处于效果不显著的一栏，可见水泥搅拌桩对本项目泥炭质土处理加固效果不显著，性价比不高。4)根据加蓬共和国等地的现场试桩效果来看，泥炭质土地段水泥搅拌桩处理容易出现断桩问题，桩身质量难以得到保证。5)赤道几内亚水泥比中国国内的昂贵不少，需要跟其他软基处理方案进一步对比分析，才能确定是否经济可行。6)对钻孔S-3的计算表明，采用换填+水泥搅拌桩方案进行软基处理后，工后沉降接近规范要求的临界值0.30 m，需要谨慎使用。7)在处理有机质含量较高的泥炭质土、泥炭时,由于土中有机质的存在阻碍了水泥水化反应的进行,用常规的水泥搅拌法加固时其水泥土强度一般较低,往往达不到设计要求[4]。故不推荐水泥搅拌桩作为一般路段软基的处理方案，涵洞底部处理可以考虑。

表1 水下深层搅拌桩法加固软土地基适用性指标判别

4 方桩处理软基沉降及稳定性计算

参考钻孔S6，软基深度18 m，桩号K2+867断面，换填2 m处理。基本条件：路基填高3.5 m，宽度24.5 m，边坡坡率1∶2.0，路面结构厚度0.7 m，碎石垫层厚度0.3 m。处理方式：换填+方桩+土工格栅(换填2个月；方桩施工2个月；路基填筑4个月，路面施工4个月；换填材料：粉细砂；换填深度：2 m)。计算结果：工后沉降0.03 m(满足规范要求)，地基总沉降0.08 m；路基填筑完成时安全系数2.583，路面竣工时安全系数2.360(满足规范要求)。18 m深的软基经采用换填+方桩+钢塑格栅处理后，不但工后沉降很小(不足5 cm)，且稳定性完全满足要求(安全系数大于2.0)。由此可见，该项目采用方桩处理软基是可行的。

5 最终设计方案的确定

5.1 方桩与管桩的论证比较

赤道几内亚在此之前没有方桩和管桩出售的公司，也没有方桩和管桩使用的历史。结合现场的施工条件，管桩的钢筋部分属于预应力钢筋，且管桩属于空心圆筒结构，施工工艺要求较高，现场制作质量难以保证；方桩属于实心结构且内部可不设置预应力钢筋，故施工工艺要求不高，现场可以完成。考虑到赤道几内亚未来方桩应用项目不多，不具备工厂车间批量化生产的条件。根据以上分析，最终决定采用方桩作为该项目深厚软基的处理方案。

5.2 拟采用的设计方案

根据试验和理论计算结果，该项目软基处理采用的方案为：软基深度大于8.0 m，采用换填+方桩+土工格栅处理(见图3)。针对软基深度大于8.0 m，主要集中在棕榈林、红树林段，该段常年存在积水，施工时可采取排水等措施，挖除淤泥后置换砂，砂层要高于常水位50 cm，再做施工平台。施工平台顶部标高要高于最大洪水位至少0.5 m，并确保桩基施工机械稳定。软基换填深度不小于2.0 m。

5.3 方桩施工主要注意事项

1)敷设钢塑格栅：桩顶设置桩帽，桩帽顶铺设30 cm厚碎石垫层；桩顶处设置两层双向钢塑格栅，格栅两端反包200 cm,其经向张拉力不小于100 kN/m，纬向张拉力不小于100 kN/m，延伸率不大于10%。为保证土拱效应，级配碎石层以上应采用红土粒料或粘性土填筑，填筑厚度不小于1.0 m。2)打桩前，需要对至少2.0 m深度范围内的腐殖层进行换填处理。3)锤击沉桩时，必须采取排水措施和涌土处理，以防桩身产生纵向裂缝。4)方桩桩身采用C35混凝土。混凝土强度达到70%后场内起吊，达到100%才能施打。

5.4 检测及沉降观测结果

方桩施工完成后，通过静载试验，单桩承载力能完全达到设计要求。通过低应变反射波法检验，桩身完整性完好，全部为Ⅰ类、Ⅱ类桩，无Ⅲ类、Ⅳ类桩。根据方桩处理段软基沉降观测结果, 左右半幅路基沉降量均不足10 cm，路基已基本稳定。

6 结语

通过该地基处理工程的成功,得出如下经验和结论:1)针对泥炭和泥炭质土软基路段，能否采用水泥搅拌桩处理，需要结合室内试验进行论证。水泥的掺入量过小达不到加固效果、过大则造成不必要浪费。泥炭类土采用深层搅拌法和振冲法加以处理一般都不适用[3]。2)方桩或管桩几乎可以处理所有的一般软基段。具体设计要结合项目地质情况、地基承载力要求、造价等因素进行选择。

[1] 俞亚南,张仪萍.分级加载条件下粉喷桩加固路基有限元分析[J].中国公路学报,2003,26(2):38-41.

[2] 李立合,朱维伟.水泥搅拌桩对泥炭质软土地基的处理[J].山西建筑,2007,33(30):120-121.

[3] 阮永芬,刘岳东.昆明泥炭与泥炭质土对建筑地基的影响[J].昆明理工大学学报,2003(3):121-124.

[4] 曾卫东,唐雪云.深层搅拌法在处理泥炭质土中的应用[J].地质灾害与环境保护,2002,13(2):67-69.

Application of rectangular pile treatment on peat soil

Yang Wenjun

(ChinaRoadEngineeringConsultancyGroupCo.,Ltd,Beijing100048,China)

In case of project demonstration of the deep soft foundation treatment for one road engineering in Equatorial guinea, the terrible treatment effect that soft foundation is treated by cement agitation piles is stated, in combination with the practical situation of the project site, selects the refilling civil grilling scheme for the soft foundation treatment, and proves by the practice that and achieves the desired results.

peat and peaty soil, soft foundation, rectangular pile, stability

1009-6825(2016)16-0134-02

2016-03-21

杨文军(1980- )，男，博士，工程师

TU473.1

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