■葉 瓊

（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，福州 350004）

雙向水泥土樁作為目前常用的軟土地基加固方法，其采用同芯雙軸豎桿正反雙向同時(shí)旋轉(zhuǎn)兩組攪拌葉片，邊噴漿邊攪拌成樁。 與單向水泥土樁基本原理相同，雙向水泥土樁通過(guò)攪拌機(jī)械邊鉆邊往軟土中噴射固化劑，就地將固化劑與軟土進(jìn)行混合攪拌，從而形成整體性好、強(qiáng)度高的水泥土主體，實(shí)現(xiàn)加固軟土地基的目的[1]。 大量實(shí)踐工程表明，該方法雖然具備加固效果好、施工工藝簡(jiǎn)單、適用性廣等優(yōu)越性，但也存在一定的不足，如樁徑無(wú)法根據(jù)地基應(yīng)力狀態(tài)相應(yīng)變化、不能充分發(fā)揮硬殼層自身強(qiáng)度、樁間距較小破壞了土體的天然結(jié)構(gòu)[2]、以及樁間距較小導(dǎo)致的造價(jià)相對(duì)較高等。 因此，朱志鐸等[3]從施工技術(shù)和復(fù)合地基思路方面進(jìn)行了探索，對(duì)雙向水泥土樁進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)，提出了變截面雙向水泥土攪拌樁。 該方法能根據(jù)不同受力特性沿深度形成不同截面尺寸的樁徑，大大提高了地基的承載能力。 并且可以根據(jù)實(shí)際工程需要，對(duì)樁身的任意部位進(jìn)行變徑，如在頂部擴(kuò)大，則形成了類似錨釘形狀的釘形水泥土樁；如為了充分發(fā)揮土體本身強(qiáng)度，重點(diǎn)加固土層中土壤特性最差的部位，則形成了變截面雙向水泥土樁[4]。 目前針對(duì)變截面雙向水泥土樁的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、施工工藝、質(zhì)量控制等方面的研究均取得了一定的成果。 楊俊杰等[5]通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)探討了變截面雙向水泥土樁的抗壓承載特性，通過(guò)對(duì)比等截面水泥土樁以及不同個(gè)數(shù)擴(kuò)大盤(pán)的變截面雙向水泥土樁，發(fā)現(xiàn)相較于直徑相等的等截面樁，變截面雙向水泥土樁承載力能夠得到顯著提高，并且其擴(kuò)大盤(pán)的數(shù)量及間距對(duì)樁側(cè)及樁端荷載分擔(dān)值影響很小。 易耀林等[6]把釘形水泥土雙向攪拌樁應(yīng)用于蘇州吳江的高速公路中，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段進(jìn)行對(duì)比研究，結(jié)果表明釘形水泥土雙向攪拌樁處理后，復(fù)合地基承載力可達(dá)常規(guī)水泥攪拌樁的1.6 倍。 同時(shí)，研究表明，相較于等截面雙向水泥土樁處理軟土地基時(shí)有效加固深度一般不超過(guò)15 m，變截面雙向水泥土樁由于其有效加固深度主要與施工機(jī)械水平有關(guān)， 其有效加固深度可達(dá)25 m，其主要適用條件[7-8]為：（1）適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土、軟粘性土及無(wú)流動(dòng)地下水的松散砂土等軟弱地基；（2）在處理泥炭土、有機(jī)質(zhì)土、塑性指數(shù)大于25 的粘性土和具有腐蝕性的地下水時(shí)，必須通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性后，方可采用；（3）樁長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)變形要求進(jìn)行確定，宜穿透軟土層，適用于深厚軟土地基的處理，但處理深度不宜超過(guò)25 m。 鑒于變截面雙向水泥土樁的顯著優(yōu)勢(shì)，本文依托福州市某市政道路實(shí)體工程， 擬對(duì)變截面雙向水泥土樁在箱涵底深厚軟基處理中的應(yīng)用展開(kāi)研究。

1 工程基本情況

1.1 工程概述

福州市某市政道路， 全長(zhǎng)1.44 km， 設(shè)計(jì)時(shí)速50 km/h，紅線寬度40 m，為雙向4 車道的城市主干道，沿線共布置5 道涵洞。其中K1+131 處道路跨越現(xiàn)狀8 m 寬水系， 根據(jù)周邊匯水面積及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，該處設(shè)置2 孔凈跨徑5 m，高2 m 的箱涵，能滿足現(xiàn)場(chǎng)排水需要，箱涵總體布置如圖1 所示。

圖1 箱涵總體布置（單位：cm）

1.2 工程地質(zhì)

擬建場(chǎng)地位于福州市馬尾瑯岐鎮(zhèn)，地貌單元主要為剝蝕丘陵、沖海積平原，整體地勢(shì)起伏不大。 場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)及巖性特征自上而下分層描述如下：①素填土：褐黃、雜色，松散為主，局部稍密，稍濕～濕，主要成分為粘土， 局部含碎石等， 粒徑約為3～10 cm，堆填年代＞5 年，硬雜質(zhì)含量＞20%，成分雜、均勻性差。 ②淤泥：局部相變?yōu)橛倌噘|(zhì)土，深灰色，飽和，流塑狀態(tài)，含腐殖質(zhì)，有臭味，局部含少量粉、細(xì)砂，搖振反應(yīng)慢，捻面較光滑，有光澤，干強(qiáng)度及韌性中等， 屬高壓縮性軟弱土層， 層厚約在10.0～19.60 m；③粉質(zhì)粘土：淺灰色，稍密為主，局部松散、中密，飽和狀態(tài)。 主要成分以細(xì)粉粒，石英顆粒為主，含有少量泥質(zhì)，不均勻系數(shù)較大，級(jí)配不良，厚度約在10.80～36.60 m。 該層進(jìn)行了標(biāo)貫試驗(yàn)，其平均值為13.8（修正擊數(shù)為10.5），范圍值在7～24（修正擊數(shù)為6.0～17.2）。

表1 地基土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

1.3 箱涵底深厚軟基處理設(shè)計(jì)

根據(jù)箱涵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算， 涵底最大壓應(yīng)力為125 kPa，位于②淤泥層，其承載力基本容許值僅為40 kPa，無(wú)法滿足要求，且淤泥深19.5 m，為深厚淤泥層，深度大于15 m。因此，本項(xiàng)目箱涵底軟基處理采用變截面雙向水泥土樁（圖2），總樁長(zhǎng)L=21 m，擴(kuò)大頭直徑D=100 cm， 高度H=4 m， 下部直徑d=60 cm，樁間距S=2.2 m，平面采用三角形布置（圖3），樁體水灰比為1∶0.55，28 d 樁體強(qiáng)度≥1.5 MPa，根據(jù)釘形水泥土雙向攪拌樁復(fù)合地基技術(shù)規(guī)程（蘇JG/T024-2007）[8]， 計(jì)算得單樁承載力特征值為342 kN，復(fù)合地基承載力特征值為135 kPa，滿足涵底最大壓應(yīng)力要求。

圖2 變截面雙向水泥土樁結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 變截面雙向水泥土樁平面布置圖

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 單樁復(fù)合地基承載力試驗(yàn)

基于《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2012）[9]進(jìn)行單樁復(fù)合地基承載力試驗(yàn)， 荷載板采用1680 mm×1680 mm 正方形鋼板，試驗(yàn)加載等級(jí)分8 級(jí)，每級(jí)荷載增量為63.2 kN，圖4 為箱涵底左右幅及路中3 個(gè)點(diǎn)的p-s 曲線。

圖4 變截面雙向水泥土樁應(yīng)力-位移變化曲線

試驗(yàn)過(guò)程中未出現(xiàn)沉降突變、荷載板周圍土體隆起等異常現(xiàn)場(chǎng)，取s/b=0.006 所對(duì)應(yīng)的壓力，及沉降位移s=10.08 mm 對(duì)應(yīng)的壓力作為承載力特征值。特征值分別為138、136、158 kPa，以上承載力特征值均大于涵底最大壓應(yīng)力125 kPa。

2.2 芯樣強(qiáng)度試驗(yàn)

齡期28 d 后對(duì)箱涵底變截面雙向水泥土樁進(jìn)行了取芯試驗(yàn)，如圖5 所示。 同時(shí)對(duì)芯樣進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)， 得到不同深度芯樣的28 d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，如圖6 所示。

圖5 變截面雙向水泥樁現(xiàn)場(chǎng)取芯

圖6 不同深度芯樣28 d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

現(xiàn)場(chǎng)取芯結(jié)果顯示，變截面雙向水泥土樁的樁身完整性、取芯深度、水泥土固結(jié)程度均較好，并達(dá)到設(shè)計(jì)要求，表明變截面雙向水泥土樁由于具有雙向攪拌的特點(diǎn)，較好地解決了一般水泥攪拌樁深層處理不到位、成樁不理想、取芯不完整等問(wèn)題。 同時(shí)，芯樣28 d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均＞1.5 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。 從樁體不同深度的芯樣強(qiáng)度來(lái)看，0～4 m范圍內(nèi) （上部擴(kuò)徑深度）qu平均值為1.89 MPa，5～15 m 范圍內(nèi)（中部深度）qu平均值為1.87 MPa，16～21 m 范圍內(nèi)qu平均值為2.16 MPa。由此可見(jiàn)，深度范圍內(nèi)的樁體強(qiáng)度比上部擴(kuò)徑及中部深度范圍內(nèi)都大，主要原因可能是現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，在判斷樁體是否進(jìn)入持力層時(shí)下降較緩，同時(shí)樁端到位后又保持噴漿10 s 以上， 超過(guò)了其他深度范圍內(nèi)的水泥摻量。 由此可見(jiàn)，變截面雙向水泥土樁的樁體強(qiáng)度的均勻性較好， 也保證了深度范圍內(nèi)樁體的質(zhì)量，較好地發(fā)揮了整樁共同受力的效能。

3 經(jīng)濟(jì)效益

由前文可知， 采用變截面雙向水泥土樁時(shí)，總樁長(zhǎng)L=21 m，擴(kuò)大頭直徑D=100 cm，擴(kuò)大頭高度H=4 m，下部直徑d=60 cm，采用三角形布置，樁間距S=2.2 m。 為了對(duì)比變截面和等截面水泥攪拌樁的經(jīng)濟(jì)性，控制兩者條件（僅樁間距不同）相同，進(jìn)行樁的設(shè)計(jì)和成本計(jì)算 （按軟基處理面積為4000 m2），具體對(duì)比如表2 所示。

表2 不同軟基處理方案的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

由表2 可知， 相較于等截面雙向水泥土攪拌樁，變截面雙向水泥土樁在進(jìn)行深厚軟基處理時(shí)具有顯著的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。 這是因?yàn)樵谙嗤刭|(zhì)條件下，由于擴(kuò)大頭的存在，變截面雙向水泥土攪拌樁無(wú)論是單樁承載力和還是復(fù)合地基承載力均有顯著提高，所以其樁間距可適當(dāng)增大，相同面積所需要樁的數(shù)量相應(yīng)減少，從而降低工程總造價(jià)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文依托福州市某市政道路，分別從復(fù)合地基承載力、樁身強(qiáng)度及經(jīng)濟(jì)效益等方面，對(duì)變截面雙向水泥土樁在箱涵深厚軟基處理的應(yīng)用效果進(jìn)性研究，得出以下結(jié)論：（1）變截面雙向水泥土樁由于具有雙向攪拌工藝及擴(kuò)大頭的存在， 樁身完整性、強(qiáng)度及承載力得到大幅度地提高，特別是深度范圍內(nèi)樁體的質(zhì)量整體較好。 （2）相較于等截面雙向水泥土攪拌樁，變截面雙向水泥土樁在進(jìn)行深厚軟基處理時(shí)，可適當(dāng)增大樁間距，具有顯著的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。（3）建議現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)不同地質(zhì)層特點(diǎn)，選擇在不同深度范圍內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)徑來(lái)對(duì)土體進(jìn)行加固，以拓展變截面雙向水泥土樁的應(yīng)用。