陳 麗

(鎮(zhèn)江新區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量中心試驗(yàn)室， 江蘇 鎮(zhèn)江 212132)

深厚軟基地段采用排水固結(jié)法處理時(shí)，往往工后沉降較大。管樁加固的路堤承載力高，能很好的控制工后沉降，但是工程造價(jià)較高。針對(duì)深厚軟基，急需提出一種既能控制工后沉降又經(jīng)濟(jì)的地基處理方法。對(duì)于深厚軟基的地基處理方法，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開展了大量的研究工作，諸如長(zhǎng)短樁組合[1-4]、Y形[5-7]、X形[8-10]等異形沉管灌注樁和CFG樁復(fù)合地基[11-13]逐漸用于深厚軟基。另有一些學(xué)者采用數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究了樁基承載特性[14-15]。

水泥攪拌樁加固深厚軟基，成本較低，但水泥攪拌樁樁長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，樁身質(zhì)量便無(wú)法保證。管樁為預(yù)制產(chǎn)品，樁身質(zhì)量可以很好得到控制。因此，工程師們便提出綜合利用水泥攪拌樁和管樁來(lái)加固深厚軟土地基，即剛?cè)峤M合樁。剛?cè)峤M合樁一般是由直徑較大的水泥攪拌樁和長(zhǎng)度較長(zhǎng)的預(yù)應(yīng)力管樁共同組成，見圖1?，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，首先采用雙向攪拌設(shè)備，形成直徑較大的水泥攪拌樁。然后，將預(yù)應(yīng)力管樁打入直徑較大的水泥攪拌樁中，作為水泥攪拌樁的樁芯。由于水泥攪拌樁的直徑較大，也就意味著大直徑的水泥攪拌樁可以提供較大的側(cè)摩阻力。相比較于軟土層，硬土層可以提供較大的端阻力，水泥攪拌樁樁芯的預(yù)應(yīng)力管樁長(zhǎng)度較大，一般打穿至硬土層，進(jìn)而提供較大的端承力。因此，剛?cè)峤M合樁可以綜合利用大直徑攪拌樁的側(cè)摩阻力和管樁的端阻力，有其一定的合理性和先進(jìn)性，預(yù)計(jì)可以較好的控制軟土地基的沉降變形。

圖1剛?cè)峤M合樁

開展了堆載預(yù)壓、大直徑雙向攪拌樁和剛?cè)峤M合樁加固的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)比分析了三種不同加固方式下地基土的變形規(guī)律，進(jìn)一步驗(yàn)證剛?cè)峤M合樁在深厚軟基中的加固效果，為軟土地基處理方式提供了一定的指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)研究

1.1 工程概況

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段位于浙江省臺(tái)州某臨港公路，沿途多為灘涂區(qū)，軟土層厚度在20 m以上。為了降低路堤荷載作用下深厚軟土的沉降，在道路的橋頭段采用剛?cè)峤M合樁處理。剛?cè)峤M合樁由直徑0.9 m、間距3.2 m的水泥攪拌樁和直徑0.4 m、壁厚0.06 m的預(yù)應(yīng)力管樁組成。為了確保水泥攪拌樁的成樁質(zhì)量，采用雙向攪拌器進(jìn)行施工，水泥攪拌樁的樁長(zhǎng)為10 m。為了打穿20 m的深厚軟土層，預(yù)應(yīng)力管樁的樁長(zhǎng)為25 m。為了對(duì)比分析剛?cè)峤M合樁、水泥攪拌樁和堆載預(yù)壓等三種地基處理的效果，橋頭過(guò)渡段到一般路段之間采用其他兩種地基處理方式(即沒(méi)有預(yù)應(yīng)力管樁樁芯的水泥攪拌樁處理和單純的堆載預(yù)壓處理)。

1.2 工程地質(zhì)條件

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段位于浙江沿海地區(qū)，軟土層厚度大。表層為2.8 m的粉質(zhì)黏土層，孔隙比為0.95，塑性指數(shù)介于10.5～11.6之間，含水率介于25.2%～34.0%，壓縮模量為3.16/MPa，內(nèi)摩擦角和黏聚力分別為3.2°和8 kPa，摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值介于20 kPa～30 kPa。粉質(zhì)黏土層下部為20 m厚的淤泥質(zhì)黏土層，含水率和孔隙比分別高達(dá)48.8%和1.31。塑性指數(shù)和液限指數(shù)分別為11.7和1.57，呈流動(dòng)狀態(tài)。此淤泥質(zhì)黏土壓縮性大，抗剪強(qiáng)度低。壓縮模量為2.48/MPa，內(nèi)摩擦角和黏聚力分別為2.6°和8.5 kPa，摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值為15 kPa。淤泥質(zhì)黏土下部為工程特性較好的黏土層。為了控制路基的后期沉降，剛?cè)峤M合樁樁芯的預(yù)應(yīng)力管樁需打穿此淤泥質(zhì)黏土。

1.3 儀器布置

為了對(duì)比分析剛?cè)峤M合樁、水泥攪拌樁和堆載預(yù)壓的加固效果，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)了復(fù)合地基的地表沉降、地基土深層沉降和水平位移。表面沉降板、深層沉降標(biāo)、測(cè)斜管等儀器布置見圖2和圖3。

圖2 觀測(cè)儀器布置剖面圖

圖3觀測(cè)儀器布置剖面圖

1.3.1 地基土表面沉降

疏港公路試驗(yàn)段K1+023—K1+063為橋頭處理段落，采用了剛?cè)峤M合樁復(fù)合地基加固。為了對(duì)比剛?cè)峤M合樁的處理效果，在橋頭過(guò)渡段K0+993斷面和一般路段K0+863斷面的路基中心和兩側(cè)路肩處布置表面沉降板。表面沉降板采用500 mm×500 mm×10 mm鋼板，鋼板中心位置焊接1.5寸鍍鋅鋼管作為測(cè)管，保證測(cè)管的垂直度為90°。

觀測(cè)頻率為施工期間每天觀測(cè)一次，若因故停止施工，每三天觀測(cè)一次；預(yù)壓期間，第一周內(nèi)每天觀測(cè)一次，以后視沉降速率大小，逐漸減小觀測(cè)頻次，第一個(gè)月每三天觀測(cè)一次，第二個(gè)月至第三個(gè)月第七天觀測(cè)一次，從第四個(gè)月起每半個(gè)月觀測(cè)一次，直至路基沉降穩(wěn)定。

1.3.2 地基土深層沉降

深層沉降板是先鉆機(jī)成孔再及時(shí)將測(cè)量頭打設(shè)到指定深度處。測(cè)量頭通過(guò)測(cè)管連接至地面，測(cè)管外包塑料套管。為準(zhǔn)確掌握控制地基沉降效果，在10 m(即大直徑水泥攪拌樁端)和25 m(預(yù)應(yīng)力管樁樁端)深度處各埋設(shè)一根深層沉降標(biāo)。

1.3.3 地基土深層水平位移

在K1+043斷面兩側(cè)坡腳處各埋設(shè)28 m測(cè)斜管一根。在樁長(zhǎng)15 m的大直徑雙向水泥攪拌樁處理的橋頭過(guò)渡段K0+983斷面左側(cè)坡腳處埋設(shè)28 m測(cè)斜管一根，對(duì)比剛?cè)峤M合樁復(fù)合地基和純大直徑水泥攪拌樁復(fù)合地基的側(cè)向變形。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 復(fù)合地基表面沉降

圖4—圖6為不同地基處理方式的復(fù)合地基表面沉降曲線。路基左右側(cè)地表沉降很接近，但明顯小于路基中部沉降。這是因?yàn)槁坊胁客馏w受到的荷載較大。無(wú)論是路基兩側(cè)還是路基中部，剛?cè)峤M合樁處理斷面沉降最小，堆載預(yù)壓處理斷面沉降最大。對(duì)于路基中部位置，堆載預(yù)壓處理、水泥攪拌樁和剛?cè)峤M合樁處理斷面最大總沉降量分別為54.1 cm、33.7 cm和26.6 cm；對(duì)應(yīng)的填土高度分別為1.95 m、3.00 m和3.28 m。雖然剛?cè)峤M合樁處理斷面的填土高度最高，但是復(fù)合地基表面沉降最小。剛?cè)峤M合樁處理斷面的地表沉降分別為水泥攪拌樁和堆載預(yù)壓處理段地表沉降的79%和49%。這表明剛?cè)峤M合樁的地基處理方式明顯由于水泥攪拌樁和堆載預(yù)壓處理。

圖4路基左側(cè)地表沉降

2.2 復(fù)合地基深層土體沉降

圖7為剛?cè)峤M合樁處理段復(fù)合地基深層沉降，監(jiān)測(cè)深度(H)分別為10 m和25 m。水泥攪拌樁和管樁的長(zhǎng)度分別為10 m和25 m。因此，上述兩個(gè)監(jiān)測(cè)深度可以反映水泥攪拌樁和管樁底部土體的沉降。

發(fā)現(xiàn)深處土體沉降規(guī)律與表面沉降相同，堆載期沉降速率明顯大于預(yù)壓期。由于堆載速率較快，土體固結(jié)沉降較小，因此土體沉降趨于穩(wěn)定所需要的時(shí)間便較長(zhǎng)。攪拌樁樁端附近地基土沉降為19.9 cm，預(yù)應(yīng)力管樁樁端附近地基土沉降為17.0 cm。水泥攪拌樁和剛?cè)峤M合樁處理的最大沉降分別為533.7 cm和26.6 cm。因此，樁端底部土體沉降分別占總沉降和復(fù)合地基總沉降的59.1%和63.9%。由于剛?cè)峤M合樁的存在，復(fù)合地基的沉降主要由樁端下地基土變形產(chǎn)生。

圖5路基中部地表沉降

圖6路基右側(cè)地表沉降

2.3 復(fù)合地基深層水平位移

圖8和圖9分別為大直徑雙向水泥攪拌和剛?cè)峤M合樁處理段復(fù)合地基的深層水平位移。發(fā)現(xiàn)：路堤荷載作用下，土體水平位移均朝向加固區(qū)外側(cè)。大直徑水泥攪拌樁處理區(qū)域的地基最大水平位移為340 mm。堆載期間，地基水平位移逐漸增加；預(yù)壓期間，水平位移逐漸減低。預(yù)壓結(jié)束后，土體最大水平位移回落到299 mm，回彈率為12%。無(wú)論堆載期還是預(yù)壓期，水泥攪拌樁處理段土體最大變形均發(fā)生在地表。

剛?cè)峤M合樁處理區(qū)域的地基最大水平位移僅為24.7 mm，為水泥攪拌樁處理區(qū)域土體的7.3%，這表明剛?cè)峤M合樁的加固效果明顯好于水泥攪拌樁。

圖7 剛?cè)峤M合樁處理段(K1+043)深層土體沉降

圖8 大直徑雙向水泥攪拌處理段(K0+983)路基左側(cè)深層水平位移

圖9剛?cè)峤M合樁處理段(K1+043)路基左側(cè)深層水平位移

堆載期間，剛?cè)峤M合樁加固區(qū)域土體水平位移逐漸增加；預(yù)壓期間，土體水平位移逐漸回彈。預(yù)壓結(jié)束后，土體最大水平位移回彈至5 mm左右，回彈率為80%。由于預(yù)應(yīng)力管樁的作用，剛?cè)峤M合樁加固區(qū)域的最大側(cè)向變形發(fā)生在地基以下5 m處。

3 結(jié) 論

通過(guò)開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究了路堤荷載下深厚軟基剛?cè)峤M合樁復(fù)合地基變形特性，得到如下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1) 堆載預(yù)壓處理、大直徑雙向水泥攪拌樁和剛?cè)峤M合樁處理斷面最大總沉降量分別為54.4 cm、33.7 cm和26.6 cm。剛?cè)峤M合樁處理斷面的地表沉降分別為水泥攪拌樁和堆載預(yù)壓處理段地表沉降的79%和49%。這表明剛?cè)峤M合樁的地基處理效果明顯優(yōu)于水泥攪拌樁和堆載預(yù)壓處理。

(2) 水泥攪拌樁處理區(qū)域，地基最大水平位移為340 mm；而剛?cè)峤M合樁處理區(qū)域，地基最大水平位移僅為24.7 mm，僅為水泥攪拌樁處理區(qū)域大水平位移的7.3%。這主要是因?yàn)閯側(cè)峤M合樁的管樁長(zhǎng)度明顯大于水泥攪拌樁，路堤荷載可以通過(guò)管樁傳遞到深層硬土層，進(jìn)而減小路堤荷載作用下土體變形。

(3) 水泥攪拌處理區(qū)域最大側(cè)向變形發(fā)生在樁間土表面，而剛?cè)峤M合樁處理區(qū)域的最大側(cè)向變形則發(fā)生在地基以下5 m處。預(yù)壓期間，深層水平位移均有一定的回落，水泥攪拌樁和剛?cè)峤M合樁處理區(qū)域的水平位移回彈率分別為12%和80%。