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水泥搅拌桩综合处治技术在黄土软基路段的应用

甘肃省地形、地质条件复杂多变，尤其黄土软基分布较为广泛，在黄土软基地段修建公路，路堤常存在稳定性差、沉降变形大等问题，会影响公路工程的质量和正常使用，造成较大的经济损失。对黄土软基的处治常用方法是结合工程实际，借鉴软土地基处理方法，采用换填、抛石挤淤、机械成孔灌注桩、强夯、高压旋喷等一种或多种以上的综合处治方案，使得处治后的地基能够满足使用要求。甘肃省自身的经济条件较差，交通基础设施的建设资金短缺，在保证工程质量的前提下优化设计方案、降低工程造价十分重要。因此，寻求经济、可靠、有效的黄土软基处治措施，事关公路功能和投资效益的发挥，对甘肃省黄土软基地段公路工程的建设具有实际意义。
    1· 工程概况及黄土软基特征
    兰海高速公路是京拉(G6)、连霍(G30) 国家高速公路交汇联接的重要路段，起点接兰州市忠和乡白兰高速公路，终点为海石湾，接青海省马场垣至平安高速公路，路线全长106Km。项目地处陇西黄土高原向青藏高原过渡地带，属祁连山脉东延部分，为河谷阶地。路线通过的湟水河Ⅱ级阶地为大片农田，分布着不少蓄水池塘和鱼池，由于长期农田灌溉，使地表水不断下渗浸润，地下水位上升，导致地表堆积的一般湿陷性黄土和亚粘土逐渐饱和、软化，形成黄土软基。土的天然含水率一般大于液限，在局部地段呈软塑—流塑状的淤泥质软土，厚度达到6． 0m 左右，多与硬塑状土层相间分布，极易产生不均匀沉陷。在黄土软基路段的设计中，兰海高速公路采用了水泥搅拌桩综合处治技术进行加固。
    兰海高速公路黄土的物理特征主要表现在: (1)天然含水率高，一般在23% ～ 40% 之间，大于或接近液限; (2) 空隙比大，干容重小，空隙比接近1，干容重为14． 2 ～ 15． 2kN/m3; (3) 不均匀性明显，黄土硬壳土层中土体呈硬塑和软塑状，黄土地层中土体呈软塑状和流塑状; (4) 弱渗透性，黄土的渗透系数约为2 × 10 － 6 ～ 3 × 10 － 6 cm /s。其力学特征主要为: (1) 强度低，无侧限抗压强度为15． 7 ～ 33．8kPa，内摩擦角为15 ～ 20°，粘聚力为16 ～ 35kPa;(2) 压缩性高、变形量大，其压缩系数约为0． 3 ～ 1．8MPa － 1; (3) 触变性敏感，黄土软基一旦受到振动搅拌，土体易产生侧向滑动、变形及基底向两侧挤出等现象; (4) 承载力低，局部地基承载力为80 ～ 85kPa，多数测点地基承载力小于80kPa; (5) 无湿陷性，黄土由于长期处于饱和状态，其湿陷性逐渐退化。
    2· 水泥搅拌桩综合处治技术
    2． 1 水泥搅拌桩的分类
    水泥搅拌桩法是一种加固处理软弱地基及地基承载力小于120kPa 的粘性土或粉性土等地基的方法。它是利用水泥作为固化剂，采用特制的深层搅拌机，在地基深处将水泥粉固化剂与软弱地基土在原位强制搅拌成混合物，通过水泥与软弱土之间发生的离子交换作用、凝聚作用、化合作用等一系列物理—化学反应，形成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土桩体，达到加固软弱地基的目的。水泥土桩体与周围的天然土体共同作用，从而显著地提高地基的强度和承载力、减小地基的变形，即形成水泥搅拌桩复合地基。
    根据施工方法的不同，水泥搅拌桩分为粉喷法和浆喷法两种。粉喷法适用于天然含水量较高的淤泥和淤泥质土，水泥粉喷入地下，能够吸取桩间土中较多的水分，有利于地基土密度的提高，但施工质量的控制和管理较难，特别是10m 以下成桩时粉喷效果较差。浆喷法适用于天然含水量较低的软土或软弱土，水泥浆液直接注入土中，搅拌比较均匀，容易进行复搅，但其施工初期强度较低。兰海高速公路软基的处治采用粉喷法。
    2． 2 水泥搅拌桩的特点
    (1) 水泥搅拌桩桩体越长，桩间距越小，处理的效果越好。
    (2) 水泥搅拌桩处理过的软基固结缓慢，软土的固结度也较小。
    (3) 水泥搅拌桩要穿透荷载应力扩散深度的软土层，否则不但不会改善软土的性质，还会因软土结构的破坏，土层重量的增加，排水条件的恶化，使得软基沉降量增加，固结速率减慢，起不到加固的效果。
    (4) 复合路基的侧向变形小，填土后侧向位移逐步趋于稳定。
    2． 3 综合处治技术
    为了同时解决黄土软基地段路基的沉降、稳定性或加强处治的效果，在实际处治方案的拟定中，宜考虑两种或两种以上的处治措施，也就是采用综合处治技术。综合处治技术的确定应遵循加速固结排水与增强软土地基强度相结合，地上、地面及地下处治相结合的原则，要避免不同的处治方法在施工上出现干扰或处治效果互相抵消。
    在兰海高速公路黄土软基的设计中，采用土工格室加筋配合水泥搅拌桩的综合处治方案，使用效果良好。铺设土工格室后，当荷载施加到充满填料的土工格室上面时，由于格室的侧限作用和格室与填料间的相互摩擦，使大部分垂直力被转化为向四周分散的侧向力，降低了地基的实际负荷。
    3· 软基综合处治技术在兰海高速公路的应用
    3． 1 黄土软基加固方案
    兰海高速公路部分路段路基填土较高，地基为软弱黄土层，满足不了承载力的要求，为了防止路基发生不均匀沉降，满足路基的变形要求，采用土工格室加筋配合水泥搅拌桩的方案进行综合加固，即水泥搅拌桩处理完成后，在地表铺设一层50cm 厚的砂砾层、15cm 厚的土工格室和复合土工膜，土工格室中回填砂砾，形成柔性筏基加固层，以扩散应力，协调路基整体变形。具体的处治方案如图1所示。

    3． 2 设计参数与材料规格
    (1) 水泥搅拌桩设计参数取值如表1所示。

    (2) 土工格室规格: 焊距40cm，格室高度15cm，格室板材厚度1． 2mm。
      (3) 土工格室技术指标: 拉伸强度≥20MPa，拉伸模量≥650MPa，焊缝抗拉强度＞ 100N/cm，低温脆化温度低于－ 50℃，耐环境应力开裂＞ 1000 小时。
    (4) 复合土工膜为二布一膜。
    3． 3 测试结果分析
    在兰海高速公路K83 + 425 右半幅地基(路基设计填土高为5． 0m) 等处布置了测点，布点时粉喷桩施工已结束且有28 天龄期。砂砾层+ 土工格室加固层+ 素土层顶面处的试验条件为: 在水泥搅拌桩上部碾压铺设50cm 厚砂砾层，然后铺设土工格室并回填砂砾，铺复合土工膜后再分层碾压填筑1． 0m 厚的素土层，在其平面处做静载荷试验。由试验结果知:地基土层未达到极限状态，试验结果理想，各尺寸载荷板试验相应的承载力值较高。不同载荷板直径下的承载力不同，呈现出的规律为承载力随载荷板直径增大而降低，二者为非线性递减关系。
    分析认为，出现上述试验结果的原因主要有:
    (1) 试验平面距软弱黄土层的距离显著增大，砂砾层成为素土层的下卧层，传递到软弱黄土层表面的应力逐渐减小，承载力明显增大; (2) 填土挤密压实是在重型机械的振动作用下完成的，且处理的面积较大，试验点处土体侧限应力较大。该条件下静载试验结果理想。当路基填土高度达到5． 0m 时，其荷载作用力传递至软弱黄土层表面的应力将更小，因而该处治方案是可行有效的。
    4 ·结语
    在复合地基顶部铺设土工格室对地基的受力与变形有较大的影响，桩土应力比增大，路基的沉降和侧向位移减小，即铺设土工格室可以适当减小地基的沉降，约束地基的侧向位移，使应力向桩体集中。在兰海高速公路采用水泥搅拌桩处治软基的同时，设置了砂砾层和土工格室加固层，土工格室与水泥搅拌桩共同作用的效果良好，可为同类条件下地基的处治提供借鉴。

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点击次数：更新时间：2016-11-7 15:07:28 【打印此页】【关闭】

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