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摘要：水泥搅拌桩是一种常用的软土路基处理方法，但工程中经常出现桩体强度不足、复合地基承载力不满足要求的情况。本文结合佛山市三水区一环西路软土路基处理工程实践，分析了桩长、置换率及水泥掺入量对复合地基沉降量的影响。
关键词：水泥土搅拌桩；软土路基；水泥掺量、置换率
0引言
广东省是我国软土分布最广泛的地区之一，尤其以在珠江三角洲和滨海地区分布普遍。广东省又是我国经济发展最活跃、最快速的区域，公路、市政道路等交通工程建设密度大，因此在道路建设工程不可避免地需穿越软土地基。软土具有天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂等特性，道路建设中不可直接作为持力层修筑路基[1]。目前工程中常用软基的处理方法主要有浅层换填、堆载预压、强夯、复合地基等。水泥土搅拌桩复合地基作为一种扰动相对较小、施工简单迅速、造价较低、见效较快的软弱地基处理方法应用较为广泛[2]。但由于地质条件、地下水位及施工技术水平的差异，水泥与软土搅拌过程中成桩效果差别较大，工程实践中经常出现水泥土桩无法满足强度要求，严重情况下会出现工程事故，因此有必要结合实际工程对水泥搅拌桩复合地基的加固机理Ⅰ、设计方案作进一步的研究。
1概况工程
佛山市三水区一环西路紧靠广三高速公路三水段南侧而建，道路西起云东海大道，道路沿线与规划三兴路、三达路北延线及同福路相交，东至健力宝北路，道路总长约2.26公里，道路标准段宽度为26米，保护高压塔路段宽度为32.5m，道路等级为城市主干道，设计车速50km/h，双向六车道，推荐采用沥青混凝土路面。
本项目所在场地地势平坦开阔，地面高程在3~10米，地下水位埋藏较浅，埋深在0.5~2米之间。根据勘察报告，场地地层如下：第四系全新统人工填土（Q4ml），上部覆盖层为第四系全新统牛轭湖相沉积层（Q4al）淤泥、淤泥质粘土、粉质粘土、砂层；残积土（Q4el）的黏性土层；下伏基岩为下第三系布心组统（K）的砂砾岩。具体分述如下：
1）人工填土（层编号为①）：灰黄色、灰褐色，松散～稍密，稍湿，主要由可粉质粘土、碎石、砂砾等组成。层厚0.8～4.6m，平均层厚2.37m，平均修正标贯试验击数4.2击/30cm。
2）淤泥（层编号②1）：层厚1.3～14.8m，平均7.30m，标贯试验击数N=1～3击/30cm，层位稳定而土性稍有变化，土性灰褐、深灰、灰黑色。属有机质土，局部含有大量腐木块、泥炭质，不均匀含细粉砂，个别含贝壳等杂质，有腥臭味，具海棉状和孔隙状结构，流塑，少数软塑状态。
3）淤泥质粉质粘土（层编号②3）：呈浅黄色，紫红色，可塑~硬塑。土质较均匀，粘性好，亲水性较强，吸水软化快，属中等压缩性土，本层分布较连续，平均层厚2.86m，层顶埋深0.8～21.5m；实测标贯试验击数N=3～14击/30cm，修正后平均击数N=6.0击/30cm。
4）粉细砂（层编号②4）：浅灰、灰黄、黄色，松散为主，局部稍密，饱和，含少量粘粒，呈透镜体状，分布不连续，根据初勘资料，平均层厚5.06m。实测标贯试验击数N=4～14击/30cm。
5）粉质粘土（层编号③1）：呈褐黄色、棕红色，硬塑，土质粗糙，干强度高，可见原岩残余结构，为砂岩风化残积土，分布连续，层厚1.4~11.8m，平均4.58m，实测标贯试验击数N=12击/30cm。
道路沿线的下伏基岩为下第三系（K）的砂砾岩，根据风化程度及裂隙发育程度，可划分为全风化、强风化岩、中风化、微风化带。
本项目软土厚度较大，对路基沉降影响较大的淤泥层主要物理力学参数如下表所列。
表1.1 淤泥层主要物理力学指标
2 加固原理及设计计算
水泥土搅拌桩是利用水泥（或石灰）等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软弱土和固化剂强制拌和，使固化剂和土体产生一系列的物理化学反应，改变了原状地基土的结构和性质，使之硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的复合地基。
根据本项目软土分布情况，通过技术经济分析，确定本项目软土地基采用水泥土搅拌桩复合地基处理，具体处理方案如下：
水泥土搅拌桩采用双向搅拌桩机施工，桩径0.5m，间距为1.5m，梅花型布置，以中密砂层或风化层作为持力层，桩端进入持力层不小于1.0m。水泥土搅拌桩28d无侧限抗压强度不小于1.0MPa，复合地基承载力不少于120Kpa。为了使各桩体承受的荷载能均匀分布，桩顶面设置50cm碎石垫层，桩顶及垫层顶分别加铺一层高强土工格栅，碎石垫层的符合垫层压实标准。
图2.1 软土路基处理断面图
根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）及《城市道路路基设计规范》（CJJ 194-2013），计算可得本项目复合地基的承载力及沉降量结果如下：
fspk=λm•Ra/Ap + β•（1-m）fsk
式中：λ—单桩承载力发挥系数；m—面积置换率；Ra—单桩竖向承载力特征值；Ap—桩的截面积；fsk—处理后桩间土承载力特征值；β—桩间土承载力发挥系数。
将水泥土搅拌桩穿越土层的参数带入上述计算公式，可得到复合地基承载力特征值fspk =135kPa。满足设计要求。
复合地基的沉降由垫层压缩变形量、加固区复合土层压缩变形量（s1）和加固区下卧层土层压缩变形量（s2）组成。本项目垫层变形量较小，可忽略不计，因此复合地基的沉降可按下式计算：
s= s1+ s2
式中：s1—复合地基加固区复合土层压缩变形量（mm），宜根据复合地基类型计算，柔性加固体桩按分层总和法计算；s2—加固区下卧土层压缩变形量（mm），按分层总和法计算。
根据本项目地质资料，通过计算，可得路基总沉降32.52cm，根据软土的固结度计算公式，路基工后沉降为9.77cm，满足规范要求。
3 路基沉降影响因素分析
市政道路对地基土的承载力要求较小，一般满足120kpa即可。但是，由于软土孔隙比较大，压缩变形大，且存在蠕变性能，因此道路工程对路基的变形要求更为严格，因此，有必要结合本项目对复合地基处理路基的沉降影响因素进行分析。
3.1 桩长对路基沉降的影响
复合地基的沉降由加固区的沉降量和下卧层的沉降量组成，复合地基桩长不足时，水泥土搅拌桩在软土中处于悬浮状态，相应增加了下卧层厚度；当水泥土搅拌桩进入相对较好的土层时，能够大大的减少下卧层的沉降量。而当桩长超过一定数量，对沉降量影响较小，但会大大增加工程造价。结合本项目，分别选择桩长9m、11m、13m、16m对路基工后沉降进行计算分析，可得对应工后沉降分别为22.25cm、16.34cm、9.77cm、9.25cm。表明当桩长超过13m 后，桩长对工后沉降的影响曲线趋于平缓，再增加桩长意义不大。
3.2 置换率对路基沉降的影响
提高水泥土搅拌桩桩径或桩间距，能够提高复合地基置换率，一般情
况下，置换率越高，复合地基的承载力越高，路基沉降量较小，但过多的置换显然不经济。本项目实践表明[3]，在桩长不变的情况下，软土地基置换率较小时，路基沉降随置换率增大沉降量控制明显，但当置换率超过18%后，路基沉降量变化较小，因此，软基处理设计应合理控制桩径及桩间距。
3.3 水泥掺量对路基沉降的影响
水泥土搅拌桩在桩体水泥含量较低时，增大水泥量能够能够迅速提高桩体强度，进而提高复合地基的变形模量，对降低沉降作用明显。本项目室内试验表明，在水泥掺入比达到14.5%左右时，对软土路基沉降量控制较好，之后如再片面的增大水泥量，并不能较好地控制路基沉降。
4 结论
（1）水泥土搅拌桩复合地基沉降由加固区沉降及下卧层沉降组成，其中下卧层沉降是复合地基沉降量的主要组成部分，因此软土路基采用复合地基加固水泥土搅拌桩应进入持力层，尽量减少下卧层厚度及压缩量。
（2）在水泥土桩复合地基的设计计算中，应合理控制复合地基的设计、施工参数，充分发挥桩间土的作用，能够更经济、合理控制路基沉降。
（3）水泥土搅拌桩桩长、置换率及水泥掺量等参数其值较小时，对软土路基沉降的影响较大，但调整到一定数量时，再片面提高对沉降量影响较小，且不经济。因此，设计施工中应结合试验结果及工程实践经验合理控制。
参考文献：
[1]叶书麟.地基处理工程实例应用手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.
[2]何开胜.水泥土搅拌桩设计计算方法探讨［J］.岩土工程学报，2003（1）：31-35.
[3]张崇淼.沉降控制的水泥土搅拌桩复合地基在软土地区应用[J].福建建筑，2018.09.
作者简介：廖华栋（1984－），男，本科，主要从事路桥方面的设计和研究工作。
论文作者:廖华栋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/5/14
标签：地基论文; 水泥论文; 路基论文; 土层论文; 承载力论文; 土路论文; 项目论文; 《基层建设》2019年第5期论文;