水泥搅拌桩结合气泡轻质土在软基处治中的应用

水泥搅拌桩结合气泡轻质土在软基处治中的应用

廖志源 刘伟民 廖赞先 尹海佳

广东省公路建设有限公司珠海段分公司 528467

摘 要：软土地基在公路工程建设中是一种常见的地基类型，软基的承载能力较弱，如在建设时未对软土地基进行合理的处治，建在其上的桥梁、道路、涵洞等结构物易出现严重病害，危及结构安全。文章以某高速公路新建收费站中软基处治工程为例，介绍水泥搅拌桩结合气泡轻质土在软基处理中的应用。

关键词：水泥搅拌桩；气泡轻质土；软基处治；软土地基

无论是城市建设、公路建设还是其他基础设施的建设，都不可避免的遇到各种软土地基，其具有含水量大、压缩性高、天然强度低等工程特性。虽然在软土地基上不可直接修建桥梁、道路、涵洞等结构物，但采取适当的方法改善软土地基的特性便可在其上修建桥梁、道路、涵洞等结构物。但如果对软土地基采取的处治方法不当，易导致结构物出现各种各样的病害，所以软土地基处治措施必须科学合理，才能避免路基在后期的运营过程中产生沉降，对路面结构物造成破坏。本文将以某高速公路收费站建设的软基处治为背景，基于现场情况、历史资料、计算分析等，对水泥搅拌桩结合气泡轻质土处理软基进行探讨。

1.加固原理分析

1. 1. 水泥搅拌桩的加固原理

水泥搅拌桩是利用搅拌机在地基一定深度范围内钻进、搅拌，就地将软土与输入的水泥浆充分搅拌，其作用原理是基于水泥矿物质与软土地基产生的一系列物理-化学反应，即通过水泥与土发生水解和水化反应生成水泥水化物并形成凝胶体，水泥水化物生成后，有的自身硬化形成水泥骨架，有的与周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应，进一步提高土体的强度，使其具有强度高、渗透系数小等特性。

1.2 气泡轻质土特性

气泡轻质土主要是由水泥、水和发泡剂按一定的比例进行混合搅拌形成的一种轻质材料，具有轻质性、高流动性、耐水性和施工便利性等特性，可以通过对发泡剂和水泥用量在应用中进行调整的方式使气泡轻质土符合使用要求。通常情况下，气泡轻质土干密度为300∽1600kg/m3，相当于普通混凝土的1/5∽1/8，抗压强度为0.6∽25mpa，具有相对独立的封闭气泡和良好的整体，起到防水的作用。

2.工程背景

2.1 工程概况

某高速公路收费站原收费车道为2入4出，由于近几年车流量不断增长，原收费车道数量不满足现阶段车流量通行要求，造成收费站车流拥堵，为解决车流拥堵，提高通行效率，高速公路管理单位决定搬迁并扩大收费站，在原有的匝道上新建一个收费站。

原有匝道的软基处理方式是采用直径7cm，间距1.3m的袋装沙井和部分地区采用直径50cm，间距1.5m的水泥搅拌桩。

2.2 地质情况

根据原设计地勘资料和现阶段地质勘探报告提供的土层分布数据，匝道下存在较深的软土层。其中一个钻孔所得参数见表1。

表1 钻孔土层参数分布表

匝道所处地段覆土层主要为淤泥、粘土（透水性较弱）、粗砂（透水性强），地表水丰富，地表鱼、虾塘密布，沟溪纵横，穿越鱼、虾塘使路基长期处于浸水状态，对路基的稳定产生不良影响。

3.加固方案比选

根据工程地质勘察报告，本项目涉及路段的软基深度在6～16m之间，路堤高度在1～4.5m之间，素填土层厚在0.8～2.5m之间，需要处理的软土面积大约12000m²，而且大部分面积是在鱼塘和水沟中，长期处于被水浸泡状态。设计提出以下三种软基处理方案：

表2 方案对比表

综合施工工期、工程造价、软基处理效果等方面考虑，最终选择方案2作为设计施工方案。

4.施工工序

4.1水泥搅拌桩

（1）地表清理：清除施工范围内的地表土、杂草、树木、树根等，同时做好排水措施，场地清理完成后进行场地平整，并进行填前压实。

（2）水泥搅拌桩施工：进行水泥搅拌桩正式施工前必须进行成桩实验，试验桩数不少于3根，试桩应选在有地质钻孔的位置进行，检验桩的质量及单桩和复合地基承载力。根据试验结果取得设计喷入量的各种技术参数和合适的施工工艺，技术参数包括水泥掺入量、钻杆下沉和提升速度、喷浆压力、搅拌机转速等，检验室内试验的配合比是否符合现场施工要求，检验复合承载力是否满足设计要求。

通过试验桩确定各种技术参数和施工工艺之后进行桩位测量放样、搅拌机就位、搅拌浆液、切土下沉、提升搅拌、桩顶处理。等水泥搅拌桩成桩28天后进行钻孔抽芯、单桩竖向承载力和复合地基承载力检测。

图1 水泥搅拌桩成桩流程

（3）等载预压：为了加速地基沉降和固结，满足路基允许工后沉降量等要求，本项目采用等载预压的方法进行处理。预压路堤顶面在卸载前的任何时候都不应低于预压标高30cm，也不应高于预压标高20cm，有沉降后要及时补填。等载预压3个月后方可卸载。

（4）监测方案：由于本工程范围内软土深度较深，软土性质较差，部分区域长期被水浸泡，所以在施工时必须对软基进行监测，主要采用沉降监测和水平位移监测，监测频率见表3。

表3 监测频率

4.2气泡轻质土

（1）碎石垫层施工：在浇筑气泡轻质土前要先铺50cm厚的碎石垫层，采用分层摊铺，每层松铺厚度不超过20cm，铺筑的砂石应级配均匀，表面平整。

（2）气泡轻质土施工：在施工轻质土前要先做好临时防水排水系统、安装好挡板、确定好轻质土配合比。

a.发泡与搅拌：气泡混合轻质土制作流程如下所示，即在水泥、水充分混合成浆状之后，通过发泡装置产生的气泡加入其中而成。保证浆泡混合均匀，并尽量做到迅速混合，杜绝使用超过发泡时间的气泡群。

图2 气泡轻质土制作流程

b.浇筑：搅拌完成后采用泵送的方式进行浇筑，一次的最大施工厚度不超过1m，最小施工厚度不小于0.25m。施工时为确保气泡轻质土中气泡独立而均匀分布，气泡的消泡及材料的离析控制到最小程度，施工过程中应避免过度振动；浇筑过程应从软管的前端直接浇筑，且出料口要埋入气泡轻质土中或尽量靠近气泡轻质土的表面。整个填筑体应水平分层进行浇筑，上一层浇筑作业应在下一层浇筑终凝后进行。

c.养护：气泡混合轻质土浇筑完成后，为了防止由于急速干燥而产生裂缝，固化后需要加盖麻袋等进行保护。此外，如果施工中下雨，对固化前的气泡混合轻质土要进行遮盖，避免雨淋。对于大体积气泡混合轻质土，更应注意加强过程养护，确保不因养护不够导致裂缝产生。

d.沉降缝设置：气泡轻质土填筑应注意每隔一定间距（5～10m）沿全断面设置沉降缝，缝宽1cm，用沥青木板或夹板填塞满。

最后一层轻质土浇筑完毕并养护达到一定要求强度后，可进行路面结构层施工。同时，气泡混合轻质土路基整体质量轻，泡水容易上浮，因此，施工过程中应注意做好路基防排水措施，防止暴雨时雨水排水不畅导致的路基泡水，造成路基上浮。

5.结语

通过对整个软基处理过程的监测，最终结果显示处理后的软基沉降累计沉降量为7cm，符合相关设计要求。本项目的软基处治实践说明对于原软土地基较差又长期处于被水浸泡状态的地基，采用水泥搅拌桩结合气泡轻质土对地基进行处治能达到预期的效果，稳定性好，安全性高，质量满足相关文件要求，在以后的软基处理过程中可以广泛使用。

参考文献：

[1]吕关明.浅谈深层搅拌桩.科学技术与工程.2005.6

[2]韩伟鹏.水泥搅拌桩在高速公路软基处理中的应用.交通世界.2010.6

[3]收费站建设工程施工图设计图纸