水泥搅拌桩在桥头软基加固中的应用
2015-03-20
随着我国社会经济建设的快速发展，政府加大了对城乡基础设施建设的投资力度，特别是交通基础设施的建设，高速公路工程项目数量日益增加。由于广东省位于沿海地区，地质主要以软土地基为主，这些软基具有压缩性高、渗透性差、抗剪强度低和天然空隙大等特点，一旦处理加固不当，就会使道路产生加大的差异沉降，进而导致路面出现开裂、渗漏等质量通病，甚至产生路基整体失稳，严重影响到日常的行车安全。而水泥搅拌桩作为一种新型工艺技术，具有施工方便、工艺简单、造价低廉和质量容易控制等优点，能够使软土固结而提高基础强度，比较适用于砂土、淤泥质土、填土和有机粘土等地质条件中，目前在城市软基加固处理工程中得到广泛的应用及推广。本文通过探讨水泥搅拌桩在桥头软基加固处理中的应用，提出一些个人见解，以期提高道路日常行车的舒适性和安全性。
1 软基拓宽处理方案比选
某市政道路广泛分布淤泥质土、粉质粘土等软土，根据地质钻孔资料，大部分软土深度为6.5～13.8m左右。
针对本项目的软土的具体特点和分布情况，参照本地区施工技术成熟、处治效果较好的软土路基处理方式进行系统的分析比选。此外，考虑到工期要求以及桥头路基工后沉降量应小于等于10cm，综合对比，本段桥头软基处理方式选择水泥搅拌桩进行处理。
2 水泥搅拌桩设计及施工
2.1 水泥搅拌桩设计
2.1.1 设计方案
本项目软基处理水泥搅拌桩采用浆喷桩。桩直径0.5m，桩间距根据各路段计算情况确定，一般为1.3～1.5m。桩的长度由沉降及稳定计算结果确定，原则上全部穿透软土层，并打入持力层大于等于0.5m，主要用于处理深度小于14m的软土地基。浆喷桩在平面上呈正三角形布置(布置区域边线与构造物基础轮廓线平行，见图1)。浆喷桩处理段采用等载预压，预压期90d。桩身设计无侧限抗压强度为：R28=0.6MPa，R90=1.2MPa。
水泥搅拌桩布置范围至路基坡脚处。桥头处理路段水泥搅拌桩桩距1.5m；在复合地基处理段与一般路基段之间设置10m过渡段，水泥搅拌桩桩距1.7m；台前处理长度为1.5H，H为桥台填土高度,水泥搅拌桩桩距也是1.5m。过渡段处理采用变间距的方法，以使不同处理方案路段间的工后沉降均匀过渡，避免处治方法本身带来的差异沉降。
2.1.2承载力
水泥搅拌桩复合地基承载力标准值一般可通过现场复合地基载荷试验确定，也可根据下式计算：
fsp=cRk/Ad+α(1-c)fs
式中：fsp———水泥搅拌桩复合地基承载力标准值；
c———水泥搅拌桩桩土置换率；
Rk———水泥搅拌桩单桩承载力标准值；
Ad———水泥搅拌桩截面面积；
α———承载力折减系数，一般可取0.5-1；
fs———原有天然地基承载力标准值。
2.1.3沉降
水泥搅拌桩复合地基的沉降量一般较少，主要包括两部分：桩身以内复合地基的压缩变形S1和桩端往下未处理土基的压缩变形S2。其中：
S1=(P1+P2)L(2Eps)
式中：S1———复合地基的压缩变形；
P1———群桩体底面处平均自重压力；
P2———群桩体底面处平均附加压力；
L———水泥搅拌桩有效桩长；
Eps———复合地基的压缩模量。
2.1.4 典型断面沉降量计算
对软基路段的桥头路基处理进行沉降量计算，在两侧桥头路基选取三个计算断面，分别为桥头过渡段、桥头处理段和台前处理段。大桩号桥头路基(0号桥台)填高5.0m，小桩号桥头路基(n号桥台)填高4.5m。
从计算结果分析，桥头路基过渡段、桥头路基处理段、台前段的工后沉降、总沉降均满足设计要求(桥头路基过渡段小于0.2m、桥头路基处理段小于0.1m、台前段小于0.1m)，说明水泥搅拌桩处理该处桥头路基及过渡段能有效减小路基沉降，达到了设计要求。
2.2 材料要求
水泥采用32.5级普通硅酸盐水泥，所购置的水泥应是国家的免检产品，且在有效期内使用；严禁使用受潮、结块、变质的劣质水泥。对非免检厂生产的水泥，应分批提供有关标号、安定性等试验报告。水灰比一般采用0.4～0.45。
2.3 施工质量控制及质量检验
2.3.1 质量控制
施工时的质量控制应符合以下规定：
a)浆液拌制必须按预定的配合比进行，拌制好的浆液应无离析现象，且放置时间不宜超过2h；
b)开始泵送作业前，应保持管路处于潮湿状态，一遍浆液顺利输入，现场施工时应对浆液拌制、泵送施工全过程进行记录；
c)正式施工前应进行试桩试验，得出全面开展施工的的技术参数，再行开展大面积施工；试桩试验过程应全程记录，如每米下沉时间、提升时间、送浆时间、停浆时间等参数；
d)提供使用的浆液必须拌合均匀，施工中供浆必须连续；如果因不可抗因素停浆，为避免断桩，应将喷浆搅拌机放置停浆面以下1.0m处，等供浆回复正常后再喷浆提升；
e)喷浆施工过程中搅拌机施工至至地面以下2m左右时提升速度应减慢；当喷浆口施工至地面时，应暂停提升，搅拌喷浆10左右秒以保证桩头施工质量；
f)浆喷桩施工过程中如果喷浆量不足使得该桩失去设计功效时，必须在旁边补充一根新桩，补充的新桩施工与其它桩施工质量相同；
g)喷浆施工过程时，必须严格按试验得到的钻进深度、停灰时间、喷粉时间、送浆时间等，确保施工质量，以电流大于60A作为控制电流，确保桩体穿透软土层进入持力层50cm；
h)浆喷桩施工结束28d，并经检验合格后，方可以填筑路基。
2.3.2 质量检验
2.3.2.1 施工允许偏差
施工允许偏差检验项目包括桩长、桩径、桩距、单桩喷浆量(由水泥掺量及水泥浆水灰比换算得出)和强度等。
2.3.2.2 挖桩头检验
成桩7d内，应进行挖桩头检验，观察桩体成型情况及搅拌均匀程度，如实做好记录，检查频率为1%，开挖深度不小于1.5m，如发现凝体不良等情况，应报废补桩。
2.3.2.3 无侧限抗压强度试验
成桩28天后，对不同软土地质条件、不同桩长路段，分别在整桩长度范围内进行钻芯取样，并进行无侧限抗压强度试验，要求其上、中、下部(按桩长1/3等分)强度的平均值≥0.6MPa，最小值≥设计强度的1/3，抽检频率≥桩数的2%。
3 软基处理效果观测
为施工安全考虑，软基处理设计时根据竣工验收及通成运行后的沉降观测数据，设置沉降板和孔隙水压力计，依据观测数据指导现场施工。
由表中数据可知，本项目桥头路基软土路段经过水泥搅拌桩处理，两侧桥头路基处理段路基总沉降分别为0.075m和0.058m，小于0.1m，满足设计要求；通车至今一年没有产生桥台跳车病害，说明水泥搅拌桩处治桥头路基深厚软土达到了预期效果。实际观测到的沉降量较计算值大，可能是由于实际施工时成桩未竖直，部分水泥搅拌桩有倾斜，软土材料具有不均一性，试验获取的软土物理力学参数不能完全代表软土整体物理力学性质等因素引起的。
4 结论
通过探讨水泥搅拌桩在桥头软基加固处理中的应用，笔者总结出以下几点结论：①建设单位应结合经济合理、技术可行的原则，针对不同软土深度和不同工期要求的桥头软基处理，选择合适的处治方法；②桥头软基加固处理应设置桥头软基处理过渡段，以避免桥头路基段以一般路基间的差异沉降过大；③水泥搅拌桩具有诸多的优点，能够较好处理3～14m深度的桥头软土路基，有效降低工程成本，缩短施工工期，具有较高的应用前景。
