周正永

(中鐵物資集團(tuán)有限公司 海南公司, 海南 ?？? 570100)

水泥攪拌樁在淤泥質(zhì)軟土路基中的試驗(yàn)與應(yīng)用研究

周正永

(中鐵物資集團(tuán)有限公司 海南公司, 海南 ?？? 570100)

用水泥攪拌樁對湖州市創(chuàng)業(yè)大道跨長湖申線大橋工程東引橋橋頭軟土路基進(jìn)行了處理, 隨機(jī)抽取 3根水泥攪拌樁進(jìn)行了樁基靜載試驗(yàn), 并對橋頭段 2個(gè)斷面工后變形進(jìn)行了監(jiān)測。試驗(yàn)及監(jiān)測結(jié)果表明: 樁基各參數(shù)均符合地基處理的力學(xué)要求, 地基承載力得到了有效的提高; 路基沉降較緩慢, 且變形速率在施工之后幾個(gè)月逐漸變小, 符合橋頭地基的變形要求。

水泥攪拌樁; 淤泥質(zhì)軟土路基; 地基處理; 樁基靜載試驗(yàn)

我國東部淤泥質(zhì)軟土分布廣泛[1–3], 軟土路基的沉降量較大, 地基承載力較低, 造成了很多的工程問題, 如橋頭跳車[4–5]。水泥攪拌樁以水泥作為主固化劑, 用它處理軟基是一種有效方式。利用攪拌樁機(jī)將水泥噴入土體并充分?jǐn)嚢? 使水泥與土發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng), 使軟土硬結(jié)而提高地基強(qiáng)度[6]。水泥攪拌樁盡量利用了現(xiàn)場的原土, 因而可大大減少工程材料。軟土地區(qū)任何地方均可布置水泥攪拌樁,設(shè)計(jì)可根據(jù)實(shí)際需要, 以不同的形式靈活布置, 只要滿足荷載要求即可[7–8]。

本文以湖州市創(chuàng)業(yè)大道跨長湖申線大橋工程為例, 對水泥攪拌樁處理淤泥質(zhì)軟土的承載力特性以及對橋頭跳車的防治進(jìn)行了研究。

1　工程概況

浙江省湖州市創(chuàng)業(yè)大道跨長湖申線大橋工程, 西起西塞山分區(qū)環(huán)北路(規(guī)劃), 沿線與東浜路平交,跨越長湖申線航道, 東接鳳凰分區(qū)里浜路、創(chuàng)業(yè)大道平交口, 路線全長約1 001 m。設(shè)計(jì)公路為城市主干道, 采用雙向4車道, 設(shè)計(jì)速度為40 km/h, 路面設(shè)計(jì)軸載為BZZ-100。

東引橋橋頭分布軟土, 淺層分布有淤泥質(zhì)土, 場地主要為軟弱層, 地質(zhì)條件較差。軟土層地基承載力為70 kPa, 需進(jìn)行地基處理方可滿足設(shè)計(jì)要求。對該橋頭道路路基采用水泥攪拌樁處理, 水泥攪拌樁長度8 m, 樁徑0.5 m, 樁間距1.1 m, 水泥參量15%左右。施工現(xiàn)場如圖1所示。

圖1　施工現(xiàn)場

圖2　樁基試驗(yàn)現(xiàn)場照片

2　樁基靜載試驗(yàn)

樁基試驗(yàn)現(xiàn)場如圖2所示。垂直靜載試驗(yàn)法即在樁頂逐級施壓軸向荷載, 直至樁頂達(dá)到破壞為止, 并在試驗(yàn)過程中測量每級荷載下不同時(shí)間的樁頂沉降, 根據(jù)沉降與荷載及時(shí)間的關(guān)系, 確定單樁軸向容許承載力[9–10]。

工程采用慢速荷載試驗(yàn)法進(jìn)行靜載試驗(yàn), 采用傳統(tǒng)的堆載承臺—反力架進(jìn)行加載, 包括由沙袋構(gòu)成的壓重平臺、工字鋼構(gòu)成的平臺支撐和反力梁及液壓千斤頂。采用分級加載方式, 加載共分9 級, 加載的最大荷載為樁體承載力的設(shè)計(jì)值 200 kN, 每級荷載加載持續(xù)120 min, 卸載時(shí), 跳級卸載, 每次卸載后歷時(shí)60 min, 再進(jìn)行下級卸載。

每級加載后的第1 h內(nèi), 在5、10、15、30、45、60 min時(shí)各測讀1次沉降, 以后每隔30 min測讀1次, 直至沉降穩(wěn)定為止。沉降穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)[11]為1 h內(nèi)不超過0.1 mm。待沉降穩(wěn)定后, 施加下一級荷載。

加載過程中, 當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí), 終止加載: (1)某級荷載作用下, 樁的沉降量為前一級荷載作用下沉降量的 5倍; (2) 某級荷載作用下, 樁的沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的2倍, 且經(jīng)24 h尚未達(dá)到穩(wěn)定; (3) 樁頂加載已達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的最大加載量。

終止加載后進(jìn)行卸載, 每級基本卸載量按每級加載量的2倍控制, 并按15、30、60 min測讀回彈量, 然后進(jìn)行下一級的卸載。全部卸載后, 隔3～4 h再測回彈量1次。

任選擇的3根試驗(yàn)樁為12#、25#、41#樁, 各單樁承載力試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3　12#、25#、41#樁p—s曲線

由圖3可知: 12#樁最大沉降量為15.40 mm, 最大回彈量為2.91 mm, 回彈率為18.90%; 25#樁最大沉降量為16.00 mm, 最大回彈量為3.37 mm, 回彈率為21.04%; 41#樁最大沉降量為14.85 mm, 最大回彈量為3.56 mm, 回彈率為23.97%。從圖3還可以看出, 3根樁的p—s曲線形狀相似, 均為緩變型, 都無明顯的陡降段, 樁頂總沉降量均未達(dá)到設(shè)計(jì)中給出的破壞沉降值40 mm, 3組試驗(yàn)的加載均未達(dá)到極限承載力, 故單樁極限承載力大于200 kN。因此, 采用水泥攪拌樁對地質(zhì)條件較差的軟基進(jìn)行處理, 能很好地改善地基承載力狀況。

3　軟基加固效果觀測與分析

本工程采用地表沉降計(jì)[12]進(jìn)行沉降量觀測, 測點(diǎn)布置如圖4所示, 在 K0 + 635 和K0 + 630兩個(gè)斷面各設(shè)置3處沉降觀測儀, 即道路中間1處, 左右路肩各1處。監(jiān)測發(fā)現(xiàn)路基中間、左右側(cè)路肩均發(fā)生了一定的沉降變形。監(jiān)測1年之后, K0 + 635斷面中間測點(diǎn)的沉降量為12.18 mm, 左側(cè)路肩的沉降量為11.50 mm, 右側(cè)路肩的沉降量為10.11 mm; K0 + 630斷面中間測點(diǎn)的沉降量為11.90 mm, 左側(cè)路肩的沉降量為10.78 mm, 右側(cè)路肩的沉降量為9.64 mm。

2個(gè)斷面的沉降曲線分別如圖5和圖6所示。由圖5和圖6可知, 2個(gè)斷面的沉降量與沉降規(guī)律相近。路基中間、左右側(cè)路肩3個(gè)部位的變形相差不大, 相比而言, 兩側(cè)路肩的沉降量略微小于中間部分的沉降量, 右側(cè)路肩的沉降量略微小于左側(cè)路肩的沉降量。經(jīng)查相關(guān)資料及分析發(fā)現(xiàn), 路基右側(cè)的軟土比左側(cè)軟土略厚, 故造成此沉降差異。隨著時(shí)間的推移, 3條沉降—時(shí)間曲線均逐漸變緩, 即路基各部位變形逐漸變緩。竣工后, 路面不會出現(xiàn)明顯的不均勻沉降, 也不會出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象。

基于最小二乘法, 以二次曲線為地表沉降曲線的回歸模型, 對2個(gè)斷面的中間監(jiān)測點(diǎn), 即沉降最快的測點(diǎn)進(jìn)行回歸分析。K0 + 635和K0 + 630的變形回歸曲線分別為 y = -0.067 2x2+ 1.798 9x - 0.255 3, R2= 0.995 8和y = -0.054 9x2+ 1.614 9x - 0.061 3, R2= 0.990 9。擬合曲線分別如圖5和圖6所示。

圖4　沉降測點(diǎn)布置

圖5　K0 + 635沉降—時(shí)間曲線

圖6　K0 + 630沉降—時(shí)間曲線

從擬合結(jié)果看, R2均大于95%, 與實(shí)測值的擬合程度非常高。從圖5和圖6可知, 在監(jiān)測初期地表變形較大, 變化速率較快, 但隨著時(shí)間推移, 增幅逐漸減小, 變化趨于平緩。到了監(jiān)測后期, 監(jiān)測數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定。由擬合曲線的趨勢分析, 地基的工后沉降較小, 由此可見, 水泥攪拌樁能很好地進(jìn)行淤泥質(zhì)軟土的地基處理, 可防治橋頭處淤泥質(zhì)軟土段的橋頭跳車的發(fā)生。

4　結(jié)論

本文在已有研究的基礎(chǔ)上, 結(jié)合浙江省湖州市創(chuàng)業(yè)大道跨長湖申線大橋工程, 進(jìn)行了水泥攪拌樁處理淤泥質(zhì)軟土路基, 防治橋頭跳車的探討。用水泥攪拌樁對軟土路基進(jìn)行了處理, 隨機(jī)抽選其中3根水泥攪拌樁進(jìn)行了樁基靜載試驗(yàn), 得到了沉降—時(shí)間曲線, 各參數(shù)均符合地基處理的承載力要求, 地基承載力得到了有效提高。通過橋頭段2個(gè)斷面工后的變形監(jiān)測發(fā)現(xiàn)路基沉降較緩慢, 且變形速率在施工之后幾個(gè)月內(nèi)便逐漸變小, 各時(shí)間段的工后沉降值符合橋頭地基的變形要求, 有效地防止了道路使用中橋頭跳車現(xiàn)象的發(fā)生。

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（責(zé)任編校：江河）

Test and application of cement mixing pile in the soft soil subgrade

Zhou Zhengyong
(Hainan Branch, China Railway Material Group Co Ltd, Haikou 570100, China)

The soft soil subgrade is managed using cement mixing piles at the head of eastern approach span of Shenxian Great Bridge Engineering in Kuachang Lake, Chuangye Road, Huzhou City, three of which are chosen randomly to carry out pile foundation test under static loads, and the deformation of two sections at the head section of the bridge are monitored after the work. The results show that the bearing capacity of foundation soil has improved effectively; the subgrade settlement was slow, and its deformation rate became smaller gradually and which accords with the deformation requirements of the foundation at the head of bridge.

cement mixing pile; silt soft soil subgrade; foundation treatment; static load test of pile foundation; deformation monitoring

U 416.1

1672–6146(2016)02–0060–03

10.3969/j.issn.1672–6146.2016.02.014

周正永, 1506338134@qq.com。

2016–01–28