水泥搅拌桩法在公路软基处理中的应用

陈凤熔

（中铁隧道局集团路桥有限公司，天津 300300）

0 引言

软土路基是指道路施工中土质比较软弱，孔隙较大，透水能力较强的土壤结构。在山东滨海城市，分布着大量的河流与湖泊，从而使得路基土中的含水率较高，因此，山东部分地区的路基中包含着众多的淤泥、沼泽、泥炭类软土，这些软土往往承载能力较低，可压缩性较大、含水率较高，并且在道路竣工后，路面极易出现沉降、裂缝等病害，严重影响公路使用寿命。为了避免上述现象的发生，许多公路在施工时都会采取相应的技术，对路基土进行换填或加固，以保证道路的长期稳定[1]。

1 工程概况

某公路全长15.3km，双向六车道，设计时速为80km/h，路基所在地区软土较多，含水率较高。据估算，软基地段超过9km，约占60%。从地势来看，工程区北高南低；从地貌上看，该地区存在着众多鱼塘、滩涂、沼泽，致使土基中含水率较高，而在此类土基上修筑公路，易遇到饱和淤泥质黏土和松散粉细砂层，若处治不当，不仅施工难度大，也极易引起服务期路基路面的开裂情况，造成桥头跳车和坑槽、裂缝等病害。同时，该施工区域地形平坦、开阔，地下水丰富，水位高，周边石材少、海砂资源丰富。路基填土高度低，地基长期受水浸泡、海洋涨潮退潮的冲刷等，要保持路基的长期稳定，不仅施工难度大，且需要提前做好相应的处理措施[2]。为确保本项目路基施工后可以长期保持稳定，选取K1+050—K2+550 标段作为试验路段，并对此试验路段展开研究，作为本项目施工的参考依据。本项目公路路基路面详细结构见表1～表2。

表1 公路路基样式

表2 公路路面结构层样式

2 水泥搅拌桩法在工程实践中的应用

2.1 软土路基的破坏形式

高速公路高填深挖路基边坡的稳定性与很多因素有关，可以分为外部因素和内部因素两大类。软土路基的破坏形式表现为路堤边坡失稳和变形。边坡失稳主要是由于路基边坡在填筑时填筑速度过快、压实度不足、边坡坡度过大或者路基的承载力不足，从而导致边坡产生剪切变形，引起路基失稳。软土路基的变形主要是由于路基土自身的可压缩性大，而土体颗粒多为饱和状态，在受力作用下，土颗粒被压缩，土体中的水分被挤压排出土体，使得土体在荷载作用下产生竖向变形和侧向膨胀。一般情况下，软基的变形可分为两个部分，第一部分为施工阶段引起的，通常情况下被称为瞬时沉降，但实际情况下，路基的变形并不是瞬时产生。第二部分主要是在道路的运营阶段，此时产生的沉降也称为工后沉降。对于软土路基地区而言，路基的工后沉降往往需要的时间比较长，因为路基中的水分不是瞬时被挤出，经过荷载的长期作用，孔隙中的水分才会被逐渐排出，土基逐渐密实，承载能力变大[3]。

2.2 软基特性与处治方法

本项目所属地区软土多属滨海相沉积，作为软土路基具有如下突出特点：

（1）软土为饱和淤泥质黏土和粉细砂，成分、结构复杂，分布不均匀。

（2）地下水位高、水量大、难以疏排。

（3）低填路堤较多，扣除路面结构层0.84cm 后，填高一般多在0.5～2m之间。

针对不同的软土类型，其处治方法也各不相同，软土与对应的处治方法见表3。

表3 软基特性与处治方法

2.3 加固技术的对比

本项目所在地区为滨海相沉积型软土，对于该类型的软土路基，处理时多选用换填法、浅换加筋法（格栅、格室）、抛石挤淤法（片石+碾压或强夯）、强夯法（强夯或强夯转换）、水泥搅拌桩（干法、湿法）。其中，浅层软基的处理主要使用换填法、加筋法等，深层软基的处理主要使用排水固结法、抛石挤淤法、深层搅拌法、水泥搅拌桩法等。由于本项目所在地区软土层较厚且分布广泛，不适宜使用换填法和加筋法，但若使用抛石挤淤法则需运输和购买大量的换填土以及碎石，强夯法也很难对本工程所在地区软土进行夯实，因此，本文选用水泥搅拌桩法进行软基的加固[4]。

水泥搅拌桩法对软基加固的原理是依靠水泥与软土在水的作用下产生的一系列物理化学反应，从而使软土凝结硬化成一个整体，提高软基的承载能力。

2.4 水泥搅拌桩施工工艺

本项目所布设的水泥搅拌桩按等边三角形进行设置，桩径的大小为650mm，两桩基之间的距离为1 000mm，见图1。

图1 水泥搅拌桩布设方案

由于水泥搅拌桩对于水泥的性能要求较低，因此本文选用比较常见的P·I 42.5 硅酸盐水泥，依据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30—2005）对该水泥的性能进行检测，结果见表4。

表4 水泥性能试验结果

根据表4 检测结果，可以看出，本项目所选的P·I 42.5 硅酸盐水泥，满足规范要求，可以用于项目施工。由于水泥搅拌桩是利用水泥与土体发生物化反应，从而提高土基强度，因此，需要在施工前确定混凝土的最佳水灰比[5]。本文在0.40～0.50的区间内设置六组不同的水灰比，通过室内试验，测得的7d、28d 无侧限抗压强度如表5所示。

表5 水泥与土硬化物抗压强度检测结果

对上述数据分析，见图2。

图2 水泥与土硬化物抗压强度

结合图2 和表5 可以看出，在上述6 组水灰比中，水灰比为0.44 时7d 和28d 的无侧限抗压强度最大，因此，本项目水灰比选择为0.44。确定好水灰比后进行搅拌桩施工，具体施工工艺流程见图3。

图3 水泥搅拌桩施工流程

依照上述流程，施工完成后进行承载能力和沉降量的检测。

2.5 桩基承载力检测

（1）承载力检测

根据上述步骤，完成对试验桩的施工。施工完成后，对试验桩的7d 和28d 无侧限抗压强度进行检测。检测结果表明，试验桩的7d 无侧限抗压强度为0.61MPa，28d 无侧限抗压强度为1.25MPa，复合搅拌桩的承载能力达到142kPa，均满足设计要求。

（2）沉降量检测

对本项目的沉降量采用现场静载试验进行检测，检测结果见表6。

表6 沉降量检测结果

根据表6，对沉降量进行分析，见图4。

图4 沉降量检测结果

根据表6 和图4 可知，使用水泥搅拌桩后的沉降量大大减小，小于300mm，说明土体的整体强度得到提高，本文所使用方法取得了良好的效果。

3 结语

本文依托某公路工程，对该地区软基类型和特性进行分析，并采用水泥搅拌桩加固技术，对该地区的软土路基进行加固。结果表明：采用0.44 的水灰比，以间距1 000mm、直径650mm 等边三角形布设搅拌桩，其承载能力得到大大提高，单桩承载能力大于1.0MPa，复合桩的承载能力大于140kPa，沉降量小于300mm，软基加固取得了良好的效果。