水泥攪拌樁施工技術(shù)在高速公路軟基處理中的應用

許建麗

（張家口路橋建設集團有限公司，河北張家口 075000）

1 引言

高速公路工程建設階段中，路基工程占據(jù)著重要的角色，路基質(zhì)量直接影響了公路的整體壽命和安全，早期修建的高速公路在外界氣候環(huán)境、行車荷載、地形地勢等因素的長期作用影響下，路基較易產(chǎn)生一定的沉陷病害問題，若不及時處理，路基會進一步發(fā)生不均勻沉降變形，導致公路路面病害，進而降低公路的行車舒適性和安全性，因此，應就路基沉陷問題進行有效處理[1]。水泥攪拌樁可有效與原路基形成一種高強度、高穩(wěn)定性的復合式路基結(jié)構(gòu)，進而能有效提高路基承載力，在目前高速公路路基加固中應用較為廣泛。本文圍繞水泥攪拌的樁工程特性、施工工藝等展開研究，并在具體工程中進行應用。

2 水泥攪拌樁工程特性

2.1 應用優(yōu)勢

在高速公路所處區(qū)域地層中含有砂質(zhì)黏土、粉砂巖、砂層、黏土、泥巖等時，選用水泥攪拌樁技術(shù)進行處理優(yōu)勢明顯，具體表現(xiàn)在以下方面。

1）采用水泥攪拌樁可將土層的應力集中，有效降低后期的沉降變形，經(jīng)水泥攪拌樁處理完的土體結(jié)構(gòu)強度較大，可提高軟土路基的承載能力[2]。此外，由于外部荷載的影響，復合地基的應用會結(jié)合模量大小進行分布，會將大多數(shù)的應力傳導至水泥攪拌樁上，使周邊土體應力降低，綜合起到減少地基沉降量的效果。

2）水泥攪拌樁可起到墊層的作用，利用相關(guān)設備向地基內(nèi)噴射漿液，在外界作用力的影響下使土體與漿液相融合，構(gòu)成新的墊層結(jié)構(gòu)，同樣可起到提升地基承載力的效果。

3）水泥攪拌樁可有效強化地基的抗剪強度，由于樁體是以垂直狀設置在軟土路基中，樁體較高的剛度和強度可有效提高地基的抗剪強度，減少路基土體的水平位移，進而強化軟土路基的穩(wěn)定性。

2.2 影響因素

據(jù)研究表明，影響水泥攪拌樁結(jié)構(gòu)強度的主要因素包括含水率、原狀土摻入比以及水泥強度等級等，具分析如下。

1）含水率。當原狀土和水泥灰的摻比低于300%時，含水率低的水泥攪拌樁結(jié)構(gòu)強度相對較高，并隨著原狀土的摻入比的增高而降低，而原狀土的摻入比在100%～200%時，混凝土樁的無側(cè)限抗壓強度隨著原狀土的摻入比的增大而降低[3]，因此，水泥攪拌樁的含水率應控制在20%～25%。不同含水率下水泥攪拌樁無側(cè)限強度變化如圖1 所示。

圖1 不同含水率下水泥攪拌樁無側(cè)限強度隨原狀土摻入比的變化

2）當原狀土的摻入比由600%降至200%時，水泥攪拌樁結(jié)構(gòu)強度也隨之增大，而當原狀土摻入比超過400%時，樁體結(jié)構(gòu)強度增長的不明顯，當原狀土摻入比在200%～400%時，樁體結(jié)構(gòu)強度增加明顯，當原狀土摻入比低于200%時，樁體結(jié)構(gòu)強度增長速率增大。因此，需將原狀土摻入比控制在300%～400%為宜。

3）分別選擇32.5 級水泥攪拌樁和42.5 級水泥攪拌樁分別進行無側(cè)限抗壓強度試驗，在實際施工中，可適當加大水泥的等級，進而提高水泥攪拌樁結(jié)構(gòu)強度，進而可有效降低水泥用量。

3 工程概況

某高速公路建設項目全線為91.649 km，雙向四車道設計標準，路基寬度為28 m，路面以瀝青混凝土結(jié)構(gòu)形式為主，全線橋隧比為41.5%。該高速公路第一合同段經(jīng)現(xiàn)場地質(zhì)勘探后得出，全線存在多處軟土路基現(xiàn)象。為不影響公路后期運營以及行車安全和舒適，建設單位擬計劃采用水泥攪拌樁施工技術(shù)進行軟土路基處治，以改善軟土路基不均勻沉降變形，提高軟土路基的結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性。本項目水泥攪拌樁布設方案如圖2 所示。

圖2 水泥攪拌樁布設方案

本項目選用P·I42.5 硅酸鹽水泥作為水泥攪拌樁施工主要材料，其性能試驗檢測結(jié)果如表1 所示。

表1 水泥性能試驗結(jié)果

檢測結(jié)果表明，P·I42.5 硅酸鹽水泥各項性能指標均滿足規(guī)范要求，可用于水泥攪拌樁施工。由于水泥攪拌樁主要是基于土體和水泥之間的物化反應，有效提高了路基強度，因此，需對混凝土的最佳水灰比進行嚴格控制，在0.40～0.50 區(qū)間內(nèi)分別設置6 組水灰比進行室內(nèi)7 d、28 d 無側(cè)限抗壓強度試驗，試驗結(jié)果如表2 所示。結(jié)合表2 試驗結(jié)果可得，水灰比設定為0.44 為宜。

表2 水泥與土硬化物抗壓強度檢測結(jié)果

4 水泥攪拌樁施工技術(shù)要點

4.1 施工準備

水泥攪拌樁正式施工前應對各項施工原材料進行性能檢測，確保可滿足規(guī)范及設計要求，原材料做好相應的防塵防潮措施[4]。提前調(diào)試安裝好各項施工機械設備，并對其技術(shù)狀況進行及時檢查。施工技術(shù)人員做好技術(shù)交底工作，并完善現(xiàn)場測量放樣工作。

4.2 水泥攪拌樁施工工藝

提前將施工現(xiàn)場存在的雜物予以清除，確保表層整潔，為后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)。提前確定樁位，采用石灰粉做好標記。將鉆桿鉆進至設計標高處后及時進行灌漿作業(yè)，順著孔口進行漿液灌注施作，注漿過程中不斷進行鉆桿提升，直至注漿工作完成，注漿速率控制在0.8 m/min 左右為宜。采用攪拌樁機進行施作，攪拌下沉施工時，提升鉆頭與地面的間距為30 cm，在噴漿的同時完成下沉施工。

為保證施工質(zhì)量，可以反復進行攪拌作業(yè)，攪拌的同時提鉆，當鉆桿到達樁頂時停止攪拌，準備對下一個樁位進行施工[5-6]。對地基進行強制拌和過程中，用攪拌樁機對其攪拌的次數(shù)越多，攪拌得就越充分，成樁的強度就更加均勻，質(zhì)量也更好，同時降低離散性，使其更加穩(wěn)定，從而增大承載力。另外，要提高攪拌次數(shù)，需要在前幾次鉆進或者提升時進行噴漿。水泥攪拌樁施工完畢后，及時對樁基及樁體進行質(zhì)量檢測，確保可有效實現(xiàn)軟土路基加固處理，水泥攪拌樁質(zhì)量檢測項目及要求具體如表3 所示。

表3 水泥攪拌樁質(zhì)量檢測項目與要求

5 結(jié)語

本文就高速公路軟基處理工程中的水泥攪拌樁施工技術(shù)應用進行研究，結(jié)合實際高速公路路基工程，圍繞水泥攪拌樁的工程特性、施工質(zhì)量影響因素以及施工技術(shù)要點展開，并提出水泥攪拌樁施工質(zhì)量檢測標準。研究結(jié)果表明，采用水泥攪拌樁施工技術(shù)可有效提高路基的結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性，改善軟土路基不均勻沉降問題。