水泥攪拌樁在橋頭軟基加固中的應(yīng)用
2015-03-20
隨著我國社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，政府加大了對城鄉(xiāng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資力度，特別是交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，高速公路工程項目數(shù)量日益增加。由于廣東省位于沿海地區(qū)，地質(zhì)主要以軟土地基為主，這些軟基具有壓縮性高、滲透性差、抗剪強度低和天然空隙大等特點，一旦處理加固不當(dāng)，就會使道路產(chǎn)生加大的差異沉降，進(jìn)而導(dǎo)致路面出現(xiàn)開裂、滲漏等質(zhì)量通病，甚至產(chǎn)生路基整體失穩(wěn)，嚴(yán)重影響到日常的行車安全。而水泥攪拌樁作為一種新型工藝技術(shù)，具有施工方便、工藝簡單、造價低廉和質(zhì)量容易控制等優(yōu)點，能夠使軟土固結(jié)而提高基礎(chǔ)強度，比較適用于砂土、淤泥質(zhì)土、填土和有機(jī)粘土等地質(zhì)條件中，目前在城市軟基加固處理工程中得到廣泛的應(yīng)用及推廣。本文通過探討水泥攪拌樁在橋頭軟基加固處理中的應(yīng)用，提出一些個人見解，以期提高道路日常行車的舒適性和安全性。
1 軟基拓寬處理方案比選
某市政道路廣泛分布淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土等軟土，根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料，大部分軟土深度為6.5～13.8m左右。
針對本項目的軟土的具體特點和分布情況，參照本地區(qū)施工技術(shù)成熟、處治效果較好的軟土路基處理方式進(jìn)行系統(tǒng)的分析比選。此外，考慮到工期要求以及橋頭路基工后沉降量應(yīng)小于等于10cm，綜合對比，本段橋頭軟基處理方式選擇水泥攪拌樁進(jìn)行處理。
2 水泥攪拌樁設(shè)計及施工
2.1 水泥攪拌樁設(shè)計
2.1.1 設(shè)計方案
本項目軟基處理水泥攪拌樁采用漿噴樁。樁直徑0.5m，樁間距根據(jù)各路段計算情況確定，一般為1.3～1.5m。樁的長度由沉降及穩(wěn)定計算結(jié)果確定，原則上全部穿透軟土層，并打入持力層大于等于0.5m，主要用于處理深度小于14m的軟土地基。漿噴樁在平面上呈正三角形布置(布置區(qū)域邊線與構(gòu)造物基礎(chǔ)輪廓線平行，見圖1)。漿噴樁處理段采用等載預(yù)壓，預(yù)壓期90d。樁身設(shè)計無側(cè)限抗壓強度為：R28=0.6MPa，R90=1.2MPa。
水泥攪拌樁布置范圍至路基坡腳處。橋頭處理路段水泥攪拌樁樁距1.5m；在復(fù)合地基處理段與一般路基段之間設(shè)置10m過渡段，水泥攪拌樁樁距1.7m；臺前處理長度為1.5H，H為橋臺填土高度,水泥攪拌樁樁距也是1.5m。過渡段處理采用變間距的方法，以使不同處理方案路段間的工后沉降均勻過渡，避免處治方法本身帶來的差異沉降。
2.1.2承載力
水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值一般可通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗確定，也可根據(jù)下式計算：
fsp=cRk/Ad+α(1-c)fs
式中：fsp———水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值；
c———水泥攪拌樁樁土置換率；
Rk———水泥攪拌樁單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值；
Ad———水泥攪拌樁截面面積；
α———承載力折減系數(shù)，一般可取0.5-1；
fs———原有天然地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。
2.1.3沉降
水泥攪拌樁復(fù)合地基的沉降量一般較少，主要包括兩部分：樁身以內(nèi)復(fù)合地基的壓縮變形S1和樁端往下未處理土基的壓縮變形S2。其中：
S1=(P1+P2)L(2Eps)
式中：S1———復(fù)合地基的壓縮變形；
P1———群樁體底面處平均自重壓力；
P2———群樁體底面處平均附加壓力；
L———水泥攪拌樁有效樁長；
Eps———復(fù)合地基的壓縮模量。
2.1.4 典型斷面沉降量計算
對軟基路段的橋頭路基處理進(jìn)行沉降量計算，在兩側(cè)橋頭路基選取三個計算斷面，分別為橋頭過渡段、橋頭處理段和臺前處理段。大樁號橋頭路基(0號橋臺)填高5.0m，小樁號橋頭路基(n號橋臺)填高4.5m。
從計算結(jié)果分析，橋頭路基過渡段、橋頭路基處理段、臺前段的工后沉降、總沉降均滿足設(shè)計要求(橋頭路基過渡段小于0.2m、橋頭路基處理段小于0.1m、臺前段小于0.1m)，說明水泥攪拌樁處理該處橋頭路基及過渡段能有效減小路基沉降，達(dá)到了設(shè)計要求。
2.2 材料要求
水泥采用32.5級普通硅酸鹽水泥，所購置的水泥應(yīng)是國家的免檢產(chǎn)品，且在有效期內(nèi)使用；嚴(yán)禁使用受潮、結(jié)塊、變質(zhì)的劣質(zhì)水泥。對非免檢廠生產(chǎn)的水泥，應(yīng)分批提供有關(guān)標(biāo)號、安定性等試驗報告。水灰比一般采用0.4～0.45。
2.3 施工質(zhì)量控制及質(zhì)量檢驗
2.3.1 質(zhì)量控制
施工時的質(zhì)量控制應(yīng)符合以下規(guī)定：
a)漿液拌制必須按預(yù)定的配合比進(jìn)行，拌制好的漿液應(yīng)無離析現(xiàn)象，且放置時間不宜超過2h；
b)開始泵送作業(yè)前，應(yīng)保持管路處于潮濕狀態(tài)，一遍漿液順利輸入，現(xiàn)場施工時應(yīng)對漿液拌制、泵送施工全過程進(jìn)行記錄；
c)正式施工前應(yīng)進(jìn)行試樁試驗，得出全面開展施工的的技術(shù)參數(shù)，再行開展大面積施工；試樁試驗過程應(yīng)全程記錄，如每米下沉?xí)r間、提升時間、送漿時間、停漿時間等參數(shù)；
d)提供使用的漿液必須拌合均勻，施工中供漿必須連續(xù)；如果因不可抗因素停漿，為避免斷樁，應(yīng)將噴漿攪拌機(jī)放置停漿面以下1.0m處，等供漿回復(fù)正常后再噴漿提升；
e)噴漿施工過程中攪拌機(jī)施工至至地面以下2m左右時提升速度應(yīng)減慢；當(dāng)噴漿口施工至地面時，應(yīng)暫停提升，攪拌噴漿10左右秒以保證樁頭施工質(zhì)量；
f)漿噴樁施工過程中如果噴漿量不足使得該樁失去設(shè)計功效時，必須在旁邊補充一根新樁，補充的新樁施工與其它樁施工質(zhì)量相同；
g)噴漿施工過程時，必須嚴(yán)格按試驗得到的鉆進(jìn)深度、停灰時間、噴粉時間、送漿時間等，確保施工質(zhì)量，以電流大于60A作為控制電流，確保樁體穿透軟土層進(jìn)入持力層50cm；
h)漿噴樁施工結(jié)束28d，并經(jīng)檢驗合格后，方可以填筑路基。
2.3.2 質(zhì)量檢驗
2.3.2.1 施工允許偏差
施工允許偏差檢驗項目包括樁長、樁徑、樁距、單樁噴漿量(由水泥摻量及水泥漿水灰比換算得出)和強度等。
2.3.2.2 挖樁頭檢驗
成樁7d內(nèi)，應(yīng)進(jìn)行挖樁頭檢驗，觀察樁體成型情況及攪拌均勻程度，如實做好記錄，檢查頻率為1%，開挖深度不小于1.5m，如發(fā)現(xiàn)凝體不良等情況，應(yīng)報廢補樁。
2.3.2.3 無側(cè)限抗壓強度試驗
成樁28天后，對不同軟土地質(zhì)條件、不同樁長路段，分別在整樁長度范圍內(nèi)進(jìn)行鉆芯取樣，并進(jìn)行無側(cè)限抗壓強度試驗，要求其上、中、下部(按樁長1/3等分)強度的平均值≥0.6MPa，最小值≥設(shè)計強度的1/3，抽檢頻率≥樁數(shù)的2%。
3 軟基處理效果觀測
為施工安全考慮，軟基處理設(shè)計時根據(jù)竣工驗收及通成運行后的沉降觀測數(shù)據(jù)，設(shè)置沉降板和孔隙水壓力計，依據(jù)觀測數(shù)據(jù)指導(dǎo)現(xiàn)場施工。
由表中數(shù)據(jù)可知，本項目橋頭路基軟土路段經(jīng)過水泥攪拌樁處理，兩側(cè)橋頭路基處理段路基總沉降分別為0.075m和0.058m，小于0.1m，滿足設(shè)計要求；通車至今一年沒有產(chǎn)生橋臺跳車病害，說明水泥攪拌樁處治橋頭路基深厚軟土達(dá)到了預(yù)期效果。實際觀測到的沉降量較計算值大，可能是由于實際施工時成樁未豎直，部分水泥攪拌樁有傾斜，軟土材料具有不均一性，試驗獲取的軟土物理力學(xué)參數(shù)不能完全代表軟土整體物理力學(xué)性質(zhì)等因素引起的。
4 結(jié)論
通過探討水泥攪拌樁在橋頭軟基加固處理中的應(yīng)用，筆者總結(jié)出以下幾點結(jié)論：①建設(shè)單位應(yīng)結(jié)合經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的原則，針對不同軟土深度和不同工期要求的橋頭軟基處理，選擇合適的處治方法；②橋頭軟基加固處理應(yīng)設(shè)置橋頭軟基處理過渡段，以避免橋頭路基段以一般路基間的差異沉降過大；③水泥攪拌樁具有諸多的優(yōu)點，能夠較好處理3～14m深度的橋頭軟土路基，有效降低工程成本，縮短施工工期，具有較高的應(yīng)用前景。
