長板-短樁復(fù)合地基處理技術(shù)應(yīng)用試驗研究

摘 要：傳統(tǒng)的攪拌樁、旋噴樁及換填等地基處理方法在軟土地基處理施工中具有一些成功經(jīng)驗，但工程應(yīng)用實踐表明這些方法存在局限性和處理效率、性價比不高等問題。為了提高濱海地區(qū)深厚、大面積淤泥質(zhì)地層地基處理的效率和性價比，在某港口鐵路的車站采用塑料排水板聯(lián)合水泥攪拌樁復(fù)合地基處理新技術(shù)。本文介紹了采用新技術(shù)的工藝性試樁試驗、施工參數(shù)確定以及成樁達到齡期后進行堆載時的路基沉降、位移、孔隙水壓力和樁土應(yīng)力試驗，驗證了本文技術(shù)在深厚、大面積淤泥質(zhì)地基處理中的適用性，可為類似工程采用長板-短樁復(fù)合地基處理技術(shù)提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：長板短樁；地基處理；應(yīng)用試驗

中圖分類號：U 213" " " 文獻標(biāo)志碼：A

水泥土攪拌樁是處理軟土地基的常用方法，但處理深厚淤泥層地質(zhì)時具有極大的局限性[1]。某港口鐵路車站位于濱海深厚淤泥質(zhì)大面積軟土層上，采用了“塑料排水板+水泥攪拌樁”聯(lián)合的復(fù)合地基處理技術(shù)（通常簡稱為“長板-短樁”）[2]。為了推廣應(yīng)用該技術(shù)，明確加固效果和總結(jié)施工參數(shù)，本文通過應(yīng)用試驗研究為類似工程提供優(yōu)化依據(jù)。

1 工程概況

1.1 工程簡介

本文所述車站北側(cè)距海邊730m，西側(cè)距海邊703m，車站建成后將實現(xiàn)海鐵聯(lián)運貨物裝卸“零對接”。車站設(shè)正線1條、到發(fā)線5條，總占地面積超37萬m2，其中軟基處理面積超15萬m2。正線及到發(fā)線設(shè)計采用塑料排水板聯(lián)合水泥攪拌樁復(fù)合地基處理技術(shù)。

1.2 地質(zhì)條件

該車站地形地貌為剝蝕丘陵區(qū)及沖濱海平原，地層巖性如下。第1層，Q4ml素填土，灰黃色、稍濕，松散；第2層，Q4mal粉質(zhì)黏土，灰黃色，軟塑，σ0=100kPa；第3層，Q4al+m淤泥質(zhì)黏土，灰色，流塑，σ0=50kPa，最深達30m；第4層，Q3al+pl粉質(zhì)黏土，灰黃色，硬塑，σ0=150kPa；第5層，Q3al+m黏土，灰黃色，軟塑，σ0=120kPa；第6層，Q3el+dl粉質(zhì)黏土，灰黃色，硬塑，σ0=180kPa。如圖1所示。

淤泥質(zhì)黏土的物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)為天然含水量46.98%，天然孔隙比1.32，液限42.28%，塑限23.2%，壓縮系數(shù)1.08，壓縮模量2.04MPa。

2 長板-短樁復(fù)合地基處理技術(shù)

2.1 工后沉降控制原則

正線、相鄰到發(fā)線及場坪工后沉降不超過30cm。

2.2 地基處理技術(shù)措施

正線及相鄰到發(fā)線、集裝箱區(qū)機走線采用水泥攪拌樁聯(lián)合塑料排水板加固，路基填筑完成后堆載預(yù)壓穩(wěn)定。水泥土攪拌樁樁徑0.5m，間距1.4m，正方形布置，樁長4m～12m，塑料排水板間距1.4m，正方形布置，樁嵌入第2層地層底面，如圖2所示，堆載預(yù)壓土高度1.5m。

水泥土攪拌樁設(shè)計參數(shù)為水泥摻入量不低于65kg/m。將P.O42.5普通硅酸鹽水泥作為固化劑，水泥漿液水灰比一般為0.45～0.55，具體根據(jù)試驗確定。攪拌樁水泥土28d齡期的無側(cè)限抗壓強度不低于1.2MPa，單樁承載力不低于94kN，水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力設(shè)計值不低于140kPa。

2.3 工藝性試樁

為掌握現(xiàn)場淤泥質(zhì)黏土實際情況，了解施工鉆機的鉆進、提升速度、泵壓以及水泥品種、摻量、水灰比等參數(shù)對水泥土攪拌樁強度的影響，分別進行施工前水泥土試驗、施工過程中工藝參數(shù)試驗、成樁后無側(cè)限抗壓強度及單樁、復(fù)合地基承載力試驗。

2.3.1 水泥土試驗

將現(xiàn)場鉆孔取得的不同深度的淤泥質(zhì)黏土在試驗室進行室內(nèi)配合比試驗，分別進行了水灰比為0.45、0.5、0.55，水泥摻量分別為55kg/m、60kg/m、65kg/m、70kg/m、75kg/m的水泥土標(biāo)準(zhǔn)試驗，在28d后檢測無側(cè)限抗壓強度值[3]。試驗表明，當(dāng)水灰比為0.5時，可以保證水泥摻量在接近設(shè)計摻量的情況下達到較高強度，因此將水灰比為0.5的參數(shù)作為試樁參數(shù)。

2.3.2 工藝參數(shù)試驗

水泥漿水灰比取0.5，選用當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)P.O42.5普通硅酸鹽水泥。選取3組操作熟練的作業(yè)工人，劃分3個責(zé)任區(qū)域，水泥摻量為60kg/m、65kg/m、75kg/m，施工工藝按照“四攪兩噴”“四攪三噴”“四攪四噴”分別進行試樁，同一作業(yè)隊的同一參數(shù)、工藝的試樁數(shù)量不少于3根。3個試樁區(qū)域的地質(zhì)條件為淤泥質(zhì)黏土層最后的區(qū)域。

2.3.3 樁體強度試驗

成樁28d后，對同一組3根試樁分別進行無側(cè)限抗壓強度、單樁承載力以及復(fù)合地基承載力檢測，記錄數(shù)據(jù)并分析研判是否符合設(shè)計要求指標(biāo)。

2.3.4 施工參數(shù)的選取

經(jīng)過試樁試驗及檢測，并組織召開建設(shè)、設(shè)計、監(jiān)理、施工四方論證會后確定的施工參數(shù)如下。1）鉆機鉆進速度為1.1m/min～1.2m/min。2）噴漿、提升速度為1.1m/min～1.2m/min，泵壓為1MPa～1.4MPa。3）水泥用量為70kg/m～75kg/m。4）施工工藝為“四攪三噴”。5）水灰比為0.5。6）采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，泥漿密度為1.85g/mL～1.95g/mL。

2.4 軟基處理施工

根據(jù)設(shè)計的長板-短樁復(fù)合地基處理技術(shù)和試驗確定的施工參數(shù)組織大面積施工。先對塑料排水板進行施工，待地下水沿著排水板滲水通道排出后再對水泥攪拌樁進行施工。嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙、規(guī)范執(zhí)行工藝試驗結(jié)果，并在施工區(qū)域周圍挖好排水溝。待軟基處理完成并經(jīng)檢測樁體強度指標(biāo)和承載力滿足要求后進行路基填筑施工。填筑完成后進行不少于6個月的路基堆載預(yù)壓。

3 現(xiàn)場監(jiān)測試驗及結(jié)果分析

為驗證長板-短樁復(fù)合地基處理新技術(shù)，需要在路基填筑及堆載預(yù)壓施工過程中檢測路基沉降、水平位移、孔隙水及樁土應(yīng)力變化，掌握其變化規(guī)律[4]。

3.1 沉降監(jiān)測及分析

3.1.1 監(jiān)測方法

在現(xiàn)場預(yù)埋沉降板、路基分層填筑填筑過程中觀測沉降管，以進行沉降監(jiān)測。在路基線路中心位置分別設(shè)置若干沉降板，分別埋設(shè)于樁頂、樁間土及墊層的頂部。觀測周期為施工期間及堆載預(yù)壓后6個月以上。

3.1.2 總沉降變化

測得沉降板總沉降數(shù)據(jù)并繪制總沉降隨時間的變化圖，如圖3所示。

結(jié)果表明，在加載階段，（填筑）沉降量隨厚度的增加而不斷增加，分層填筑的時間間隔越小，沉降增長趨勢越明顯；在恒載階段，沉降量緩慢增加。測試過程中，地基土沉降大于樁頂沉降，沉降板測得的復(fù)合地基最大沉降量為600mm。

3.2 水平位移變化

3.2.1 監(jiān)測方法

水平位移采用測斜管觀測。測斜管為塑料材質(zhì)。塑料測斜管的柔性性能應(yīng)能適應(yīng)軟土層位移變形，測斜管端接口應(yīng)連接密合，管內(nèi)縱向十字導(dǎo)槽要潤滑順直，測斜管埋設(shè)于路堤邊坡趾部。埋設(shè)時，先應(yīng)用鉆機鉆引導(dǎo)孔。導(dǎo)孔的垂直偏差控制在1.5%以內(nèi)，導(dǎo)孔底部應(yīng)進入粉質(zhì)黏土層100cm以上。管內(nèi)的十字導(dǎo)槽須對準(zhǔn)路基的縱橫方向。測斜管上部的高度應(yīng)高出路基面50cm以上，并設(shè)置孔蓋對管口進行保護。

3.2.2 水平位移變化

坡腳處的水平位移沿深度的分布規(guī)律圖如圖4所示。坡腳地基土最大水平位移為94mm，位于地表附近。攪拌樁長度范圍內(nèi)的曲線斜率較小，攪拌樁樁底以下的土體水平位移相對較大。

3.3 孔隙水壓力測試及分析

3.3.1 測試方法

孔隙水壓力采用鉆孔埋設(shè)的孔隙水壓力計進行測試，選用振弦式儀器，各埋設(shè)于路基中心（剖面1）和路肩（剖面2）處，測試周期為250余天。每個測試斷面沿深度每隔3m埋設(shè)一支孔隙水壓力計，共計布設(shè)10支，分孔埋設(shè)并注意封孔。鉆孔埋設(shè)時應(yīng)詳細(xì)做好鉆孔和埋設(shè)記錄。每支孔壓計埋設(shè)完成后，及時采用接收器驗收孔壓計埋設(shè)是否合格。

3.3.2 超孔隙水壓力隨時間的變化

測試斷面的地基土超孔隙水壓力隨荷載及時間的發(fā)展規(guī)律圖如圖5所示。結(jié)果表明，超孔隙水壓力在填土加載期間逐漸增大，加載荷載達到最大值或區(qū)域極限值后明顯變小并逐漸消散。超載預(yù)壓時孔隙水壓力明顯增加。

3.4 樁土應(yīng)力監(jiān)測及分析

3.4.1 測試方法

在每個觀測斷面的路基中心、路肩處對應(yīng)的樁頂和樁間土位置，沿深度方向在墊層底部、樁頂處分別采用埋設(shè)振弦式土壓力計的方法進行應(yīng)力測試，土壓力計的埋設(shè)采用挖坑法，坑槽底部應(yīng)整平夯實，埋設(shè)必須位置準(zhǔn)確且穩(wěn)固。土壓力計20cm范圍內(nèi)用細(xì)砂填實，采用人工均勻回填夯實，連接土壓力計的外引電纜線均應(yīng)編號。

3.4.2 樁土壓力隨荷載及時間的變化

檢測復(fù)合地基土壓力隨著時間的變化規(guī)律如圖6所示。結(jié)果表明，在路基填筑階段，水泥攪拌樁頂土壓力和樁間土壓力呈正比增加且增加速度較快；路基填筑完成后，樁頂土壓力隨時間逐漸降低，而樁間土壓力的變化趨勢不明顯。樁頂土壓力降低主要原因是樁頂土壓力過大，側(cè)摩阻力的作用達到極限，導(dǎo)致樁端應(yīng)力不斷增加，進而出現(xiàn)樁端刺入變形和樁頂應(yīng)力松弛現(xiàn)象。同時，由于樁間軟土中布設(shè)了塑料排水板，因此隨著孔隙水不斷排出，樁間土固化效果明顯，固化強度有所提高，能承擔(dān)上部傳遞的大部分荷載。

4 結(jié)語

本文以某車站軟基長板-短樁復(fù)合地基處理工程為例，通過現(xiàn)場試樁試驗確定了施工參數(shù)，路基施工完成后對加固效果和關(guān)鍵物理量（沉降、超孔壓以及樁土應(yīng)力比等）的變化規(guī)律進行了監(jiān)測。根據(jù)現(xiàn)場施工情況，提出了施工質(zhì)量控制措施復(fù)合地基的加固效果方法，可為類似工程地基處理技術(shù)的推廣應(yīng)用提供依據(jù)，尤其可為深厚飽和軟土地基處理技術(shù)提供借鑒和參考。

參考文獻

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