固化土层联合水泥搅拌桩技术应用研究.pdf

116|PEOPLES TRANSPORTATION技术|Technology前言由于国内各个地区的地质条件较差，局部有小河沟、鱼塘等分布，故需要采用地基处理的方式改善地质条件。传统地基处理方法包括换填垫层法、强夯法、砂石桩法等。换填垫层法处理软弱土层，挖掉对路基的稳定性有影响的软弱土，再填入稳定性比较好的土再进行压实，形成性能优良的人工地基；软土强夯法则是通过小型的强夯机连续冲击压实，减少地基的压缩性，以达到增加整个地基的强度；砂石桩法是利用振动的方式在软土地基存在小孔后，填入砂、卵石、碎石等材料，形成密实砂石桩。近年来，就地固化技术的应用有效解决了换填材料紧缺、弃土开固化土层联合水泥搅拌桩技术应用研究 文/王红平 陈浩然 何俊裕 黄磊针对鱼塘、河道等路段，就地固化能够代替换填法，有效解决了换填材料紧缺、弃土开挖量大等问题，并能够将土体进行加固达到相应的强度要求进行使用。对于深厚软土，可将就地固化硬壳层与深层地基处理措施相结合，实现鱼塘、河道路段的快速处理，形成就地固化硬壳层，并为桩基施工提供平台，就地固化硬壳层与桩基共同承担上覆荷载。文章依托莞番高速公路实际工程，提出了软土就地固化复合地基技术的原理和工艺，并通过现场试验研究复合地基在路堤荷载作用下的沉降控制效果，为类似工程提供参考。挖量大等问题。土体就地固化的本质是通过搅拌机将原位土与固化剂充分地进行搅拌，然后形成了有一定强度的人造硬壳层。就地固化技术的主要优势是可以使人工硬壳层快速成型，具有节约成本、时间以及环保的优点。黄擎洲等人结合绍兴地区钱清至滨海工业区公路工程采用了水泥搅拌桩与浅层就地固化联合使用的新型施工方式保证了地基的稳定性，维护了良好的桥梁桩基施工环境；卢占伟等通过就地固化+复合地基施工技术在绍兴钱滨线泥浆池施工处治中的应用，有效解决了桥梁桩基施工平台难搭设的问题，提供了桥梁桩基良好的施工工作平台，此技术对淤泥、泥浆、软土等类似工程处理具有借鉴意义。本文以实际工程为例，结合高速公路地基桩体施工的相关情况，对软土固化与水泥搅拌桩复合地基技术进行分析研究，并提出存在的问题和采取固化处理措施。现场工况地质条件莞番高速公路常平至寮步段勘察设计第8A合同段由莞番高速、环莞快速主线、环莞快速辅道以及连接环莞主线的匝道组成，其中环莞快速主线、环莞快速辅道、连接环K19+768K19+980段辅道设计填土高度2.114.31m，处于现状池塘，塘底存在表层淤泥。根据地质钻孔，深层软土埋深 312.9m，厚3.611.4m，深 灰 PEOPLES TRANSPORTATION|1172023 年 第 18 期 灰黑色，饱和，流塑，含有少量机质，局部含细砂。原设计对现状鱼塘采取了挖淤排水，换填普通土。对于深层软土，采用水泥搅拌桩加碎石垫层的复合式地基处理，K19+768K19+880 段设计桩长为 15m，K19+880K19+980段设计桩长为11m，桩径0.5m。其中人行道及放坡范围桩间距为 1.4m,车行道及其放坡范围桩间距为 1m。设计断面情况桩体使用的水泥是42.5 R或更高的普通硅酸盐水泥，其比例在0.45至0.55之间，水泥掺和量得比例为12%至15%之间,其中设计水泥量为55kg/m。桩底应进入下卧硬层0.5m以上，桩顶面应设置50cm厚碎石褥垫层,碎石采用级配碎石,最大粒径应小于40mm。在垫层的中间和上面铺上一层双向土工格栅。土工格栅的幅宽应该不低于2m，其搭接长度应该不低于30cm，并使用 U形钉，每隔2m，按照正方形的方式，将格栅进行拉紧和固定，格层的间隔是30cm。土 工 格 采 用 一 次 拉 伸 成 型GSL50/PP双向聚丙烯格栅,不得焊接无节点,每延米在纵横向的极限抗拉强度不能低于50kN/m，在纵横向的名义抗拉强度下的伸长率不能超过13%，在纵横向2%伸长率时的拉伸力不能低于17KN/m，在5%伸长率时的拉伸力不能低于34kN/m。施工时宜根据设计要求选择合宜的搅拌保证质量的专用机械。在水泥混合料的施工过程中，应该采取少喷量多喷次的“四喷四搅”施工方式，严格控制喷浆量和提拌沉降，起吊速率，以确保桩的质量。钻机下沉，提升速度不宜大0.8m/min。在桩体施工完毕之后，需要对桩体质量进行检测，当软土含水量不超过70%的时候，在成桩28天后进行检测；当软含水量超过70%的时候，就应该在成桩90天后进行检测。根据地质资料对淤泥路段进行分析，结合沉降、强度特性对软土地基进行处理，先清淤0.7m，清淤后采取打设水泥搅拌桩的方式处理浸水软土地基，如图1所示。软土就地固化复合地基技术施工工艺技术原理软土就地固化技术+复合地基技术的基本原理是采用固化剂对软土等土体进行就地固化，快速形成人工硬壳层。此方法是对废弃土体进行快速处理的一种地基处理办法，它能够使土体达到一定的使用强度，有效解决废弃土的堆放、处理问题，从而实现节能环保，资源循环利用。工艺流程现场固化工艺施工的主要设备包括：配套挖机、强力搅拌头、固化剂添加控制设备、后台供料系统等组成，如图2所示。强力搅拌头能够将固化剂均匀、高效地拌入土内，相比于一般搅拌头，强力搅拌头地效果更加显著，专业性更强。固化剂添加控制系统置于后台供料系统中，可以有效、稳定地控制固化用量的输入。图1 就地固化断面图图2 ALLU强力搅拌头系统118|PEOPLES TRANSPORTATION技术|Technology（1）就 地 搅 拌 原 理 及 施 工：ALLU强力搅拌头系统就地搅拌的原理是将粉状固化剂进行就地搅拌处理技术处理。固化剂主要成分为水泥，掺量比暂定为6%的水泥+4%的粉煤灰（按容重1.8t/m3计算），同时按固化剂掺量的0.4%加入外掺剂，外掺剂满足相关要求。使用ALLU强力搅拌头系统对原位土进行充分搅拌，采用边固化边推进的固化方式（如图3），用搅拌头上下垂直搅拌进行固化，搅拌头插入原位土的方式为直插式，搅拌设备在正向前进的过程中，一边进行搅拌，一边喷出固化剂，当到达固化的设计底部后，再逆着缓慢上升，同时喷出固化剂。图3 边固化边推进的固化方式该 过 程 涵 盖 此 工 艺 中 的 四个关键步骤：（1）搅拌均匀，满足强度指标；土与固化剂必须要充分结合，搅拌的速率一般控制在1525s/m，固化剂的喷料速率控制在150250kg/min，以此确保施工过程能够均匀喷撒搅拌，各个区块之间须有5cm的搭接宽度，防止漏搅。（2）场地平整；搅拌结束后，利用搅拌机的自重进行预压，预压时长3个月，期间对土体进行养护。（3）处理复合地基；就地固化处理后的人工硬壳层达到一定强度时，立即对复合地基处理，使其满足水泥搅拌桩等用于施工的机械的承载能力。（4）试验检测；就地固化完毕后，须立即对土体的强度、均匀性等各个方面进行检测。检测发现，前后对比十分明显（如图4）。处理效果此次就地固化前的土体中淤泥含水率高，强度低、压缩性大、透水性差、抗剪强度低，经过就地固化处理之后的土体发生明显变化，含水率显著降低，强度显著提高，压缩性降低，抗剪强度显著增大，土质均匀，颗粒感明显，固化效果显著，极大地改善了土体的质量，地基沉降均匀，路基的稳定性显著提高。（如图5）结论（1）对于原状鱼塘路段提出了就地固化硬壳层联合水泥搅拌桩复合地基处理形式，减少了弃土的产生，解决了弃土堆放问题，实现了节能环保、土资源循环利用。（2）土体在上部路堤荷载的持续作用下，路基中心沉降由0.7mm增大到36.2mm，并且在第27天的时候趋于稳定，沉降范围满足了路基的使用要求。（作者：东莞市路桥投资建设有限公司 王红平、陈浩然、何俊裕；河海大学土木与交通学院 黄磊）A.未处理前的原状土 B.就地处理后的土体图4 就地固化施工前后土体对比图图5 路面中心沉降和路肩处沉降图