关于软土路基施工技术探讨

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【摘 要】软土的成因一般认为是由于第四纪后期地表水所形成的沉淀物质,多分布在海滨,湖滨,河流沿岸等地势低洼地带,地表常年潮湿或积水。当天然地基的强度不足或土的压缩性较大，不能够满足构造物对地基的要求时，就需要针对不同的情况进行地基处理。淤泥、粘土等组成的软土地基，由于其强度低、压缩性高、透水性和均匀性差，在工程中常需要进行地基加固处理。水泥土搅拌法能够有效提高软土的强度，降低压缩模量，因此在市政道路路基工程中得到广泛应用。

【关键词】软土；地基；技术

水泥土搅拌桩是由固化剂(水泥)与软土搅拌形成的固结体，由于历史原因和使用习惯，将用水泥浆与软土搅拌形成的柱状固结体称为深层搅拌桩；将用水泥粉体与软土搅拌形成的柱状固结体称为粉喷桩；现在将这两类地基加固方法(拌入泥浆称为湿法和拌入水泥粉称为干法)合称为水泥搅拌法。

1 发展历史

水泥土搅拌法最早在美国研制成功，称为Mixed in PlacePile(MIP法)，我国在改革开放后，才开始理论研究和机械研制工作，并于1980年在软土地基加固工程中获得成功。近三十年来，在工业厂房、民用建筑、市政工程、基坑支护等工程中打设搅拌桩逾一千万根，约1亿延米，均取得了良好的技术经济效果，和传统的钢筋混凝土桩基相比，在用钢量、成本和工期方面有明显的优势。

2 水泥土搅拌桩的加固原理

水泥土搅拌法是以水泥作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，将固化剂和地基土强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定的强度的桩体的地基处理方法，适用于处理正常固结的淤泥与淤质粘土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。

水泥加固土的基本原理是基于水泥加固土的物理化学反应过程，它与混凝土硬化机理不同，由于水泥掺量少，水泥水解和水化反应完全是在具有一定活性介质――土的围绕下进行反应，硬化速度较慢，且作用复杂。

普通硅酸盐水泥的主要矿物质有硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸三钙、硫酸钙等，将水泥拌入软土后，水泥中的矿物质与土中水发生一系列的物理化学反应，生成氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙及水化铁酸钙等化合物，水泥水化物和粘土颗粒发生离子交换、凝硬和碳酸化反应，使水泥土具有整体性、水稳定性和一定的强度，水泥土搅拌得越均匀，水泥土的强度也越高。将固化剂(水泥)与软土充分搅拌后形成水泥土，其抗压强度比天然软土提高数倍，变形模量也增大数倍，由水泥土桩和天然土层形成的复合地基，能够较大提高地基承载力，减小了沉降量。简单说，水泥土搅拌法就是水泥土搅拌单桩和周围土体构成复合地基，共同承受上部竖向荷载。

3 设计计算

在地基加固设计前，应该收集下面的资料

3.1 拟建场地的岩土工程地质资料，特别是填土层的厚度、组成情况；软土的范围、分层情况及固结状态；地下水位及PH值；土的含水量、塑性指数和有机质含量等。

3.2 上部结构和基础工程资料

主要是上部结构对地基承载力和沉降的要求。

按照工程实际情况，可以采用柱状、壁桩、格栅状和块状等不同的加固形式。在路基工程中常采用柱状加固(每间隔一定距离布置一根水泥桩)，能够充分发挥桩身强度与桩周侧阻力。

设计过程主要是：

3.2.1 单桩承载力的计算

搅拌单桩一般使土对桩的支撑力与桩身强度所确定的承载力相近，并使后者约大于前者。设计时，可以直接根据上部结构对地基的要求，先选定桩长和桩身强度，然后在依据室内试验资料，选择相应要求的桩身强度的水泥渗入比。

单桩竖向承载力Ra可以按照下式计算:

式中fcu ――与搅拌桩桩身水泥土配合比相同的室内加固土试块(边长为70mm的立方体，或边长为5Omm的立方体)，在标；隹养护条件下90d龄期的立方体抗压强度平均值。

――桩身强度着减系数，干法可以取0.2―0.3，湿法可以取0.25 ― 0.33；

Ap― ― 桩的截面积(m2)；

Up―― 桩的周长(m )；

qsi― ― 桩周第i层土的侧阻力特征值，对淤泥可取4―7kpa：对淤泥质土可取6―12kpa，对软塑状态的黏性土可取10 ―15kpa：对可塑状态的黏性土可取12―18kpa；

li桩长范围内的第i层土的厚度；

qp― ― 桩端地基土未经修正的承载力特征值(kpa)

a― 桩端天然地基土的承载力折减系数，可以取

0.4―0.6，承载力高时取低值。

3.2.2 复合地基承载力的计算

设计时在路基范围内布桩，因为水泥土搅拌桩介于刚性桩和柔性桩之间，在垂直荷载作用下有一定的压缩变形，在桩身压缩的同时，桩间土分担一部分的荷载。水泥土搅拌桩复合地基承载力的标准值按照下式估计：

式中fspk―― 复合地基承载力特征值(kpa)

m一面积置换率

Ra― 单桩竖向承载力特征值(Kn)

― 桩间土承载力折减系数

当桩端未经修正的承载力特征值大于桩周土的承载力特征值的平均值时，可以取0.1一0.4，差值大时取低值:

当桩端未经修正的承载力特征值小于或等于桩周土的承载力特征值的平均值时，可以取0.5―0.9，差值大时或设置垫层时取高值:

3.2.3 置换率和桩数的计算

在路基工程中，采用正方形或等边三角形布桩，总桩数按照下式计算．

式中n―― 总桩数

A―― 加固路基底面积

A―― 加固路基底面积

3.2.4 卧层强度验算

在路基加固范围一下存在软弱下卧层时，按照规范要求，需进行下卧层强度验算。计算时，可将被加固的路基范围视为一个复合土层，其压缩模量、压缩系数渠桩与桩间土的复合指标按照应力扩散法验算。

3.2.5 沉降计算

当搅拌桩复合路基承受路基传递的垂直荷载后，所产生沉降S包括桩土复合层本身的压缩变形S 和桩土复合层面以下天然地基土的沉降量S2，即S=S1+S2o具体计算公式参考相关规范。

4 工程实例

某工程位于广州增城地区，道路等级为城市主干道，路面类型为水泥混凝土路面，道路建设场地位于平原微丘区，局部为农田及池塘。地基承载力要求不小于100Kpa。

地基处理方案为直径50cm的粉喷桩处理，桩间距为1.1m，按正三角形布置，水泥采用强度等级42.5号普通硅酸盐水泥，水泥掺入量为50Kg／m，设计桩长为5米。

施工完成后，对水泥土桩身质量、水泥土桩身强度是否满足设计要求、复合地基是否满足设计要求进行试验，检测结果显示各桩桩身水泥搅拌均匀性较好 所取各桩桩身水泥土芯样天然抗压强度介于1.2― 12.9Mpa， 满足桩身强度1.0Mpa设计要求;各桩桩底持力层为亚粘土 各桩抽芯检测桩长为5.00m，与施工记录桩长5.00m复核，复合地基承载力特征值为100Kpa。

5 结语

从工程实例可以知道，经过水泥土搅拌法加固后的市政道路软土路基，地基土强度和变形模量提高，地基稳定性增强，复合地基承载力明显提高，达到了控制沉降、稳定路基的目的。说明水泥土搅拌法在市政道路路基加固处理在技术上是可行的， 由于其施工方便，对周同建筑影响少，因此，以后在市政道路中应该大力推广。

在实际工程中，应结合相关专业规范，以及当地的一些设计规范，比如广东省地基处理技术规范(它不同于建筑地基处理技术规范)就是针对珠三角地区的地基处理规范，有很强的地区性。同时水泥土搅拌桩的应该现场试桩，确定其具体的施工参数。有条件的地区，采用试验确定施工后的地基承载力特征值。