长板-短桩复合地基处理技术应用试验研究.pdf

中国新技术新产品2024 NO.1（下）-116-工 程 技 术水泥土搅拌桩是处理软土地基的常用方法，但处理深厚淤泥层地质时具有极大的局限性1。某港口铁路车站位于滨海深厚淤泥质大面积软土层上，采用了“塑料排水板+水泥搅拌桩”联合的复合地基处理技术（通常简称为“长板-短桩”）2。为了推广应用该技术，明确加固效果和总结施工参数，本文通过应用试验研究为类似工程提供优化依据。1 工程概况1.1 工程简介本文所述车站北侧距海边 730m，西侧距海边 703m，车站建成后将实现海铁联运货物装卸“零对接”。车站设正线 1条、到发线 5 条，总占地面积超 37 万 m2，其中软基处理面积超 15 万 m2。正线及到发线设计采用塑料排水板联合水泥搅拌桩复合地基处理技术。1.2 地质条件该车站地形地貌为剥蚀丘陵区及冲滨海平原，地层岩性如下。第 1 层，Q4ml素填土，灰黄色、稍湿，松散；第 2 层，Q4mal粉质黏土，灰黄色，软塑，0=100kPa；第 3 层，Q4al+m淤泥质黏土，灰色，流塑，0=50kPa，最深达 30m；第 4 层，Q3al+pl粉质黏土，灰黄色，硬塑，0=150kPa；第 5 层，Q3al+m黏土，灰黄色，软塑，0=120kPa；第 6 层，Q3el+dl粉质黏土，灰黄色，硬塑，0=180kPa。如图 1 所示。淤泥质黏土的物理力学参数指标为天然含水量 46.98%，天然孔隙比 1.32，液限 42.28%，塑限 23.2%，压缩系数 1.08，压缩模量 2.04MPa。2 长板-短桩复合地基处理技术2.1 工后沉降控制原则正线、相邻到发线及场坪工后沉降不超过 30cm。2.2 地基处理技术措施正线及相邻到发线、集装箱区机走线采用水泥搅拌桩联合塑料排水板加固，路基填筑完成后堆载预压稳定。水泥土搅拌桩桩径 0.5m，间距 1.4m，正方形布置，桩长 4m12m，塑料排水板间距 1.4m，正方形布置，桩嵌入第 2 层地层底面，如图 2 所示，堆载预压土高度 1.5m。水泥土搅拌桩设计参数为水泥掺入量不低于 65kg/m。将P.O42.5 普通硅酸盐水泥作为固化剂，水泥浆液水灰比一般为0.450.55，具体根据试验确定。搅拌桩水泥土 28d 龄期的无侧限抗压强度不低于 1.2MPa，单桩承载力不低于 94kN，水泥搅拌桩复合地基承载力设计值不低于 140kPa。2.3 工艺性试桩为掌握现场淤泥质黏土实际情况，了解施工钻机的钻进、提升速度、泵压以及水泥品种、掺量、水灰比等参数对水泥土搅拌桩强度的影响，分别进行施工前水泥土试验、施工过程中工艺参长板-短桩复合地基处理技术应用试验研究贾国高（中铁二十二局集团有限公司，北京 100043）摘 要：传统的搅拌桩、旋喷桩及换填等地基处理方法在软土地基处理施工中具有一些成功经验，但工程应用实践表明这些方法存在局限性和处理效率、性价比不高等问题。为了提高滨海地区深厚、大面积淤泥质地层地基处理的效率和性价比，在某港口铁路的车站采用塑料排水板联合水泥搅拌桩复合地基处理新技术。本文介绍了采用新技术的工艺性试桩试验、施工参数确定以及成桩达到龄期后进行堆载时的路基沉降、位移、孔隙水压力和桩土应力试验，验证了本文技术在深厚、大面积淤泥质地基处理中的适用性，可为类似工程采用长板-短桩复合地基处理技术提供借鉴和参考。关键词：长板短桩；地基处理；应用试验中图分类号：U213文献标志码：A图 1 长板-短桩联合处理地层地质剖面图（m）【括号改成第 2 层 第 3 层 第 4 层 第 5 层】第 2 层A、B 组填料堆载预压第 3 层第 4 层第 5 层中国新技术新产品2024 NO.1（下）-117-工 程 技 术数试验、成桩后无侧限抗压强度及单桩、复合地基承载力试验。2.3.1 水泥土试验将现场钻孔取得的不同深度的淤泥质黏土在试验室进行室内配合比试验，分别进行了水灰比为 0.45、0.5、0.55，水泥掺量分别为 55kg/m、60kg/m、65kg/m、70kg/m、75kg/m 的水泥土标准试验，在 28d 后检测无侧限抗压强度值3。试验表明，当水灰比为 0.5 时，可以保证水泥掺量在接近设计掺量的情况下达到较高强度，因此将水灰比为 0.5 的参数作为试桩参数。2.3.2 工艺参数试验水泥浆水灰比取 0.5，选用当地优质 P.O42.5 普通硅酸盐水泥。选取 3 组操作熟练的作业工人，划分 3 个责任区域，水泥掺量为 60kg/m、65kg/m、75kg/m，施工工艺按照“四搅两喷”“四搅三喷”“四搅四喷”分别进行试桩，同一作业队的同一参数、工艺的试桩数量不少于 3 根。3 个试桩区域的地质条件为淤泥质黏土层最后的区域。2.3.3 桩体强度试验成桩 28d 后，对同一组 3 根试桩分别进行无侧限抗压强度、单桩承载力以及复合地基承载力检测，记录数据并分析研判是否符合设计要求指标。2.3.4 施工参数的选取经过试桩试验及检测，并组织召开建设、设计、监理、施工四方论证会后确定的施工参数如下。1）钻机钻进速度为1.1m/min1.2m/min。2）喷浆、提升速度为 1.1m/min1.2m/min，泵压为 1MPa1.4MPa。3）水泥用量为 70kg/m75kg/m。4）施工工艺为“四搅三喷”。5）水灰比为 0.5。6）采用 P.O42.5 普通硅酸盐水泥，泥浆密度为 1.85g/mL1.95g/mL。2.4 软基处理施工根据设计的长板-短桩复合地基处理技术和试验确定的施工参数组织大面积施工。先对塑料排水板进行施工，待地下水沿着排水板渗水通道排出后再对水泥搅拌桩进行施工。严格按照设计图纸、规范执行工艺试验结果，并在施工区域周围挖好排水沟。待软基处理完成并经检测桩体强度指标和承载力满足要求后进行路基填筑施工。填筑完成后进行不少于6个月的路基堆载预压。3 现场监测试验及结果分析为验证长板-短桩复合地基处理新技术，需要在路基填筑及堆载预压施工过程中检测路基沉降、水平位移、孔隙水及桩土应力变化，掌握其变化规律4。3.1 沉降监测及分析3.1.1 监测方法在现场预埋沉降板、路基分层填筑填筑过程中观测沉降管，以进行沉降监测。在路基线路中心位置分别设置若干沉降板，分别埋设于桩顶、桩间土及垫层的顶部。观测周期为施工期间及堆载预压后 6 个月以上。3.1.2 总沉降变化测得沉降板总沉降数据并绘制总沉降随时间的变化图，如图 3 所示。结果表明，在加载阶段，（填筑）沉降量随厚度的增加而不图 2 长板-短桩复合地基加固平面布置图（m）图 3 地表总沉降变化543210100200300400500600路堤填高/m沉降/mm20406012014016018020022024026010080时间/d中国新技术新产品2024 NO.1（下）-118-工 程 技 术断增加，分层填筑的时间间隔越小，沉降增长趋势越明显；在恒载阶段，沉降量缓慢增加。测试过程中，地基土沉降大于桩顶沉降，沉降板测得的复合地基最大沉降量为 600mm。3.2 水平位移变化3.2.1 监测方法水平位移采用测斜管观测。测斜管为塑料材质。塑料测斜管的柔性性能应能适应软土层位移变形，测斜管端接口应连接密合，管内纵向十字导槽要润滑顺直，测斜管埋设于路堤边坡趾部。埋设时，先应用钻机钻引导孔。导孔的垂直偏差控制在 1.5%以内，导孔底部应进入粉质黏土层 100cm 以上。管内的十字导槽须对准路基的纵横方向。测斜管上部的高度应高出路基面 50cm 以上，并设置孔盖对管口进行保护。3.2.2 水平位移变化坡脚处的水平位移沿深度的分布规律图如图4所示。坡脚地基土最大水平位移为 94mm，位于地表附近。搅拌桩长度范围内的曲线斜率较小，搅拌桩桩底以下的土体水平位移相对较大。3.3 孔隙水压力测试及分析3.3.1 测试方法孔隙水压力采用钻孔埋设的孔隙水压力计进行测试，选用振弦式仪器，各埋设于路基中心（剖面 1）和路肩（剖面2）处，测试周期为 250 余天。每个测试断面沿深度每隔 3m埋设一支孔隙水压力计，共计布设 10 支，分孔埋设并注意封孔。钻孔埋设时应详细做好钻孔和埋设记录。每支孔压计埋设完成后，及时采用接收器验收孔压计埋设是否合格。3.3.2 超孔隙水压力随时间的变化测试断面的地基土超孔隙水压力随荷载及时间的发展规律图如图 5 所示。结果表明，超孔隙水压力在填土加载期间逐渐增大，加载荷载达到最大值或区域极限值后明显变小并逐渐消散。超载预压时孔隙水压力明显增加。3.4 桩土应力监测及分析3.4.1 测试方法在每个观测断面的路基中心、路肩处对应的桩顶和桩间土位置，沿深度方向在垫层底部、桩顶处分别采用埋设振弦式土压力计的方法进行应力测试，土压力计的埋设采用挖坑法，坑槽底部应整平夯实，埋设必须位置准确且稳固。土压力计 20cm 范围内用细砂填实，采用人工均匀回填夯实，连接土压力计的外引电缆线均应编号。3.4.2 桩土压力随荷载及时间的变化检测复合地基土压力随着时间的变化规律如图 6 所示。结果表明，在路基填筑阶段，水泥搅拌桩顶土压力和桩间土压力呈正比增加且增加速度较快；路基填筑完成后，桩顶土压力随时间逐渐降低，而桩间土压力的变化趋势不明显。桩顶土压力降低主要原因是桩顶土压力过大，侧摩阻力的作用图 4 水平位移分布规律图 5 W2 孔压测试结果543210102030405060路堤填高/m超孔压力/kPa20406012014016018020022024026010080累积时间/d3m9m15m21m27m中国新技术新产品2024 NO.1（下）-119-工 程 技 术达到极限，导致桩端应力不断增加，进而出现桩端刺入变形和桩顶应力松弛现象。同时，由于桩间软土中布设了塑料排水板，因此随着孔隙水不断排出，桩间土固化效果明显，固化强度有所提高，能承担上部传递的大部分荷载。4 结语本文以某车站软基长板-短桩复合地基处理工程为例，通过现场试桩试验确定了施工参数，路基施工完成后对加固效果和关键物理量（沉降、超孔压以及桩土应力比等）的变化规律进行了监测。根据现场施工情况，提出了施工质量控制措施复合地基的加固效果方法，可为类似工程地基处理技术的推广应用提供依据，尤其可为深厚饱和软土地基处理技术提供借鉴和参考。参考文献1 郑刚，龚晓南，谢永利，等.地基处理技术发展综述 J.土木工程学报，2012，45（1）：128-130.2 中铁二院工程集团有限公司.铁路工程地基处理技术规程M.北京：中国铁道出版社，2009.3 江培兵.水泥土搅拌桩施工参数对桩体强度的影响研究 J.山西建筑，2019（10）：69-70.4 朱向阳.水泥土搅拌桩处置连云港软土地基的试验研究D.南京：河海大学，2007.图 6 土压力测试结果（a）桩顶土压力测试（b）桩间土压力测试20406080100120140160543210543210102030405060路堤填高/m路堤填高/m桩顶土压力/kPa桩间土压力/kPa2020404060601201201401401601601801802002002202202402402602601001008080时间/d时间/dP1（左侧路肩）P4（路基中心）P7（右侧路肩）P2（左侧路肩）P6（路基中心）P8（右侧路肩）