论水泥搅拌桩在公路软基处理中的应用
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摘要：近年来随着国家经济快速增长，国家投入交通行业越来越大，正在建设或即将建设的高速公路以及地方公路逐年增多，在公路建设过程中，沿线不可避免地出现软土地基，在软土地区修建公路，高路堤存在稳定性差和过大的变形沉降问题，低路堤在交通荷载作用下，常使道路沉降变形，严重影响道路的质量和使用，由此造成的经济损失是巨大的，为解决这一问题，在工程实施中应该因地制宜，寻求简便易行的方法，既能保证工程质量，又能加快工程施工进度，本文根据工程实际，论述水泥搅拌桩在公路软基处理中的应用。
关键词：水泥搅拌桩软基处理应用
1.软土地基的工程特性
软基形成原因不尽相同，但基本上都具有相同的工程特性，主要表现在以下方面：
1.1土层深度在0.5~30m不等，沿海地区埋置较浅，内陆地区埋置较深。
1.2天然含水量高，含水量在34%~72%之间，孔隙比大，孔隙比在1.0~1.9之间；饱和度一般大于95%，液限一般为35%~60%，塑性指数为13~20，天然密度为15~19kg/m3。
1.3透水性差，大部分软土的渗透系数为10-8~10-7cm/s。
1.4压缩性高，压缩系数为0.005~0.02，属于高压缩性土。
1.5抗剪强度低，其快剪粘聚力在10kPa左右，快剪内摩擦角在0°~5°之间。
1.6流变性显著，其长期抗剪强度只有一般抗剪强度的0.4~0.8倍。
1.7具有触变形，一旦受到扰动，土体的强度明显下降，甚至成流动状态。
1.8软粘土主要由粘土粒和粉粒组成，常含有有机质。
2.公路工程中常用的软基处理方法
2.1置换填土法，挖除泥炭、软土，使路堤填筑于基底或尽量置换渗水性填料，适用于泥沼及软土厚度小于2m时。
2.2抛石挤淤法，在路基中线向两侧抛投一定数量的片石，将淤泥挤出路基范围，以提高路基强度。一般采用不易风化，尺寸小于0.3m的大石块。主要用于厚度小于3m表层无硬壳、呈流动状态淤泥，排水困难、石块易于取得条件下可用。
2.3砂垫层法，砂垫层厚度一般为0.6~1.0m，可使软土顶面增加一个排水面，有利于促进基底排水固结，提高路基强度和稳定性，主要用于软土地区高度小于两倍极限高度时。
2.4塑料排水板法，该法利用塑料排水芯板竖向排水，与土工布横向排水结合，加快路堤固结沉降、提高路基强度。
2.5水泥粉喷桩法，该法用打入粉喷桩的办法，使桩与软基共同承担负荷形成复合地基，其中大部分荷载由桩体承受，土改善不多。主要适用于软土深层处理，打穿软土层，沉降就少；未打穿软土层沉降缓慢，稳定时间较长。
根据广西已建的高速公路及地方公路，过去对软基处理常采用换填法、塑料排水板法，肓沟加砂垫层法，近年来开始使用水泥搅拌桩法。下面介绍广西筋竹至岑溪高速公路采用的水泥搅拌桩法处理软基情况。
3.工程概况及水泥搅拌桩法处理软基使用原因
广西筋竹至岑溪高速公路沿线软土分布广泛，深浅各异，主要分布于山前平原和山间冲槽、水田及水塘地段，由于地势低洼、地下水丰富或地表积水，造成土质软化及有机物淤积，主要以淤泥、淤泥质粘土、饱和粘性土为主，多呈软~可塑状。
本项目原设计软土地基基本上是采用换填法处理，由于项目开工适逢雨季，造成换填软基施工非常困难，长时间不能动工；另因为沿线有些换填路段换填量巨大，弃土、取土困难，如K32+560~+920段，原设计换填10万立方，换填深度达7m，如果按原设计全部换填，光挖除的软土所需的弃土场就成问题，加之沿线土质大多为粉质土或高液限土，换填所需土源难寻，在工期要求紧迫的情况下，部分深度较大，场地适宜的软基处理改用水泥搅拌桩处理。
4.水泥搅拌桩设计
根据项目实际情况，经施工、监理、业主、设计单位讨论，通过变更原设计，将部分原设计换填法处理软基变更为水泥搅拌桩法处理，设计采用Φ50cm水泥桩，等边三角形布置，桩间距为1.0~1.2m，处理范围为软基路段路线两侧排水沟沟底位置范围内；涵洞、通道位置采用正方形布置，涵身部分桩间距0.8m，进出口位置桩间距0.9m，处理面积为涵洞、通道基础底面积每边加宽1m。为更好地形成复合地基，在桩顶设0.9m厚的砂砾垫层、两层土工格栅一层土工布加强整体性。
5.水泥搅拌桩施工
5.1场地平整清理，将拟处理的软基路段路基范围内清除表土30cm，将田基、塘基清除整平。
5.2铺砂砾垫层50cm，采用倒推法，将砂砾摊铺在整平的地基上，整平后，如压路机能进入压实时，可用压路机压实。
5.3放样，根据处理路段情况，如处理路段设计有涵洞、通道，则先将涵洞、通道基础周边加1m放出涵洞、通道位置，根据设计要求，涵洞通道位置涵身部分采用正方形布置水泥搅拌桩，桩间距为0.8m，涵洞、通道进出口采用正方形布置，桩间距为0.9m，涵洞通道以外根据变更设计，按设计的桩间距将水泥搅拌桩桩位准确放于地基上，桩间距为1.0m~1.2m。桩位可用竹桩钉入砂砾中，为方便机械操作人员看清桩位，桩位可用白色石粉标出。应注意的是，最好在整平的地基上先放出涵洞通道周边线，测量涵位的标高情况，如果涵位处整平后的地面标高高于涵洞通道基础底标高减砂砾层厚度时，最好将涵位处高出部分的软基挖除，保证处理完后的涵洞基础置于砂砾垫上。
5.4机械进场就位作业，机械采用PH-5B型机器。
5.5成桩，水泥搅拌桩施工采用“两喷四搅”或“四喷四搅”工艺，以通过试桩和室内实验确定满足设计要求为原则采用，试桩根数不少于5根。
5.5.1机械定位
5.5.2切土下沉，控制下沉速度为1m/min，误差不大于±10cm，搅拌机转速60r/min，工作电流不应大于70A。
5.5.3到达持力层，电机工作电流从正常的小于70A突然增长至70~80A及以上。
5.5.4喷浆，钻至持力层后，开始送浆，原地喷浆30秒后开始上提，速度为1m/min，误差不大于±10cm，搅拌机转速60r/min，至桩顶时停止送浆，桩顶应伸入顶面砂砾层30cm。
5.5.5钻机复搅下沉。
5.5.6钻机下沉至底部时，开始送浆，搅拌上升至桩顶。完成了一根水泥搅拌桩的施工。
5.5.7重复上述工作，将处理路段内的所有水泥搅拌桩全部施工完毕，完成路段水泥搅拌桩的施工。
5.6水泥搅拌桩桩体强度要求
水泥搅拌桩桩体强度要求为：28天无侧限抗压强度≥1.0MPa；桩体水泥用量≥60kg/m，整桩应达到均匀性和连续性。
5.7桩体检测
水泥搅拌桩施工完毕，龄期达到28天后，现场采用钻芯法检测桩身完整性，丈量桩间距，抽检频率按全部数量的3%进行抽检。龄期28天的原状试件和按设计配合比室内试样的无侧限抗压强度为主要控制手段。龄期28天的原状试件无侧限抗压强度≥1.0MPa，单桩承载力要求≥150KPa。
5.8水泥搅拌桩施工过程注意事项
5.8.1水泥搅拌桩桩位放样要准确，桩位误差应在±10cm以内。
5.8.2水泥浆配制要准确，严格按室内设计的配比施工。
5.8.3在钻进搅拌送浆过程中，应注意检查钻入深度，必须达到持力层以下1m，同时检查每根桩水泥浆注入量，同时做好施工记录。
5.8.4施工人员必须跟班检查，避免漏打现象。
5.8.5水泥桩必须穿透软土层进入持力层，否则将达不到处理效果。
5.9砂砾垫层、土工格栅、土工布的铺设
水泥桩施工完毕，应采用小型的机械整平第一层砂砾层（50cm）顶面，根据设计铺设第一层土工格栅，然后铺第二层砂砾20cm，第二层土工格栅，铺第三层砂砾20cm，各层砂砾均应压实，第三层砂砾顶面铺一层土工布，之后按设计上土填筑路基。
5.10路基填筑控制
路基填筑过程中，应注意填筑速度和沉降观测，控制在设计范围内。
结束语：水泥搅拌桩处理软基，形成的复合路基侧向变形小，填土后两三个月内侧向位移趋于稳定，同时复合地基承受的填土速率大，缩短了工期；复合路基的性能取决于桩体质量，施工质量是搅拌桩处理软基的关键。广西筋竹至岑溪高速公路项目水泥搅拌桩于二○○八年五月至八月实施，项目于二○一○年四月建成通车，到目前，采用水泥搅拌桩处理的路段没有下沉变形情况出现，采用水泥搅拌桩处理软土地基，施工简单易行，操作方便，施工进度快，近年开工的广西高速公路也在逐渐推广使用。
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