高填方路段软基的粉喷桩处治

　　摘要  高速公路软土地基，经粉体搅拌桩处理后，桩体范围内土体沉降减少较多，路基土侧向位移量减少，能承受较快的加荷速率，对解决软土地基高填地基的稳定、沉降及加快施工进度等很有裨益，文章结合京福高速公路的施工实例，对上述问题进行探讨。
　　关键词  高填方  软土地基  粉喷桩  处理

　　1  工程概况

　　江西京福高速公路温—沙段是北京至福州国道主干线江西境内的一部分，设计为4车道，路基顶宽为26m、24．5m，其靠近福建的一段为武夷山余脉，高填路基较多，且山间多软基。

　　本文介绍的为B7合同段中的一段软基处理，中心桩号为K163+860-K164+000，设计为高填路基，填土高度为17m—21．55m。此段工程地质属剥蚀低山丘陵地，地形起伏大，发育冲沟洼地，冲洪积物为灰色、淡黄色淤泥质粘土，局部砾粘土，可塑—软塑状。地表软土厚度2m-6m不等，下伏全风化花岗岩，中密，呈高岭土状。该软土具有高含水量、高孔隙比、低强度、固结缓慢、沉降大、稳定性差的特点，为保证路堤的填筑质量，保证路堤具有足够强度和稳定性，必须对基底予以处理。但考虑到软基深、工作量大、造价高、对环境影响大，采用粉喷桩进行处理。

　　2  处理方案

　　根据现场情况，考虑填土高度较高，软基压缩系数较大而软土层厚多在6m以内，可采用穿越软土层的粉喷桩加固，桩尖直接作用于全风化岩层，因此，避免了桩尖未处理土体沉降量过大的隐患。由于路基施工工期要求较短，而填土高度达20m以上，考虑粉体搅拌桩加固后地基承载力将大为增强，因此，施工时不按照软基的加荷速率进行施工，只按照一般路基施工考虑，加荷速率可达3．92kPa／d，同时也不考虑加载预压。

　　按照复合地基承载力的要求，填土20m的路基地基承载力应达到400kPa，我们认为由于路基整体的下沉，只要不产生被处理层的极限破坏，被处理层能将荷载传递到风化岩层即可，同时将所有软基处理到具备400kPa的承载力无疑是一种极大的浪费。因此，本处理方案仅考虑路基的稳定和工后的沉降量。

　　基于以上的考虑，我们采用粉喷桩处治此段路基，桩长6m，桩径0．5m，桩间距1．5m，根据试验每米灰剂量选50kg，为加速软土层的固结，便于排水，  在桩顶铺垫50cm的砂垫层。

　　沉降量的计算：粉体搅拌桩可以作为复合地基来计算其沉降量，在施加的荷载不超过水泥桩的徐变极限Qc时，其总沉降量S计算公式为：

　　从计算结果可以看出，对于可穿透的软土层，采用粉喷桩对沉降控制效果非常明显。

　　高速公路对地基变形量的要求很高，一般要求 在使用期内路堤的工后沉降量不超过30cm。本例中计算总沉降为33．16cm，而其中大部分在施工时已产生，其工后沉降能满足高速公路对地基变形量的要求。

　　3  方案的实施

　　搅拌法加固软粘土技术是利用水泥等作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械在地基中将软粘土和水泥强制拌和，使软粘土硬结成具有整体性、水稳性，和足够强度的地基土。加固的基本原理，是基于水泥加固土的物理化学反应过程，此技术的发展到目前为止，无论从加固机理到设计计算方法或者施工工艺均有不完善的地方，因此，本例主要注重实效，进行沉降观测，并与理论计算对比。施工工艺流程图见图1。

　　3．1  软土基底处理准备工作
　　处理前，事先开挖临时排水沟，纵向开挖临时降水沟，用以降低地表水，便于基底草皮清除施工，草  皮清除完毕后，整个软土处理区填筑80em山砂土， 整平并轻度碾压，以保证粉喷桩机及其配套设施的进场，以及所需材料的进场、堆放。然后根据设计需要，进行处理面积等放祥和桩位布点。

　　3．2  粉喷桩施工
　　根据设计要求，桩位呈等边三角形布置，中心间距1．5m，桩径为50em，桩长为6m。设计喷粉量为 36kS／m-58kS／m。根据路基平均填土高度自重计算天然土重，经室内配合比选定，按50k9／m喷粉量施工。
　　施工前首先要进行成桩试验，数量不宜少于5根，以取得满足设计喷人量的各项技术参数，掌握下钻和提升的阻力情况。施工中要控制瞬时喷粉量和搅拌均匀性，且一气呵成，每根桩开钻后连续作业，不得中断喷粉。为满足搅拌达到强度均匀性，上部3m进行复搅，速度控制1．0m／min-1．2m／min，桩头搅拌时间应适当延长，以保护桩头均匀密实，地面80cm填土不计人桩长。
　　粉喷桩施工过程中，还要注意桩距、垂直度控制，施工完毕后分别进行一定数量的桩体开挖，取芯进行抗压检验，必须满足设计要求。

　　3．3  路基填筑施工
　　填筑前铺设一层50cm砂砾垫层并碾压密实，路基填筑所需土石方材料来自附近山头路基挖方段，每层不超过30em，为确保沉降后的路基宽度和设计边圾跋卑，施工时两侧加宽各50tm，并留出路．拱和横坡，采用40t重型压路机震动压实。

　　4  沉降和稳定观测

　　在路基设计中心线和路肩基底同时埋设沉降杯，沉降和稳定观测同步进行。在施工期间，每填筑 一层，观测一次，填土间歇期间每天观测一次，每一区域填筑完毕后每周观测二次，在整个观测期间，要注意观测桩的保护，发现问题及时处理，确保测量数据的连续性，观测数据可直接用于计算由于沉降而补加的填方量。

　　4．1  沉降杯埋设位置
　　选定K163+950处路基中心和右侧设计路肩位置。平面位置见图2。

　　4．2  沉降观测
　　每次观测时，先用水自进水管注水，自出水管有水流出时抄测进水管水面高程△h，与上次所测值差即为此时段沉降量△h(此差值可从玻璃管水位差上直接读出)，沉降观测原理如图3。

　　4．4  沉降结果分析
　　从图4可以看出，沉降量初期增加很快，40天之后基本趋缓，匀速下沉，且沉降量较小，说明路基沉降比较稳定。与理论计算相比，误差较小，基本相符，说明本处理方案较为成功，软土地基得到了有效，的控制。
　　在整个施工期间，沉降和稳定正常，基本上无边坡隆起和侧向位移等现象。路基整体沉降均匀，从基底处理至今已有9个月，总体沉降情况日趋稳定。现路基填土已达标高，沉降量已不明显，证明基底的处理效果较好，能够满足设计要求。

　　5  结束语

　　①粉体搅拌桩可以有效地减少被加固土体的压缩量，而当下部尚存在的软土厚度较大，其沉降量并不能减少；
　　②粉体搅拌桩能有效地调整横断面差异沉降，有助于控制不均匀沉降；
　　③粉体搅拌桩有较高的刚度，抗侧向变形能力较强，对本例中山间的软基尤为适用；
　　④粉体搅拌桩处理过的路基能承受较快的加荷速率，能较好地满足工期较严的要求；
　　⑤路基填土过程中，在满足取土场土质能够达到设计压实度的情况下，在基底天然承载力所要求的填土高度内，不宜使用冲击力过大的压路机，可适当增加碾压遍数，尽量使处理后的基底桩间土相对固结稳定，增加抗剪能力；
　　⑥粉体搅拌桩不能改善地基排水条件，但通过吸水固结可提高桩间土的结构性，同时桩顶铺垫砂  层可便于地基排水，从而可适当加速桩间土的固结，减少工后沉降。