水泥搅拌桩在高填方软基路段的探索与应用

罗吉庆

(广东高恩高速公路有限公司， 广州 510600)

水泥搅拌桩是高速公路建设软土地基处理方法中应用最广泛的桩型之一[1-5]，多用于填土高度小于7 m的填土软基路段[6]，在高填土软基路段的应用缺乏经验。本文以佛山高明至江门恩平高速公路K20+076～K20+513段复合地基处理为例，对高填方水泥搅拌桩的应用进行有益探索。

1 工程概况

高恩高速公路K20+076～K20+513段路基填土高度8.6 m～14.4 m，软基主要为淤泥、淤泥质土，软土分布面积约33 828 m2，软土埋深0.2 m～7.1 m，厚度2.1 m～6.7 m，平均厚度5.47 m。根据地勘报告[7]，各地层的力学指标如表1所示，地质情况如图1所示。

单位：m

表1 各地层工程特性指标取值

2 施工方案

2.1 方案比选

K20+076～K20+513段路基原设计为一般路基段，经地质补勘揭示该段范围存在软土。为确保软基处理方案合理、经济、安全及适用，项目组组织专家对该段软基处理方案进行了深入研究，并对换填、塑料排水板、双向水泥搅拌桩、素混凝土桩、管桩方案进行比选。各方案的比选结果如表2所示。通过比选，统筹考虑工期、造价，最终选择水泥搅拌复合桩方案作为该段软基处理的施工方案。

表2 K20+076～K20+513段软基处理方案比选

2.2 推荐方案稳定性验算

依据相关规范[8-10]，采用理正软件选取最不利断面K20+200，如图2所示，计算参数如表1、表3、表4所示。

表3 各地层桩基设计参数建议值 kPa

表4 K20+200断面主要基础数据 m

单位：m

1) 稳定性验算结果

计算结果如表5所示，路基稳定系数>1.2，满足规范[8]要求。

2) 沉降验算结果

路基沉降计算结果如表6所示，路基工后沉降<0.3 m，满足规范[8]要求。

3) 单桩承载力及复合地基承载力验算结果

计算结果如表7所示，按路基上部荷载计算，复合地基承载力满足要求。

表5 路基稳定性计算结果

表6 路基沉降计算结果

表7 单桩承载力及复合地基承载力计算结果

注：路基承载力要求参照《湖南省公路工程路基地基承载力触探试验暂行规定(试行)》；同时广东省涵洞标准图中，填土高度12 m～14 m的4 m×4 m盖板涵洞地基承载力基本容许值要求大于180 kPa。考虑到涵洞对路基承载力的要求较路基大，故表7中要求路基承载力大于155 kPa。

3 施工工艺确定

为确保拟定施工方案的可行性，在大规模开工前，需确定合理的施工参数、验证水泥搅拌桩的成桩效果，为此，对不同水泥用量、桩径、施工工艺等共7种方案进行了试桩试验，成桩后经抽芯、检测单桩承载能力和复合地基承载能力，结果如表8所示。最终确定施工工艺和参数如下：桩直径0.5 m、间距1.2 m，梅花型布设；桩长7.5 m，上部3.5 m采用“四搅三喷”、水泥掺量80 kg/m；下部4 m采用“两搅两喷”、水泥掺量60 kg/m。

4 施工过程

4.1 水泥浆制备

水灰比控制约0.6、比重1.734，水泥浆搅拌时间不少于4 min，浆液需随拌随用，且备用浆不超过2 h。

4.2 钻机就位

桩基首先要对中，然后调整钻杆的垂直度，且<1%，桩位偏差≤5 cm[6]。

表8 试桩情况

4.3 钻进施工

钻进、提升速度按0.8 m/min控制。具体施工顺序为：1) 钻进至设计桩长，下钻过程边搅拌边喷浆，喷浆40.5%；2) 提升钻机至桩顶，提升过程边搅边喷浆，喷浆40.5%；3) 重新钻进至桩顶下3.5 m，下钻过程只搅拌不喷浆；4) 再次提升至桩顶，提升过程边搅边喷浆，喷浆19%，一根桩施工完成。

5 检测与监测

5.1 芯样检测与荷载试验

根据GDJTG/T E01—2011《广东省公路软土地基设计与施工技术规定》，对K20+076～K20+513段27 741根水泥搅拌桩按0.5%比例随机抽取并进行取芯检测[11]，按0.1%比例进行复合地基静力荷载试验。完成的140根抽芯桩中，桩身均匀性好的38根、一般的97根、差的5根；完成的31根复合基地静力荷载试验桩中，有8根桩f极限≥1.6fspk(f极限为极限荷载，fspk为设计承载力特征值)，有20根桩f极限≥2fspk，有3根桩因试验过程中变形超过上一级荷载的5倍，根据DBJ 15-60—2008《建筑地基基础检测规范》[12]规定终止了试验。根据水泥搅拌桩特点，应重点关注桩身的完整性、强度及桩长，并结合极个别试验桩单桩承载力不满足要求的实际情况，经进一步验算，该段路基稳定的安全系数为1.443，满足规范要求。

5.2 软基监测

5.2.1 监测方案

为指导路基填筑施工速率，保障路基安全稳定，同时验证方案的可行性，施工过程中对该段软基进行了专项监测。内容包括地表沉降、位移边桩、深层水平位移、分层沉降、土压力。根据路基填高、软土分布厚度与性质，监测断面如表9所示，测点布置如图3所示，监测频率如表10所示。

5.2.2 定值参考指标判断

综合国内工程实例[13-17]和相关规范，本项目确定的沉降控制标准如表11所示。

表9 监测断面

图3 监测断面测点布置

表10 监测频率

表11 监控控制标准

5.2.3 监测结果分析

根据监测数据显示，该软基段实际最大变形出现在K20+150断面处，本文选用该断面检测数据对路基稳定性进行判断。除个别阶段因填土速度过快导致沉降速率较大外，其余时期沉降均能控制在标准范围内。高恩高速于2019年4月3日通车，通车前后1年多的位移沉降数据如图4所示。由图4可知，路基处于稳定状态，进一步验证该段水泥搅拌桩复合地基综合处理方案可行。

图4 K20+150断面沉降速率曲线

6 结束语

本文以高恩高速公路K20+076～K20+513段软基处理为例，系统介绍了施工方案、施工工艺、成桩试验检测、软基路段监测，得出以下主要结论：

1) 通过方案比选可知，水泥搅拌桩复合地基处理方案施工工艺简单、易于质量控制、造价较低，是软基处理最有利的方法，因此推荐使用该方案。

2) 通过工艺优化，根据土层上下地质情况差异提出了上部3.5 m采用“四搅三喷”、水泥掺量80 kg/m，下部4 m采用“两搅两喷”、水泥掺量60 kg/m的新施工方案，既满足了桩身完整性要求，又节约了造价。

3) 通过对推荐施工方案桩基稳定性验算、成桩芯样检测、单桩承载力及复合地基承载力验证，并对软基路段填土过程中的位移、地表沉降、土压力进行动态监测。结果表明，水泥搅拌桩复合地基处理方案(含反压护道)可适用于填土高度8 m～14 m的高填方软基路段。