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摘要:水泥搅拌桩是进行软基加固处理的一种有效技术，在道路软土地基处理中应用广泛。文章系统地阐述了水泥搅拌桩技术，并结合工程实际，介绍了水泥搅拌桩在市政道路工程软土路基加固处理中的应用，可为市政道路软土路基的加固处理提供技术参考和经验借鉴。
关键词:市政道路工程；软土路基；水泥搅拌桩；地基承载力
广东省位于我国大陆南端沿海，降雨非常明显，存在较多软弱地基，具有含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、渗透性小、抗剪强度低、固结系数小等不利的工程性质，给工程建设和人工构造物带来较大的影响和隐患，其处理已然成为道路工程建设的关键问题之一。当今，随着我国道路建设工程的高速发展，越来越多的新技术，新工艺被应用到施工过程中，为道路交通事业的发展提供保障。其中，水泥搅拌桩技术作为较为成熟的软基加固处理方式，在科学的施工方法和有效的质量控制措施下，可有效提高软基的承载能力，保证路基稳定性，满足道路工程对路基工后沉降的要求。
1 水泥搅拌桩技术
1.1 地基处理的基本要求及分类
地基处理通常要满足以下五个方面的要求:强度要求、变形要求、动力稳定性要求、透水性要求、特殊土地基安定性要求。目前常用的地基处理方法可分为排水固结法、压(挤)密法、置换法、灌浆法、加筋法、托换技术等几大类，水泥搅拌桩属于置换法之一。
1.2 成桩机理及成桩条件
水泥加固土的物理化学反应过程与混凝土的硬化机理不同，混凝土的硬化主要是在粗填充料(比表面不大、活性很弱的介质)中进行水解和水化作用，所以凝结速度较快。而在水泥加固土中，由于水泥掺量很小，水泥的水解和水化反应完全是在具有一定活性的介质─土的围绕下进行，所以水泥加固土的强度增长过程比混凝土为缓慢。
深层水泥搅拌桩是靠水泥和软土中的水和土之间发生一系列的物理、化学反应而形成强度的，不同的土质会产生不同的加固效果。软粘土颗粒粒径小、表面积大、分散性大、稳定性差，容易和水泥发生反应，并且粘土较小的渗透系数常可使水泥搅拌桩含水量降低，所以水泥搅拌桩适用于软粘土地基处理。在软粘土矿物成分中，高岭石、伊利石和蒙脱石为主要的粘土矿物成分，其中蒙脱石最容易与水泥发生反应。对一份蒙脱石类矿物含量较低的试验用淤泥质粘土的土样用X射线衍射矿物分析，稳定性好的矿物石英含量在40%以上，高岭石和伊利石含量为40%，把其中一段大气干燥的淤泥质粘土水泥搅拌桩钻取样放入水中，约一个多小时就完全溶解为泥浆，溶解速度与一般粘土十分接近，说明了这类土恰恰缺少蒙脱石类粘土矿物，水泥较难与土发生化学反应，致使水泥搅拌桩强度较低，这也说明水泥搅拌桩最适用于蒙脱石类矿物含量高的粘土地基。
另外，适当的含水量也是搅拌桩成桩的必要条件之一。综合考虑搅拌桩的成桩条件、施工条件、经济因素后，我国《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)规定:水泥搅拌桩复合地基适用于处理正常固结的淤泥、淤泥质土，素填土、黏性土(软塑、可塑)、
粉土(稍密、中密)、粉细砂(稍密、中密)、中粗砂(松散、稍密、饱和黄土等土层。不适于含大孤石或障碍物较多且不易清除的杂填土、欠固结的淤泥和淤泥质土、硬塑及坚硬的黏性土、密实的砂类土，以及地下水渗流影响成桩质量的土层。当地基的天然含水量小于30%(黄土含水量小于25%)时不宜采用粉体搅拌法。另外，干法加固深度不宜大于15m，湿法加固深度不宜大于20m。
1.3 物理力学性质研究
拌入固化剂以后加固土呈现出一种坚硬的状态，与天然软土地基相比其变形模量、强度等指标均提升了数十倍甚至数百倍。水泥参量大于5%时，加固土体无侧限抗压强度qu可以达到400～4000kPa之间，而抗拉强度将会达到qu的0.15～0.25倍，摩擦力则会达到qu的0.2～0.3倍，变形模量可达到qu的120～150倍。
水泥土的强度随着龄期的增长而提高，一般在龄期超过28d后仍有明显增长，根据试验结果的回归分析，得到在其它条件相同时，不同龄期的水泥土无侧限抗压强度间关系大致呈线性关系，这些关系式如下:
fcu7=(0.47～0.63)fcu28 fcu14=(0.62～0.80)fcu28
fcu60=(1.15～1.46)fcu28 fcu90=(1.43～1.80)fcu28
fcu90=(2.37～3.73)fcu7 fcu90=(1.73～2.82)fcu14
上式fcu7、fcu14、fcu28、fcu60、fcu90分别为7d、14d、28d、60d和90d龄期的水泥土无侧限抗压强度。
当龄期超过3个月后，水泥土的强度增长才减缓。同样，据电子显徽镜观察，水泥和土的硬凝反应约需3个月才能充分完成。因此水泥土选用3个月龄期强度作为水泥土的标准强度较为适宜。一般情况下，龄期少于3d的水泥土强度与标准强度间关系其线性较差，离散性较大。
1.4 检测手段
目前搅拌桩的检测手段大体有以下几种:
①轻型动力触探法。只能对桩身浅部强度进行检测，如果水泥土表层存在硬夹层或者硬壳层，是很难触穿的，因此其使用会受到限制；②静力触探法。当前该技术的理论及实践经验欠缺，还需要在以后的工作中逐渐积累经验，同时改进和完善设备；③取芯检验。只能对桩体强度和搅拌均匀性进行检测，还会受到岩芯采取率的制约和影响；④静载试验法。大量工程实验证明，该方法可以对复合地基的承载力进行检测，会受到荷载板面积的影响，检测效果并不理想；⑤开挖法。只能对浅层成桩质量进行检测，无法对深部成桩情况进行检查。
2 水泥搅拌桩在市政道路工程软土路基处理中的应用
某项目包括九条市政道路(全长3.952km)和一段长300m的河道挡墙工程。场地内软基分布范围广泛，勘探钻孔揭示深度范围内，上部为1～3m厚粉质粘土、砂土，其下为平均厚度4～6m的淤积层淤泥。根据各路段地质情况、施工条件，经与CDF桩、高压旋喷桩、砂桩等其它处理方案比较，决定采用水泥搅拌桩进行软基处理。
2.1 设计计算
(1)确定工后沉降及复合地基承载力设计值:项目按城市次干路标准设计，按《城市道路工程设计规范》(CJJ37-2012)表6.2.8要求，本项目路基工后沉降限值应为:一般路段50cm，桥头路段20cm。考虑道路范围内均有排水管线，本项目工后沉降按20cm控制。根据各路段不同的填土高度，分别计算其地基承载力设计值为100～120kPa。
(2)确定单桩承载力设计值:根据工程经验，当水泥掺入比为12%左右时，桩身强度一般可达1.0～1.5MPa；设计计算中暂按水泥参量15%，桩身强度1.2MPa考虑。桩身强度确定后，分别计算由桩身强度及桩周土确定的单桩承载力，取其中较小者为设计值(按工程经验，路基处理部分选择50cm桩径，挡墙地基选择60cm桩径)。
(3)按下式计算面积置换率
计算出面积置换率后，计算确定桩间距。
根据计算结果，本项目路基部分选择50cm桩径，梅花型布置，一般路段桩间距1.5m，桥头路段桩间距1.1m；挡墙地基部分选择60cm桩径，梅花型布置，桩间距0.9m。
(4)采用分层总和法验算工后沉降。
2.2 试桩
施工前应进行水泥加固土的室内试验，根据被加固土的性质及单桩承载力要求，确定水泥掺量。每个作业点施工前必须先打不少于5根的工艺性试验桩，以检验机具性能及施工工艺中的各项技术参数，经单桩及复合地基承载力检测合格后，方可正式施工。
2.3 检测
成桩3d内，采用轻型动力触探(N10)检查桩身的均匀性，检验数量为施工总桩数的1%。成桩7d后，采用浅部开挖桩头(深度宜超过停浆面下0.5m)，目测检查粉(浆)喷的均匀性，量测成桩直径，检验数量为施工桩数的1%。成桩28d后，应采用静载试验检查搅拌单桩承载力及复合地基的承载能力，检验数量各为总桩数的0.5%。经触探和荷载试验检验后对桩身质量有怀疑时，应在成桩28d后，用双管单动取样器钻取芯样作抗压强度检验，检验数量为施工总桩数的0.5%。
本项目搅拌桩共计23500根，共进行静载实验242处，检查结果全部合格。截止发稿，项目已经投入使用一年，路基路面使用情况正常，没有出现明显的不沉降及路面破损，说明搅拌桩在本项目上使用取得了预期的效果。
3 结语
总之 ，水泥搅拌桩技术加固软土路基具有效果明显，技术噪音低、施工方便，同时对环境污染小，有助于工程经济效益及社会效益的提升。但水泥搅拌桩属于隐蔽性工程，其施工质量对于提高地基承载力，有效降低沉降量，保证对软土路基的处理效果具有非常重要的意义。因此，我们仍要对水泥搅拌技术进行进一步创新和发展，使其更好地为公路建设的工程施工提供优质服务。
参考文献
[1]谭亮.市政道路软土路基处理中水泥搅拌桩的分析及应用[J].城市建筑, 2016(12):244-244.
[2]邹云滔,王章杰.水泥搅拌桩在市政道路软土地基加固中的实践应用分析[J].工程技术:文摘版, 2016(8):00029-00029.
论文作者:林小翠
论文发表刊物:《基层建设》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/13
标签：水泥论文; 强度论文; 地基论文; 粘土论文; 土路论文; 工程论文; 淤泥论文; 《基层建设》2017年第7期论文;