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深層攪拌法在佛山大堤路堤結(jié)合工程地基處理中的應(yīng)用

時(shí)間日期：2010-4-28 已被閱讀次：[9010]

佛山市佛利建設(shè)工程有限公司黃成雄

　　[摘　要]　介紹深層攪拌法在佛山大堤路堤結(jié)合工程地基處理中的設(shè)計(jì)和施工。實(shí)踐證
　　　　　　　明，該路基加固效果良好，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。
　　[關(guān)鍵詞]　深層攪拌法地基處理應(yīng)用

　　1、概述
　　廣東省佛山市為了發(fā)展城市交通道路，建設(shè)城區(qū)外環(huán)交通網(wǎng)絡(luò)，加速市郊城市化進(jìn)程，
充分利用土地資源，提高近堤土地開發(fā)利用價(jià)值，推動(dòng)濱河改造，決定在佛山大堤內(nèi)側(cè)修建
一條濱河路以實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，該工程以修筑公路結(jié)合防洪堤加固整治，故名路堤結(jié)合。由于
該路所經(jīng)地段為軟弱地基，為控制道路的沉降，保證道路的正常使用，經(jīng)綜合比較，決定采
用深層攪拌法加固該濱河路地基。實(shí)踐證明，該路基加固效果良好，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。
　　2、工程地質(zhì)條件
　　根據(jù)地質(zhì)勘察資料，各土層的物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。
　　根據(jù)地質(zhì)資料，道路基面從上至下的土層依次為淤質(zhì)粉質(zhì)粘土、細(xì)砂和淤泥－淤質(zhì)粉質(zhì)
粘土層，其地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值分別為淤質(zhì)粉質(zhì)粘土層50kpa、細(xì)砂層70kpa、淤泥－淤質(zhì)粉質(zhì)
粘土層50kN/m2，土的樁周摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值分別為6kN/m2、17kN/m2和6kN/m2。由于天然地基承
載力不能滿足設(shè)計(jì)求，必須進(jìn)行處理。
　　3、地基處理方案比較與選擇
　　本道路設(shè)計(jì)活荷載為超汽－20級(jí)，路基處理后應(yīng)達(dá)到以下設(shè)計(jì)要求：復(fù)合地基承載力≥
110kpa，路槽下路基回彈模量≥30kpa，剩余沉降量≤100mm，兩年內(nèi)剩余沉降量在100m范圍
內(nèi)的沉降差≤100mm。
　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，結(jié)合工程的實(shí)際情況，如果采用堆載預(yù)壓法或真空預(yù)壓法，則工期
要求較長(zhǎng)，而本工程工期要求緊迫，故不宜采用；由于該工程淤質(zhì)粉質(zhì)粘土的不排水抗剪強(qiáng)
度小于20kpa，采用碎石樁可能成樁較困難，故碎石樁也不宜采用。經(jīng)過(guò)對(duì)幾種地基處理方
法的初步篩選，選擇以下三種地基處理方法進(jìn)行。
　　（1）深層攪拌法：深層攪拌法施工速度快，施工噪音小，完工后剩余沉降量小，技術(shù)
較成熟，施工難度小，工程質(zhì)量易于控制，但水泥用量較大，工程造價(jià)較高。
　�。�2）強(qiáng)夯置換法——強(qiáng)夯塊石墩法：強(qiáng)夯塊石墩法施工速度快，完工后剩余沉降量小
，但施工噪音大，技術(shù)不夠成熟，施工難度較大，工程質(zhì)量不易控制，工程造價(jià)較高。
　�。�3）強(qiáng)夯排水固結(jié)法——塑料插板加強(qiáng)夯法：強(qiáng)夯排水固結(jié)法施工速度快，工程造價(jià)
低，但施工噪音大技術(shù)不夠成熟，施工難度較大，工程質(zhì)量較難控制，完工后剩余沉降量較
大。
　　經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，結(jié)合有關(guān)專家的評(píng)審意見，為了盡量減少對(duì)堤路內(nèi)側(cè)民房的影響，保
證施工質(zhì)量，保證按期完工，決定采用深層攪拌法。
　　4、設(shè)計(jì)與施工
　　4.1深層攪拌樁的設(shè)計(jì)
　　根據(jù)工程地質(zhì)資料和附近其他工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本工程深層攪拌樁采用如下設(shè)計(jì)參數(shù)：
　�。�1）樁型及樁徑：深層攪拌樁采用單頭噴漿攪拌，樁徑Ф=500mm。
　　（2）樁長(zhǎng)：根據(jù)地質(zhì)資料，從現(xiàn)狀地面至全風(fēng)化碳質(zhì)泥巖的厚度一般為18m左右。為保
證攪拌樁穿透滲透系數(shù)較大的細(xì)砂層，攪拌樁必須大于6.5m，現(xiàn)設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為9m，攪拌樁深入
相對(duì)不透水層約2.5m。
　�。�3）樁位布置：設(shè)計(jì)樁間距1.0m，呈梅花形布置。
　�。�4）水泥用量即要求：水泥摻量60kg/m，約占被加固濕土質(zhì)量的17％，水泥采用42.5
級(jí)普通硅酸鹽水泥，水泥漿水灰比選用0.45～0.5。
　�。�5）樁體強(qiáng)度要求：設(shè)計(jì)單樁承載力要求不小于85KN，樁體水泥土90天齡期的無(wú)側(cè)限
抗壓強(qiáng)度不小于1.0Mpa。
　�。�6）單樁承載力驗(yàn)算：?jiǎn)螛冻休d力特征值宜通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定，也可按下列兩式
估算，并取其中較小值：

　　式中：fcu——與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值
（kPa）；fcu=1500kPa；
　　η——樁身強(qiáng)度折減系數(shù)；取η=0.3；
　　up——樁周長(zhǎng)（m）；Ф500攪拌樁up=1.57m；
　　n——樁長(zhǎng)范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；
　　Ap——攪拌樁的截面積（m2）；Ap=0.196m2；
　　qsi——樁周第i層土的側(cè)阻力特征值（kPa）；
　　Li——樁長(zhǎng)范圍內(nèi)第i層土的厚度（m）；
　　qp——樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值（kPa）；
　　а——樁端天然地基的承載力折減系數(shù)；取а=0.40；上述參數(shù)均根據(jù)巖土工程勘察報(bào)
告及室內(nèi)水泥土配比試驗(yàn)成果進(jìn)行取值。
　　按土對(duì)樁的支撐力計(jì)算：Ra=1.57×（6×2.5＋17×4＋6×2.5）＋0.4×0.196×90=160
.92KN
　　按樁身水泥土強(qiáng)度計(jì)算：Ra=0.3×1500×0.196=88.20KN
　　取上述兩種計(jì)算方法中單樁承載力較小值者，即Ra=88.20KN。
　　4.2復(fù)合地基承載力計(jì)算
　　軟土地基經(jīng)攪拌樁處理后形成復(fù)合地基，其承載力特征值按下式計(jì)算：

　　
　　式中fspk——復(fù)合地基的承載力特征值（kPa）；
　　 m——面積置換率；
　　 Ra——單樁豎向承載力特征值（kN）；
　　 Ap——樁的截面積（m2）；
　　 β——樁間土承載力折減系數(shù)，取β=0.8；
　　fsk——處理后樁間土承載力特征值（kPa）；
　　將上述已知條件代入（3）式，得

　　

　　故復(fù)合地基承載力滿足要求。
　　4.3下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算
　　根據(jù)地質(zhì)勘察資料可知復(fù)合地基下臥層為淤泥－淤質(zhì)粉質(zhì)粘土層，屬于軟弱下臥層。軟
弱下臥層強(qiáng)度的驗(yàn)算按下式進(jìn)行：
　　pz＋pcz≤fz （4）
　　fz=fk＋ηbγ（b－3）＋ηdγo（d－0.5）（5）
　　式中：pz ——軟弱下臥層頂面處的附加壓力（kPa）；
　　pcz——軟弱下臥層頂面處的復(fù)合地基自重壓力（kPa）；
　　fz——軟弱下臥層頂面處經(jīng)深度修正后的地基承載力設(shè)計(jì)值（kPa）；
　　fk——地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；
　　ηb、ηd——基礎(chǔ)寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)；
　　γ——土的重度，地下水位以下取有效重度（kN/m3）；
　　b——基礎(chǔ)底面寬度（m）；
　　γo——基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取有效重度（kN/m3）；
　　d——基礎(chǔ)埋置深度（m）；
　　軟弱下臥層頂面處的附加壓力pz按下式壓力擴(kuò)散角的計(jì)算方法簡(jiǎn)化計(jì)算：
　　Pz—— （6）
　　式中：p——基礎(chǔ)底面平均壓力設(shè)計(jì)值（kPa）；
　　pc——基礎(chǔ)底面處的自重壓力（kPa）；
　　l——基礎(chǔ)底面的長(zhǎng)度（m）；
　　z——基礎(chǔ)底面至軟弱下臥層頂面的距離（m）；
　　θ——復(fù)合地基壓力擴(kuò)散角。
　　已知該基底平均壓力p=110kPa，由規(guī)范查得復(fù)合地基壓力擴(kuò)散角θ=23°，則基底處土
的自重壓力pc為
　　pc=18.9×1＋（18.9－9.8）×0.8＋（19.1－9.8）×3.1＋（17.9－9.8）×0.6=59.87
kPa
　　將上述已知條件代入（6）式，得
　　Pz=22.85 kPa
　　復(fù)合地基平均容重γp=19.1kN/m3，則軟弱下臥層頂面處的自重壓力pcz為
　　pcz=γp（d＋z）=19.1×1＋(19.1－9.8)×（5.5＋9－1）=144.65 kPa
　　式中d為基礎(chǔ)埋深，計(jì)算時(shí)地下水位以下取浮容重。
　　軟弱下臥層頂面處經(jīng)深度修正后的地基承載力設(shè)計(jì)值fz為
　　fz= fk＋ηbγ（b－3）＋ηdγo（d－0.5）=190.14 kPapz＋pcz =22.85＋144.65=167
.50 kPa≤fz=190.14 kPa
　　故軟弱下臥層強(qiáng)度滿足要求。
　　4.4沉降計(jì)算
　　深度計(jì)算s由復(fù)合地基的變形量s1和樁端下土層的變形量s2組成。
　　4.4.1復(fù)合地基的變形量s1計(jì)算
　　攪拌樁復(fù)合地基的壓縮變形量s1按下式計(jì)算：
　　S1= （7）
　　式中Esp為復(fù)合地基的壓縮模量，l為復(fù)合地基長(zhǎng)度。
　　復(fù)合地基的壓縮模量Esp采用置換率加權(quán)的方法計(jì)算：
　　Esp= mEp ＋（1－m）Es （8）
　　式中：Ep——攪拌樁的壓縮模量，取Ep =100 fcu；
　　Es——樁間土的壓縮模量，取樁長(zhǎng)范圍內(nèi)土的加權(quán)平均壓縮模量。
　　Ep=100fcu =100×1500 kPa=150Mpa
　　Es=3.876×2.5/9＋17.094×4/9＋2.920×2.5/9=9.485Mpa
　　Esp= mEp ＋（1－m）Es=37.588Mpa
　　S1=（110－59.87＋22.85）×9/（2×37.588×103）=0.009m=9mm
　　可見復(fù)合地基的壓縮變形量較小。
　　4.4.2復(fù)合地基下土層的變形量s2計(jì)算
　　復(fù)合地基下未被加固土層的變形量s2采用分層總和法計(jì)算：
　　

　　式中：s′——按分層總和法計(jì)算出的地基沉降量（mm）；
　　Ψs——沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取Ψs =1.1；
　　n——地基沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；
　　pz——地基底面處的附加壓力（kPa）；
　　Esi——基礎(chǔ)底面第i層土的壓縮模量（Mpa）；
　　Zi、Zi－1——基礎(chǔ)底面至第i層土、第i－1層土底面處的距離（m）；
　　αi、 αi－1——基礎(chǔ)底面計(jì)算點(diǎn)至第i層土、第i－1層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系
數(shù)。
　　下臥層沉降變形量計(jì)算至全風(fēng)化碳質(zhì)泥巖頂面，具體計(jì)算表2所示：
　　根據(jù)上表計(jì)算，得總沉降量為：
　　s=s1＋s2=9＋40.7=49.7mm< =100mm
　　滿足要求。
　　4.5深層攪拌樁的施工
　　4.5.1漿液制備
　　本工程攪拌樁固化劑采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比0.45～0.5，施工中
嚴(yán)格控制水灰比。為有利于漿液的泵送施工，配制漿液時(shí)摻入木質(zhì)素磺酸鈣，設(shè)計(jì)木質(zhì)磺酸
鈣摻量占水泥用量的0.2％。
　　4.5.2施工工藝流程
　　根據(jù)設(shè)計(jì)樁徑，施工中采用DJB－14D型深層攪拌樁機(jī)。按照設(shè)計(jì)要求，施工工藝流程如
下：
　　（1）樁機(jī)就位為保證樁位準(zhǔn)確，施工時(shí)采用定位卡，樁位對(duì)中誤差不大于5cm，導(dǎo)向架
和攪拌軸與地面垂直，垂直度偏差不大于1.5％。
　�。�2）預(yù)攪下沉
　　待深層攪拌機(jī)的冷卻水循環(huán)正常后，啟動(dòng)攪拌機(jī)電機(jī)，放松攪拌機(jī)鋼絲繩，使攪拌機(jī)沿
導(dǎo)向架攪拌切土下降，為保證電機(jī)安全，控制最大工作電流值不大于50A，
　�。�3）提升噴漿攪拌
　　深層攪拌機(jī)鉆頭下沉到設(shè)計(jì)加固深度后，開啟灰漿泵將水泥漿壓入地基中，且邊旋轉(zhuǎn)邊
噴漿，同時(shí)嚴(yán)格控制提升速度，提升速度控制在1＋0.05m/min。為保證樁頭質(zhì)量，設(shè)計(jì)停漿
面高于設(shè)計(jì)樁頂高程0.5m（高于設(shè)計(jì)樁頂高程部分樁頭在澆筑混凝土底板前人工鑿除）。
　�。�4）重復(fù)攪拌下沉至設(shè)計(jì)加固深度。
　�。�5）重復(fù)提升噴漿攪拌至設(shè)計(jì)停漿面。
　�。�6）樁機(jī)移位進(jìn)行下根樁施工。
　　5、質(zhì)量檢驗(yàn)
　　5.1質(zhì)量檢驗(yàn)方法
　　目前深層攪拌樁的質(zhì)量檢驗(yàn)方法有以下幾種：
　�。�1）靜荷載試驗(yàn)：靜荷載試驗(yàn)是最為可靠、直接的方法，但需在成樁28d后才能進(jìn)行，
對(duì)施工過(guò)程缺乏及時(shí)的指導(dǎo)、監(jiān)督作用，試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，操作繁瑣，費(fèi)用較大，不宜大量使用
。
　�。�2）N10輕便觸探試驗(yàn)：N10輕便觸探試驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)直接，可以及時(shí)指導(dǎo)施工過(guò)
程，便于大量采用，但通常只能坐作樁頂5m以內(nèi)的檢驗(yàn)，只能用一周內(nèi)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果推斷后期
的強(qiáng)度。
　　（3）N63.5標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)：N63.5標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)數(shù)據(jù)直接，但操作繁瑣，對(duì)所檢驗(yàn)的樁
可能造成破壞，不宜廣泛采用。
　�。�4）彈性波動(dòng)測(cè)試驗(yàn)：彈性波動(dòng)測(cè)試驗(yàn)方法簡(jiǎn)便快速，但目前此法不太成熟。
　�。�5）樁身抽芯試驗(yàn)：樁身抽芯試驗(yàn)較為直觀，但操作繁瑣，費(fèi)用較大。
　　以上五種質(zhì)量檢驗(yàn)方法各有利弊，經(jīng)過(guò)論證后認(rèn)為：采用N10輕便觸探試驗(yàn)（檢驗(yàn)數(shù)量
為總樁數(shù)的1.5％）結(jié)合少量靜荷載試驗(yàn)（每標(biāo)段路2個(gè)）及樁身抽芯試驗(yàn)（檢驗(yàn)數(shù)量為總樁
數(shù)的0.5％，其中0.25％用于跟蹤施工檢測(cè)，另0.25％用于28d以上齡期后檢測(cè)），可以保證
在施工初期對(duì)樁身質(zhì)量進(jìn)行較多的抽檢，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，以便調(diào)整施工參數(shù)，保證施工
質(zhì)量和進(jìn)度，又可采用靜荷載試驗(yàn)最直觀地確定處理后地基的承載力和沉降量，以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)
的合理性和施工的可靠性。
　　5.2質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果
　　本工程所選靜荷載試驗(yàn)點(diǎn)均要求順利加荷至設(shè)計(jì)單樁極限承載力，沉降穩(wěn)定后正常卸荷
。在設(shè)計(jì)單樁極限荷載作用下，各類樁樁頂沉降量為16.2～33.6mm，均小于規(guī)范允許沉降值
（40mm），各樁Q（加荷量）－S（樁頂沉降量）關(guān)系曲線變化較平緩，無(wú)明顯第二拐點(diǎn)，證
實(shí)各試驗(yàn)樁在設(shè)計(jì)單樁極限荷載作用下尚未破壞，滿足設(shè)計(jì)要求。
　　根據(jù)野外檢驗(yàn)和室內(nèi)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)分析認(rèn)為：檢驗(yàn)樁深與記錄樁深基本一致，
樁身攪拌基本均勻。攪拌樁強(qiáng)度受地層控制，由于淤泥中含砂量不均，樁身強(qiáng)度變化較大，
但絕大部分樁的樁身強(qiáng)度都能滿足設(shè)計(jì)要求，與設(shè)計(jì)要求有一定差距樁，在其周邊補(bǔ)樁以滿
足設(shè)計(jì)要求。
　　6、結(jié)論
　　經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)、精心施工和嚴(yán)格監(jiān)理，該基礎(chǔ)處理分部工程驗(yàn)收時(shí)質(zhì)量等級(jí)被評(píng)為優(yōu)良
。工程運(yùn)行一年后測(cè)量，最大沉降量為48mm，最大沉降量差為14mm，滿足設(shè)計(jì)要求，運(yùn)行情
況良好，充分發(fā)揮了工程效益。

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