水泥粉噴樁軟黃土地基加固效果分析

摘要：文章以某高速公路軟黃土地基水泥粉噴樁加固處理工程為例，通過(guò)施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和靜載試驗(yàn)，分析路基土壓力和沉降變化情況以及地基承載力，檢驗(yàn)軟黃土地基水泥粉噴樁加固效果。結(jié)果表明：在路基填筑階段樁頂土壓力和樁間土壓力均呈增加趨勢(shì)，工后均緩慢下降；樁土應(yīng)力比沿路基橫斷面方向均勻分布；隨填筑高度增加路基各部位沉降差逐步增加，自路基中心位置向兩側(cè)坡腳逐漸下降，但總體沉降量不大；水泥攪拌樁處治后地基承載力明顯提升，均達(dá)到設(shè)計(jì)要求的130 kPa以上。

關(guān)鍵詞：水泥粉噴樁；軟黃土地基；加固效果；樁土應(yīng)力比；沉降

中文分類(lèi)號(hào)：U416.1+1A290912

0引言

軟黃土地基含水量高、地基承載力較低、穩(wěn)定性差［1］，填方路基下伏軟黃土路段必須采取措施進(jìn)行加固處理后方可進(jìn)行填方施工。軟黃土地基處理方法很多，我國(guó)在多年施工實(shí)踐中積累了大量經(jīng)驗(yàn)，但各種方法適用情況有所不同。水泥粉噴樁法是利用專(zhuān)用施工機(jī)械在鉆孔過(guò)程中定時(shí)定量地將水泥等固化劑從鉆頭噴出，與深層土體充分?jǐn)嚢?，通過(guò)一系列物理與化學(xué)反應(yīng)后固化土體，提高地基土強(qiáng)度，形成粉噴樁復(fù)合地基［2-3］。水泥粉噴樁施工速度快、工藝簡(jiǎn)單、造價(jià)低，可縮短施工時(shí)間，快速固化地基軟土，有效提升地基承載力［4］。本文以某高速公路軟黃土地基處治為研究對(duì)象，采用水泥粉噴樁進(jìn)行加固處理，并在施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)路基土壓力和沉降變化情況，通過(guò)靜載試驗(yàn)檢測(cè)地基承載力，檢驗(yàn)軟黃土地基加固效果。

1工程概況

某高速公路建設(shè)項(xiàng)目K34+210～K34+820段為軟黃土地基，地基土大孔隙發(fā)育，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取樣檢測(cè)確定為Ⅱ-Ⅲ級(jí)自重性濕陷性黃土。該路段地勢(shì)相對(duì)低洼，降雨后容易積水，在長(zhǎng)時(shí)間雨水浸泡下造成地基土含水量高，呈軟塑-流塑狀態(tài)。該路段地基承載力較低，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)力觸探檢測(cè)最大值為82 kPa，與設(shè)計(jì)要求的≥130 kPa相差較大，擬采用水泥粉噴樁進(jìn)行加固處理。水泥粉噴樁設(shè)計(jì)樁徑為0.5 m，樁間距為1.2 m，采用正三角形布置，樁長(zhǎng)為10～12 m，穿過(guò)軟黃土層置于下部穩(wěn)定碎石土上。水泥粉噴樁完工后在地基上部攤鋪40 cm厚砂礫墊層，上部路基填方高度為7.6 m。

2現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與試驗(yàn)方案

2.1現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案

為分析軟黃土地基水泥粉噴樁的加固效果，采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與靜載試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。現(xiàn)場(chǎng)土壓力監(jiān)測(cè)采用鋼弦式土壓力盒，沉降監(jiān)測(cè)采用沉降杯，量測(cè)設(shè)備沿路基橫斷面方向布置。半幅道路測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。測(cè)點(diǎn)布置完成后開(kāi)展初次監(jiān)測(cè)，而后開(kāi)始路基填筑施工，每天開(kāi)展一次監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)時(shí)間持續(xù)路面完工后3個(gè)月，總監(jiān)測(cè)時(shí)間為272 d。

2.2現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)

水泥粉噴樁施工完成，待地基上部砂礫墊層攤鋪壓實(shí)后開(kāi)展靜載試驗(yàn)。試驗(yàn)采用堆重平臺(tái)載荷裝置［5］，加載采用袋裝砂礫。加載主梁為兩組，次梁為十組，均采用32a工字鋼，長(zhǎng)度為10 m；基準(zhǔn)梁采用10a工字鋼，長(zhǎng)度為5 m。圓形載荷板直徑為600 mm，將千斤頂放在載荷板上部，通過(guò)主梁將荷載傳遞至千斤頂活塞，再通過(guò)添加袋裝砂礫進(jìn)行加載。試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)各測(cè)點(diǎn)沉降量進(jìn)行記錄，采用百分表量測(cè)各測(cè)點(diǎn)沉降量。

3軟黃土復(fù)合地基加固效果分析

3.1土壓力分析

在路基填筑施工階段，利用土壓力盒對(duì)樁頂土壓力和樁間土壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確定施工過(guò)程中土壓力的變化規(guī)律。本文選取土壓力監(jiān)測(cè)值較大的四個(gè)樁頂測(cè)點(diǎn)和四個(gè)樁間土測(cè)點(diǎn)作為研究對(duì)象，整理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制樁頂土壓力和樁間土壓力變化曲線(xiàn)如下頁(yè)圖2、圖3所示。

分析圖2～3土壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果得出，在填筑施工階段樁頂土壓力和樁間土壓力總體呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，隨填方高度增加土壓力增幅逐漸下降。在第一層填土填筑后各樁頂土壓力和樁間土壓力均快速上升，而間歇期樁頂土壓力緩慢下降，樁間土壓力緩慢上升，之后每層填土施工均呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)。分析原因是隨填土固結(jié)，樁間土所承受的應(yīng)力增加，沉降變形也較大，而樁體剛度較大，沉降量也較小。當(dāng)填土厚度接近設(shè)計(jì)填方高度，樁頂和樁間土壓力增幅較小，且填筑施工結(jié)束后均呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢(shì)。樁頂土壓力最大值出現(xiàn)在路基施工的第123 d，最大值為452.3 kPa，而后逐漸下降，且下降趨勢(shì)緩慢；樁間土壓力在路基填筑完成后有小幅增加，而后緩慢下降，最大值為97.4 kPa，出現(xiàn)在第123 d。

3.2樁土應(yīng)力比分析

通過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，得出K34+556斷面監(jiān)測(cè)結(jié)果具均勻性及代表性。通過(guò)計(jì)算得出樁土應(yīng)力比，繪制施工期間樁土應(yīng)力比變化曲線(xiàn)如圖4所示，該斷面樁土應(yīng)力比分布曲線(xiàn)如圖5所示。

分析圖4樁土應(yīng)力比分布曲線(xiàn)得出，在路基填筑施工初期樁土應(yīng)力增幅明顯，隨填方高度的增加樁土應(yīng)力比增幅減緩，這是由于填筑施工初期樁體承受的荷載較大，而后樁土承擔(dān)的荷載不斷增加，樁土應(yīng)力比隨之下降。分析數(shù)據(jù)可以得出，樁土應(yīng)力比集中在3.8～7.1，平均值為4.78。

分析圖5樁土應(yīng)力比分布曲線(xiàn)得出，沿路基橫斷面方向總體分布比較均勻，只有個(gè)別測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)異常，且整體起伏不大；坡腳位置樁土應(yīng)力比較大，其他部位比較接近。

3.3復(fù)合地基承載力分析

水泥攪拌樁施工完成后，在地基頂面鋪設(shè)40 cm厚的砂礫墊層，整平壓實(shí)后開(kāi)展靜載試驗(yàn)。靜載試驗(yàn)選用直徑為600 mm的圓形載荷板，試驗(yàn)均加載至極限荷載。本文選取四個(gè)測(cè)點(diǎn)作為研究對(duì)象，在加載過(guò)程中對(duì)各加載位置沉降量進(jìn)行記錄。整理數(shù)據(jù)繪制荷載-沉降（P-S）曲線(xiàn)如圖6所示。

分析圖6試驗(yàn)結(jié)果得出，各測(cè)點(diǎn)荷載-沉降（P-S）曲線(xiàn)光滑，試驗(yàn)加載達(dá)到極限荷載曲線(xiàn)出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)。四個(gè)測(cè)點(diǎn)最大加載值分別為280 kPa、310 kPa、320 kPa和300 kPa，因此判定各測(cè)點(diǎn)地基承載力特征值分別為140 kPa、155 kPa、160 kPa、150 kPa，均超過(guò)設(shè)計(jì)要求的130 kPa。在達(dá)到極限荷載時(shí)，各測(cè)點(diǎn)的沉降量對(duì)應(yīng)值分別為46.3 mm、52.6 mm、60.8 mm和71.2 mm。結(jié)合其他測(cè)點(diǎn)靜載試驗(yàn)結(jié)果，均達(dá)到130 kPa以上，復(fù)合地基承載力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.4施工現(xiàn)場(chǎng)沉降分析

在路堤填筑過(guò)程中，選取監(jiān)測(cè)斷面對(duì)路堤各部位沉降開(kāi)展監(jiān)測(cè)，分析路基沉降變化規(guī)律。本文選取沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果較大的K34+556斷面作為研究對(duì)象，分別取填方高度為1 m、4 m、7.6 m的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，整理路基各部位沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果，繪制橫斷面沉降變化曲線(xiàn)如后頁(yè)圖7所示。

分析沉降曲線(xiàn)得出，隨填方高度的增加路基各部位沉降逐漸增加，在填方高度較小時(shí)各部位沉降量相差不大，隨填方高度增加路基中心部位逐漸超過(guò)路基兩側(cè)，且坡腳位置最小。當(dāng)路基填方高度達(dá)到1 m時(shí)，路基各部位沉降相差不大，大體分布在6.6～7.6 mm；填方高度增加至4 m，路基中心位置位移略高于兩側(cè)坡腳，沉降差最大為4.1 mm；填方高度增加至7.6 m，路基中心位置與兩側(cè)坡腳沉降明顯增加，路基中心位置沉降量為34.8 mm，與兩側(cè)坡腳沉降差最大值為5.6 mm。結(jié)合路面完工后沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果，路面結(jié)構(gòu)層施工完工后，各部位沉降量略有增加，但增幅不大。原因是路面施工前經(jīng)歷了一段時(shí)間的自然沉降，路基和地基基本固結(jié)，路基中心位置最終沉降量為37.2 mm，沉降量較小?？傊?，在路基填筑施工過(guò)程中，地基頂面沉降未產(chǎn)生驟增的情況，且總體沉降量不大，說(shuō)明采用水泥粉噴樁處治后地基穩(wěn)定性良好，達(dá)到了預(yù)期處治效果。

4結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合軟黃土地基水泥粉噴樁處治工程實(shí)例開(kāi)展研究，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與靜載試驗(yàn)檢驗(yàn)加固效果，分析得出以下結(jié)論：

（1）在路基填筑施工階段，樁頂土壓力和樁間土壓力均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，施工間歇期樁頂土壓力緩慢下降，樁間土壓力緩慢上升，在填筑施工接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)二者增幅均較小，工后均呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)。

（2）在路基填筑施工初期，樁土應(yīng)力比較大，隨樁間土承受荷載不斷增加樁土應(yīng)力比緩慢下降，平均值為4.78左右；坡腳位置樁土應(yīng)力比較大，沿路基橫斷面方向總體呈均勻分布。

（3）根據(jù)靜載試驗(yàn)結(jié)果，各測(cè)點(diǎn)地基承載力最小值為140 kPa，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)≥130 kPa的要求，說(shuō)明采用水泥粉噴樁處治后軟黃土地基承載力明顯提升，可進(jìn)行路基填方施工。

（4）在路基填方高度較小時(shí)各部位沉降量相差不大，隨填方高度增加沉降差逐漸加大，在完工后總體沉降量不大，地基處治后穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期加固效果。

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作者簡(jiǎn)介：段二兵（1989—），工程師，研究方向：土木工程施工。