超高含水率淤泥地质搅拌桩成桩试验研究

李俊峰

（华设设计集团股份有限公司厦门分院，福建厦门361000）

0 引言

近年来，随着吹填造地区项目增多，众多大面积的淤泥软土地基处理被投入使用。由于刚吹填的造地区，吹填淤泥含水量高，机械无法进场施工。根据以往经验，主要是先由造地工程对整个地块进行预处理（如真空预压），满足机械上场条件后，再由各个地块根据相关标准进行二次地基处理。而对于在吹填造地未进行地基处理的基础上（未进行真空预压）直接采用搅拌桩一次性处理到位的案例较少。因此结合某道路的地基处理，并选择了非常规的机械设备浮筒式搅拌桩（可直接在吹填流泥区进行施工作业，不受施工条件限制），进行了试桩工程，并依据现场试验检测情况，综合评判浮筒式搅拌桩在道路地基一次性处理的可行性。

1 工程概况

该道路为片区主干路，要求运行速度不可超过60km/h，道路红线宽43m。主要建设内容包括道路工程、管线综合等市政配套设施。

2 地形地貌与地质特征

该道路沿线现状场地主要为农田、吹填区。其中K1+673～K2+760 位于吹填区，场地内原始地貌是海湾滩涂，标高设定在-1.0～0.5m 范围内现已完成淤泥吹填工作，标高增高至5.5m，多数淤泥呈流塑状态，施工机械难以进场。

根据钻探揭露，K1+673～K2+760 段，吹填淤泥厚度为3.5～5.2m，下伏淤泥1.6～5.0m，软土总厚度为5.1～10.2m。拟建场地岩土体的分布及特征按埋藏顺序分述如下：

吹填淤泥③a：该层沿线吹填造地区部分钻孔有分布，厚度为1.60～5.20m。呈灰黑色，含水量约在80%～100%范围，饱和，流塑状，成分由黏、粉粒组成，混10%～35%石英中、细砂，见贝壳碎屑等。原状芯样摇振无反应，属高压缩性土，力学强度低。

主要地层岩土设计参数表，详见表1。

表1 岩土设计参数表

3 试桩

3.1 试桩目的

3.1.1 确定浮筒式水泥搅拌桩是否能在吹填的淤泥（超高含水量）上成桩。

3.1.2 提出合理的设计参数、施工工艺，为道路及类似工程提供设计依据。

3.2 试桩区域选择

此次吹填淤泥工作涵盖三种形态：软塑状、流塑状吹和流泥。对比流泥状态，含水量最差，约为100%，而流塑状的含水量高达78%，软塑状约为60%，且下伏原状淤泥含水量数值为65%(见表2)。

表2 试桩区域位置

1 号块主要为流塑状吹填淤泥与原状淤泥，软土厚度较薄，地质条件较好；且离周边进场的道路较远，不便于材料进场运输，试桩造价较高。

2 号块涵盖了所有淤泥的状态，地质条件最差。

3 号块主要为软塑状吹填淤泥、流塑状吹填淤泥与原状淤泥，地质条件次之。

因此工程试桩区域选择比较有代表性且便于施工入场条件段进行试桩，为此后续试桩在软土条件最差、且便于施工的部位靠近便道的2 号及3 号地块开展，地质剖面详见图1。

图1 地块地质剖面

经水泥搅拌桩施工工艺对比，考虑常规的搅拌桩无法进入吹填造地区，因此此次采用浮筒式搅拌桩施工工艺。在施工项目中，软土层整体水量较高，孔隙比大，很容易被压缩，更加灵敏，依据地基处理经验，结合专业性的特征分析，可选用大直径固化桩混合水泥的策略，桩径设定为1m，应用四搅两喷的施工工艺。

3.3 试桩参数及要求

水泥搅拌桩的处理深度参数设计标准，最大处理深度为13m。对于该工程中，水泥搅拌桩使用浮筒式施工策略，具体的试桩要求是：

3.3.1 试桩水泥搅拌桩中原材料使用普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5 级，水灰比设定为0.7，水泥掺量为18%、20%。

3.3.2 外掺剂选择中，依照室内试验结果，相应的予以增添。

3.3.3 强度要求中，水泥搅拌桩单桩直径在0.8m 的，实际承载力超过12 吨。随着水泥搅拌桩直径增大，承载力相应提升，此时复合地基承载力超过80kPa。要求桩体水泥土，室内无侧限抗压强度高于0.8MPa 标准，现场施工强度也应在0.6MPa 以上[1]。

综上所述，此次搅拌桩试桩的位置、桩径、间距及根数等参数详见表3。

表3 试桩参数表

4 检测

4.1 室内水泥试块试验

此次选取不同的水泥掺入量，进行室内配合比试验（见图2），完成相应的无侧限抗压强度数据统计（见表4）。对于水泥掺入比分类设定，结合图表内容，不同配比的水泥固化吹填土强度各不相同，均超过0.8MPa。由于现场施工水泥搅拌情形特殊，与室内相比，均匀性可能受到限制，可能折减现场强度数值，一般情况下，折减率为1/2，如果预计现场目标强度为0.6MPa，选择18% 或20% 的配比完成现场试桩工作。

表4 无侧限抗压强度表

图2 室内混凝土试块

4.2 标贯-桩身质量

标贯是根据锤击数来推定土的力学特性的一种原位试验方法。根据打入的锤击数，检验桩体强度沿深度变化情况及均匀性。

此次选取了3-20-100-220-1 试验桩进行标贯试验。根据相关文献的经验公式，锤击数N=30 时，强度能达到1.0MPa 左右，从表5 可知，不同深度的水泥搅拌桩锤击数N 均为50 击以上，强度大于设计要求。

表5 水泥搅拌桩标贯击数

4.3 钻芯法检测桩身强度

根据表6 及图3 可知，浮筒式水泥搅拌桩28d 强度均＞0.6MPa，满足水泥土强度设计等级的要求。

图3 水泥搅拌桩取芯

表6 水泥搅拌桩芯样强度检测结果

4.4 单桩竖向静载荷试验

通过分散竖向的荷载，确保单桩受力是均匀的，进行单桩变形观测，知晓分级荷载特点，随着沉降速率逐步稳定，每增加一级荷载施加，探究不同荷载下的单桩桩顶沉降效果，完成静载试验的Q—s 曲线和s—lgt 辅助曲线图绘制，从而结合曲线公式，推算单桩竖向抗压承载力特征值，具体结果详见图4、表7。

图4 单桩承载力曲线图

表7 水泥搅拌桩单桩承载力检测结果

4.5 复合地基竖向静载荷试验

将总竖向荷载进行分级施加，由多桩复合地基予以承担，相应的观察并测量复合地基的变形效果，随着沉降速率达到稳定标准后，再施加下一级荷载，实际检测复合地基的不同荷载沉降表现，完成曲线绘制，从而推算出复合地基的承载力特征值[2]，具体结果详见表8。

表8 水泥搅拌桩复合地基承载力检测结果

从表8 及图5 可知，浮筒式水泥搅拌桩单桩承载力和复合地基承载力均满足设计要求。

图5 复合地基承载力曲线图

5 结语

经对试桩结果进行检测，证明在吹填造地区未经真空预压预处理而直接实施水泥搅拌桩，工艺可行，检测合格。浮筒式搅拌桩作为吹淤造地区中道路软基处理的核心组成，建设工期短，施工速率较高，具有极佳的经济性，与传统方式相比，处理效果更好，对此广泛的使用浮筒式搅拌桩，提升软基处理的可行性，成为吹填土地基处理的一种优选方案。