几种软土地基处理方式在工程施工中的应用 ——以武汉鹦鹉洲长江大桥汉阳接线工程为例

曾翔鸿

(武钢绿色城市建设发展有限公司　湖北　武汉：430080)

武汉鹦鹉洲长江大桥是武汉二环线的重要组成部分，其中汉阳接线工程江堤立交段起点位于汉阳法院附近，终点位于鹦鹉大道与马鹦路交叉路口，起止桩号K8+115.4～K9+235，根据地质勘察报告情况，拟建场区存在不良地质条件，主要由层厚不一的杂填土、淤泥质土、软塑～可塑状一般粘性土等不良土层组成，且场区内还存在河道和水塘,地质分布见表1及图1。

表1　工程地质分区说明

图1　鹦鹉洲长江大桥汉阳接线工程地质分布图

为保证桥梁支架体系安全，保证道路施工质量，施工中必须对现状软基进行处理。武汉鹦鹉洲长江大桥汉阳接线工程针对不同区域的地质情况，结合软土覆盖深度、土质特征、结构承载力要求等不同因素，在软基处理过程中，采取了清除换填、抛石挤淤、水泥搅拌桩、HAS搅拌桩、HAS固化土等几种软基处理方式。现我结合这几种软基处理方式在本工程的应用情况，浅谈一下这几种处理方式适用的范围及应用过程中存在的相关问题。

1　清除换填方式

清除换填方式是软基处理中比较常用的方式，适用范围一般软土埋深小于3m时采用，主要工艺流程为：

清除地表下杂填土、淤泥质土等不良土质→换填碎石、好素土等填料→分层碾压至设计高程。

清除换填方式处理的软土地基，若能严格按设计、规范施工，通常情况下，均能达到较好的处理效果。但对于市政工程施工来说，具有其特殊性，可能存在如下问题：

(1)弃土场不仅位置难寻，而且往往距离施工现场较远，施工成本大；

(2)由于城市管理的需要，在实际施工中，土方开挖外运作业只能在夜间进行，施工连续性不强，受天气制约因素大，施工进度慢；

(3)施工时受城市地下管线等因素的影响，换填料填筑碾压不足，施工质量不宜保证。

清除换填方式在武汉鹦鹉洲长江大桥汉阳接线工程采用的区域主要集中在杂填土层较厚，只需做浅层换填即可满足上部荷载要求的区域。

小结：清除换填方式在市政工程建设中建议尽量有选择性采用，方式确定前，应做好周边环境、资源的充分调研；与相关政府职能部门做好充分沟通，确保施工过程的连续性。

2　抛石挤淤方式

抛石挤淤方式主要适用于常年积水且排水困难、厚度较薄(通常3米～4米以内)、表层无硬壳且片石能沉达底部的软土地基。其主要工艺流程为：

河道和水塘围堰或引流→抽干路基范围内的水→用高压水枪清除表面流动状态浮淤→抛填不易风化且尺寸通常不小于0.3m的块石挤出路基范围淤泥→按设计和规范要求回填碎石或好素土并分层碾压至设计高程。

抛石挤淤处理软土地基的方式尤其对于土质特软施工机械难以进入、或表面存在大量积水无法排出时具有较大优势。但在实施过程中也存在一定问题：

(1)抛石挤淤的方式需要大量块石，施工前需做好资源调查，以保证现场所需；

(2)此种方式由于浮淤厚度及淤泥的深度不好准确界定，工程数量需根据现场实际情况进行计量。

(3)若挤出的淤泥需清运，清运淤泥的工程数量难以确定，需通过现场试验段确定相关比例。

抛石挤淤方式在武汉鹦鹉洲长江大桥汉阳接线工程应用主要集中在马鹦路南侧现有夹河区域及原鱼塘区域。

小结：抛石挤淤方式在高流塑性淤泥质土处理时较常采用，采用此种方式施工时，一定要在工程计量环节做到多方参与见证，让计量合理合规。

3　水泥搅拌桩方式

水泥搅拌桩方式是目前软土地基处理中常用的一种方式，其适用范围一般针对软土埋深大于3m的软土地基。主要做法是利用水泥作为固化剂通过搅拌桩机将水泥来回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，使软土硬结而提高基础强度，可分为湿法和干法。湿法以水泥浆为主，搅拌均匀，易于复搅，水泥土硬化时间较长；干法以水泥干粉为主，水泥土硬化时间较短，能提高桩间的强度，但搅拌均匀性欠佳，很难全程复搅。水泥搅拌桩的主要工艺流程为：

桩位放样→搅拌桩机就位→检验、调整搅拌桩机→制备水泥浆→钻进至设计深度→打开高压注浆泵→提钻并喷水泥浆→重复搅拌下钻至设计深度→提钻并喷水泥浆至地表→成桩结束→移位下一根桩。

按照水泥搅拌桩的施工规范要求，桩基施工前需进行试桩，试桩的主要目的是检验用水泥作为固化剂是否满足土体的成桩要求，同时确定相关的施工工艺参数。在武汉鹦鹉洲大桥汉阳接线工程中，马鹦路南侧大部分区域地质覆盖杂填土层、软塑～可塑状一般黏性土层及淤泥质土层，施工单位进场后，按照设计和规范要求进行水泥搅拌桩试桩，试桩数量为5根，分别采用湿法和干法工艺成桩。试桩前根据地勘报告和土工试验资料按“桩长×桩的设计截面积×土的密度×掺入量系数(设计提供16%-18%)”确定出水泥掺量，严格按照设计要求“两喷两搅”的施工工艺操作，并邀请设计、监理旁站监督，试桩完成7天后，经开挖检查发现5根试桩均无法成桩。

分析水泥搅拌桩无法成桩的主要原因，结合施工记录和地质资料，该区域内地质土中有机质含量较高，难以有效使土与水泥发生物理反应后硬结导致水泥搅拌桩无法成桩。

小结：水泥搅拌桩的确是一种处理深层软基常用的方式，但将水泥作为土壤固化剂并不是适用于任何土质，因此在采用水泥搅拌桩工艺处理软基前，必须按规范要求严格试桩，只有在试桩满足成桩要求、单桩承载力及复合地基承载力要求后才能开始桩基施工，切勿为抢工期，未经试桩盲目大范围施工从而造成不必要的经济损失。

4　HAS搅拌桩方式

HAS搅拌桩施工工艺与水泥搅拌桩相同，其本质是将水泥搅拌桩中的固化剂水泥替换成了HAS土壤固化剂。HAS土壤固化剂由武汉大学与科技公司联合研制，根据研制方介绍，HAS土壤固化剂具有明显改善有机质土，使其有效固结增加强度的作用；且HAS土壤固化剂掺入量可低于水泥掺量，成本投资基本没有变化。

在武汉鹦鹉洲长江大桥汉阳接线工程中，经设计院结合HAS土壤固化剂的物理特性制定了试桩方案，将HAS掺量确定在12%-13%，分别按两种掺量试桩5根，试桩位置仍选择在水泥搅拌桩无法成桩区域。为利于搅拌桩成桩，试桩时采用了湿法工艺，全程复搅，同时考虑到固化剂的掺量较水泥低，搅拌时适当降低桩机提升速度，以保证浆体与土壤搅拌均匀，施工时所有操作严格按照设计和规范要求，监理工程师全程旁站监督。完成所有试桩，3天后开挖判断成桩效果良好，经采用轻型动力触探检查桩身均匀性良好；28天后随机抽取2根桩芯进行室内无侧限抗压强度试验，芯体抗压强度均大于1.0MPa，满足设计要求；同时在随后的单桩抗压静载荷试验中，HAS固化剂掺量12%的搅拌桩单桩承载力刚好满足120kN的设计要求，而HAS固化剂掺量13%的搅拌桩单桩承载力明显高于120kN的设计要求；而通过复合地基静载荷试验，HAS固化剂掺量12%的搅拌桩复合地基承载力特征值为89kPa，略低于90kPa的设计要求，HAS固化剂掺量13%的搅拌桩复合地基承载力特征值为111kPa，明显高于90kPa的设计要求。试桩工艺及相关试验数据经设计单位验算后，认为HAS固化桩完全可以适应该类不良土质，试桩试验数据满足设计要求，确定HAS固化剂掺量13%的搅拌桩作为本工程此类土质软基处理的设计方案。施工后经工后沉降观测，能够满足设计要求。

小结：搅拌桩是深层软基常用的处理方式，在选择搅拌桩作为软基处理方案时，必须充分考虑土质情况、施工条件、施工成本投入等因素，在选择搅拌桩的固化剂时必须针对具体的土质情况，并通过严格的试桩试验合格后方可最终确定。

5　固化土方式

固化土方式与清除换填方式一样主要适用于软土或杂填土覆盖层小于3m的软土地基。主要通过在土质中掺入固化剂，使土与固化剂发生物理反应后硬结，从而提高土质的地基承载力。市政工程采用固化土方式主要考虑中心城市市政工程特性，施工范围就近区域难以找到合适的换填土源，加上考虑工程在施工组织协调、城市管理、施工工期和施工质量控制上的难度，当固化土方式改良土质可行的情况下可较多采用。固化土的主要工艺流程为：

施工放样→开挖至改良层设计高程底归堆→按设计掺量加入固化剂拌合→按设计及规范要求分层摊铺整平→碾压→养生→试验检验合格→下层固化土施工。

由于固化土同样是通过土与固化剂发生物理反应硬结提高地基的承载能力，因此固化土中的固化剂选择上也要充分考虑土质情况有针对性选择，并通过试验段铺设的试验数据最终确定。在武汉鹦鹉洲长江大桥汉阳接线工程中，由于工程地处市中心，难以找到合适换填土源，设计单位在调整原清除换填设计方案时，结合搅拌桩的施工经验，针对工程区域土质有机质含量高的情况，制定了掺加5%(即每方掺95kg)HAS固化剂的改良土试验方案，同时选定试验区域进行固化土改良路基试验。试验段固化土拌合采用挖掘机现场拌合，试验段开挖至改良土路基设计高程底后，将拌合好的固化土分层填入路基基槽，每层虚铺厚度30cm～35cm碾压成型；由于考虑到工程区域表层均为杂填土，而杂填土所做击实试验得出的相关数据变化较大，难以通过压实度来检测路基压实情况，因此最终确定通过检测路床弯沉值作为试验段试验依据，每层压实判断为碾压无明显轮迹、无弹簧。试验段铺设完成后，充分考虑固化剂后期增长强度，以14天弯沉值检测，试验段路床代表弯沉值为259(1/100mm)满足小于300(1/100mm)的设计要求，最终设计单位确定3m以内软土地基处理采用路床顶面下1.5m范围掺加5%HAS固化剂改良的设计变更方案。施工后经工后沉降观测，能够满足设计要求。

小结：固化土方式是浅层软基处理的一种较好的方式，固化土方案的确定必须结合实际土质情况，依据试验段选择出合适的固化剂、得出相关工艺参数后，在满足上部荷载要求的情况下方可选择使用。

6　结束语

本文列举的几种软基处理方式在工程施工中较为常见，这几种方式在武汉鹦鹉洲长江大桥汉阳接线工程均进行了应用，处理方式的适用范围和软基处理后达到的效果均不尽相同。通过本文分析，我们不难看出，当这几种软基处理方式应用在市政工程上时，一定要结合市政工程施工特点，因地制宜，在能够保证工程施工质量前提下，尽量采用施工便捷、投资较少、受外部因素影响较小的处理方式；处理方式选择后，必须通过现场试验论证，以确保所选择的处理方式满足现场土质的施工条件，施工效果最终达到设计及规范要求的质量标准。

[1]建筑桩基技术规范[S].JGJ94-2008.

[2]建筑地基处理技术规范[S].JGJ79-2012.

[3]城镇道路工程施工与质量验收规范[S].CJJ1-2008.

[4]城市桥梁工程施工与质量验收规范[S].CJJ2-2008.

[5]给水排水管道工程施工及验收规范[S].GB50268-2008.