深层搅拌桩加固与工后沉降分析

　　摘要：由于我国华东、华南地区软土地基广泛分布，而城市用。快速路对路基工后沉降要求严格，深层搅拌桩加固地基技术是(二)深层搅拌桩加固优点介绍一种比较好防工后沉降的方法。首先介绍深层搅拌桩加固地基深层搅拌法加固软土技术，其独特的优点如下:的原理及优点，主要深层搅拌桩工后沉降作一个探讨.

　　关键词：深层搅拌桩;加固;工后沉降;合，因而最大限度地利用了原土，无须开采原材料，大量节约资

　　源;(2)搅拌时不会使地基侧向挤出，对周围原有建筑物的影响

　　软土是一种近代水下沉积的饱和松软黏性土，具有压缩性很小;(3)按照不同地基土的性质及工程设计要求，可以合理选高、强底低、透水性差、孔隙比大等特点，在软土地基上修建铁择固化剂及其配方，设计比较灵活。如果事先加以混合，可以同路和公路路堤，极易产生地基失稳和沉降过大等工程问题。对时喷射两种以上的混合加固材料;(4)施工时无振动、无噪声、作为轨道基础的路基来说，则要求其强度高、刚度大且纵向变化无污染，可在市区内和密集建筑群中进行施工;(5)土体加固均匀，以确保其长期动力稳定性和耐久性。深层搅拌法可以充后重度基本不变，对软弱下卧层不致产生附加沉降;(6)与钢筋分发挥深层搅拌的优势，对地基进行深层加固，很适合软土地混凝土桩基相比，节省了大量的钢材，并降低了造价;(7)根据基，问世以来，发展迅速，应用广泛。深层搅拌法利用特制的机上部结构的需要，可灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状等加械，一般能使加固深度都大于10m。但深层搅拌桩施工仍然会固型式。(8)施工速度快，国产的深层搅拌桩机每台班可成桩有工后沉降的问题，控制沉降主要是在施工中做好监测工作，提100 ～ 150m。人工成孔夯实深层桩的速度更快，日本的深层搅前计算出沉降量。拌船每小时可加固土90m3 以上。

　　一、深层搅拌桩加固设计(三)深层搅拌桩的方案设计(一)深层搅拌桩加固机理阐述依据上部荷载计算核定复合地基承载能力的标准值不应

　　深层搅拌桩是利用水泥或水泥系材料作为固化剂，通过特小于150kPa。制的深层搅拌机械，在地基深处就地将原位土和固化剂(浆液或1.持力层粉体)强制搅拌，形成深层圆柱体。强度机理主要有两个方面利用深层搅拌软基处理水泥土复合地基基础，将粉质粘土的作用：(1)水泥的骨架作用，水泥与饱和软黏土搅拌后，首先作为持力层，同时桩进入持力层不少于1.5m。发生水泥的水解和水化反应，生成水泥水化物，形成凝胶体一氢2.布桩形式氧化钙，将土颗粒或小土团凝结在一起，形成一种稳定的结构整采用单桩梅花形(即等边三角形)布设，桩间距为1.3 m。体;(2)离子交换作用，水泥在水化过程中，生成的钙离子与土3.桩身参数颗粒表面的钠离子(或钾离子)进行离子交换，生成稳定的钙离桩径取600 mm，桩长取7.0 m 左右，施工时根据实际地层子，从而提高土体的强度。情况，可做适当调整。桩身水泥掺量为15%，土容重取1800 kg/

　　当深层桩作为块体用来挡土隔水或直接作为地基或基础m3。选用32.5 级的普通硅酸盐水泥，水灰比取0.5 ～ 0.8，可根时，主要考虑混合物本身的固化机理;作为复合地基时，尚要涉据现场实际地层情况确定。及桩间土力学性质的变化。一般认为，虽然固化材料可以从混4.单桩竖向承载力标准值的设计计算合体向周围渗透，但反应缓慢，渗透范围有限。设计时不应考搅拌桩单桩竖向承载力标准值取决于桩身强度和地基土虑，桩间土仍采用天然地基的力学指标。当深层桩作为复合地情况，一般应通过现场单桩荷载试验确定。没有试验资料时，根基中的竖向增强体时，由于深层桩介于柔性桩与刚性桩之间，在据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-91)，单桩竖向承载力标软土中主要呈现了桩体的作用。在正常置换率的情况下，也就准值可按下列两式计算，取其中较小值：是说桩承担了大部分荷载，桩通过侧阻力和端阻力将荷载传至R dk=λfcu,kAp(1) 深层土中，在桩和土共同承担荷载的过程中，土中高应力区增Rdk=qsUpl+βApqp(2) 大，从而提高了地基的承载力。复合地基还具有垫层的扩散作式中，Rdk表示单桩竖向承载力标准值;λ表示强度折减系数，取λ=0.5;qs表示桩周土的平均摩擦力，根据该工程地质勘察资料及其它相关资料，填砂土取7 kPa，淤泥土取8 kPa，粉质粘土取14 kPa;Ap表示桩的截面积，工程采用直径为600 mm 的桩，Ap=0.2826 m;Up表示桩身周长，工程为0.6π=1.884 m;l表示桩长，见表1;β表示桩端天然地基土的承载力折减系数，取β=0.5; qp表示桩端天然地基土的承载力标准值，根据其地质勘察资料，持力层粉质粘土，qp=190 kPa;fcu,k=1.50 MPa。

　　5.水泥土搅拌桩复合地基承载力标准值设计根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-91)，搅拌桩的承

　　载力按下式计算：

　　fsp,k=mRdk/Ap+γ(1-m)fs,k (3)

　　式中：fsp,k表示复合地基承载力设计标准值;m表示面积置

　　换率，通过桩的间距和布设情况，计算取值约为20%;γ表示桩间土承载力折减系数，取γ=0.7;fs,k表示桩间天然地基土平均承载力标准值，根据工程勘察地质资料及其它相关资料，填砂土取70kPa， 淤泥取50 kPa，粉质粘土取190 kPa。计算结果见表1。

　　表1桩基参数及承载力计算结果

　　名称 设计桩长/m 桩周土qs均值/kPa 计算R d k 最小值/kPa 计算fs,k的平均值/kPa 计算fsp,k的平均值/kPa

　　维修车间 7 10.19 134.32 125.29 167.39

　　综合仓库 7 10.02 130.49 119.39 162.39

　　集装箱置地 6.7 10.34 129.49 125.39 165.49

　　排班室 6.7 10.45 132.43 123.49 154.39

　　(四)高速公路软土地基的实验研究

　　1.工程地质概况

　　试验工点范围为SY0+038-SY0+276，长238 m。地层从上而下为：① 黏土，灰黄色，软-硬塑，夹有少量铁锰结核，层厚

　　0.76-3.60

　　m; ② 淤泥质粉质黏土，深灰色，流塑，含少量腐植物，局部夹有薄层粉砂，厚3.2 ～ 16.5 in;③ -1 粉质黏土夹薄层粉砂，绿灰色，软塑，厚0 ～ 4.1 m;③ -2 黏土，深灰色-浅灰色，硬塑，厚0～ 8.1 m; ④ -1 粉砂，褐黄色，中密，饱和，厚0～ 6.7m， 不均匀夹有薄层黏土，N63.5 =5-45 击，平均值21.5 击。④-2 粉砂，褐黄色，深灰色，中密-密实，饱和，厚>10m，N63.5 =19-48 击，平均值24.4 击。地基土分层物理力学指标统计见表1，其中第2 层淤泥质粉质黏土层天然含水量和孔隙比平均值分别达到了

　　44

　　.4%和1.23，灵敏度较高，属典型软土。

　　表2 试验段土体物理力学指标统计表

　　项目 地层序号

　　① ② ③ ④

　　天然含水率 W/% 32.8 45.4 36.4 25.4

　　重度γ/(kN/m3) 19.4 18.3 18.2 19.5

　　天然孔隙比e 0.85 1.34 0.94 0.83

　　液限WL 42.3 38.4 33.5 33.7

　　塑限Wp 19.4 19.6 19.5 17.5

　　快剪 凝聚力C/kPa 25.4 8.5 28.9 29.8

　　内摩擦角φ/° 8.5 6.5 10.5 8.0

　　固结快剪 凝聚力C/kPa 14.1 3.8 4.1

　　内摩擦角φ/° 16.5 19.3 25.6

　　固结系数 Ch100-20010-3/cm2/s 1.50 3.40

　　Cp100-20010-3/cm2/s 2.10 1.89 4.95 3.92

　　2.地基加固及测试方案

　　试验路堤填高5.19 ～ 5.36 m。地基采用粉喷桩及浆喷桩进行加固，加固深度穿透软土层嵌入第③ 层不小于1.0m，桩间距在桥路过渡段为1.0～ 1.2 m， 一般路堤1.2～ 1.4 m。桩顶设0.5m 碎石垫层，除SYO+155-+200 段，在垫层内铺设一层强度>80kN/m 的土工格栅。试验段共设四个观测测试断面，主要观测测试内容为：地表沉降、深层沉降、侧向位移、桩土应力、土工格栅变形及受力等，并在加固后路基填筑前对桩间土进行了取样分析。地基处理及测试方案见表2。试验工程于某年12 月开工，次年2-4 月完成地基处理的施工，4-5 月埋设观测元器件，6 月开始路堤的填筑，同年11 月1 日完成路基填筑。

　　表3 地基处理及测试方案表

　　里程范围 处理方案 路提填高/m 软土厚度/m 加固深度/m 测试断面

　　SY0+038 ～ SY0+049 浆喷桩，Φ0.5，@1.0 ～ 1.2m 5.20 14.5 18.5 SY0+042 (桥路过渡段)

　　SY0+049 ～ SY0+155 浆喷桩，Φ0.5，@1.2 ～ 1.4m 5.20 11.0 15.4 SY0+115

　　SY0+155 ～ SY0+200 浆喷桩，Φ0.5，@1.2 ～ 1.4m 5.38 10.4 14.5 SY0+180 (无土工格栅)

　　SY0+200 ～ SY0+276 浆喷桩，Φ0.5，@1.2 ～ 1.4m 5.38 12.5 15.0 SY0+240

　　3.测试结果分析

　　(1)地基沉降分析

　　搅拌桩复合地基地表沉降随荷载的施加和稳定而呈现出有规律的增加和稳定过程，当填土速率较快时，沉降速率也相应加快;当填土荷载稳定后，沉降速率也逐渐减小;填筑施工时的最大沉降速率为5.0 ～ 9.0 mm/d。路基本体施工完成1 个半月以后，地基沉降速率为0.15 ～ 0.55 mm/d;路基本体施工完成三个半月以后，地基沉降速率0.15 ～ 0.25 mm/d;路基本体结束6个月以后，地基沉降速率为0.015 ～ 0.099mm/d，线路中心处沉降量最大。搅拌桩桩顶、两桩之间中心沉降规律及沉降数值基本一致，填筑施工期间最大沉降差异为6.5 ～ 7.6mm，说明当采取了55cm 厚碎石垫层和水平加固体以后，搅拌桩桩体向柔性基础的刺入量比较少，加固体整体承载效果比较好。随着荷载的增加，不同深度的沉降也增加。加荷比较快的情况下，沉降发生得也较快;路堤本体荷载填筑完成后，不同深度沉降逐渐得到收敛，表明沉降速率与填筑速率是正相关的。

　　(2)地基水平位移分析

　　随着路堤的填筑，坡脚侧向位移不断增加，当荷载趋于稳定以后，侧向位移也不断趋向稳定。深层水平位移通常情况下生在地表下1.0 ～ 5.5m，大小为20.8 ～ 36.5mm，最大位移速率仅为0.06-0.15 mm/d，并且通常情况下发生在软土层。从地基侧向位移变化特点可以看出，柱式搅拌桩复合地基上的路堤，因为桩体的应力集中以及桩对土的约束遮拦作用，另外，因为加筋碎石垫层中土工格栅的应力调整作用，进而有效地改善了路堤坡脚处应力状态，增加了路基的稳定性，在这种情况下，地基稳定性已经不再是控制路基填筑速率的关键。

　　(3)桩土应力比分析

　　不同位置、不同荷载T 条件下的桩土应力是有区别的。荷载不断的变大，应力比随着提高，由于填土速率以及桩体强度不同，粉喷桩复合地基应力比将达到6.0-7.0，浆喷桩复合地基应力比将达到8.5-12.0;当荷载趋于稳定以后，应力比变化就比较平稳，粉喷桩最终桩土应力比平均值为5.5，浆喷桩最终桩土应力比平均值为2.5。和未铺设土工格栅断面进行比较，铺设土工格栅的桩土应力比提高了5%，同时，垫层内加土工格栅的单桩复合地基承载力特征值比未加的提高l2%，以上分析结果表明在碎石垫层内铺设土工格栅对均化基底应力，协调桩、桩间土共同承担上部荷载具有明显效应。

　　(4)加固前后地基土的物理力学指标对比分析

　　在加固的同一地点，利用钻探取样、土工试验测试加固前后土体物理力学指标，可以比较采用搅拌桩加固对地基土的影响。表4 给出了搅拌桩加固前后地基土含水量、孔隙比及压缩模量的变化情况，从表4 中能够得到，加固后天然含水量减少了l4.6%～ l5.9%， 孔隙比减少了15.7% -24.6%，压缩模量增加了

　　33.6%～ 38.2%， 搅拌桩对地基土物理力学性质得到了明显的改善。

　　表4 加固前后地基土力学指标

　　地层序号 孔隙比 天然含水量/% 压缩模量/MPa

　　加固前 加固后 加固前 加固后 加固前 加固后

　　1 0.85 0.65 32.5 24.0 4.56 6.97

　　2 0.98 0.82 35.8 29.5 4.38 6.03

　　二、深层搅拌桩加固地基工后沉降研究(一)沉降的危害

　　与路况有关的交通事故约占总交通事故的35%，而不均匀沉降是造成路况差的一个重要原因，主要体现在：

　　(1)不均匀沉降引起混凝土路面断板、裂缝、平整度差，缩短维修周期;(2)路面错台、翻浆、坑洞、裂缝等影响通行能力，易造成堵车、滑溜、尾撞翻车事故;(3)小型结构物处及桥头跳车、危及行车安全;(4)导致整体性差、剪切变形破坏、路基失稳，高路堤时尤为危险;(5)路基底面沿横向产生盆形沉降曲线，使横坡变缓，影响排水。总之，沉降降低或破坏道路的使用质量，损失巨大，务必引起高度重视。

　　(二)深层搅拌桩工后沉降的防治

　　1.施工前的防治措施。

　　(1)

　　制定控制标准：在施工前应根据设计规范要求的沉降值以及施工工艺制定好沉降控制标准。(2)加强地质普查：对设计进行加固外软土地段地质情况进行核查外，还应对其它地段进行地质调查，以确保路基基底承载力满足设计要求。

　　2.施工过程中的防治措施。

　　(1)

　　制定施工工艺标准：深层搅拌桩施工工艺一般为搅拌桩机准备、制备水泥浆、预搅下沉、提升喷浆搅拌、重复上、下搅拌、清洗、移位，重复上述步骤，直到完工。在路基填筑施工过程中必须严格按照制定的工艺标准实施。

　　(2)

　　做好路基的沉降观测计算：此项措施是重点，在施工中对路基沉降进行观测，记录沉降数值，通过验算，对曲线进行分析，采取相应的应对措施。

　　计算包括地基承载力以及沉降两方面计算。1)拌桩地基承载力应通过现场地基荷载试验确定，也可根据桩土分担荷载比原理，按式：

　　其中：m 为面积置换率;Rk为单桩竖向承载力特征值，kPa;Ap为桩的截面积，m2;fk为天然地基承载力标准值，kPa;α为桩间土强度提高系数;β为桩间土强度发挥系数。

　　2)沉降计算又包括路基本体沉降、加固区沉降、下卧层沉降三方面计算。路堤本体的沉降计算采用分层总和法，在实际工程应用中，可偏于保守的取路堤高度的l‰作为路基本体部分的沉降值;加固区压缩变形按下式计算按公式：

　　其中，P0 为桩顶处平均应力，kPa;Δp为桩底处附加应力，kPa ;Eps为复合弹性模量，即搅拌桩和桩间土的弹性模量，MPa。;

　　另外下卧土层压缩量的计算，目前在工程应用上常采用应力扩散法、等效实体法、改进的Geddes 法几种方法。

　　(3)

　　加强路基试验检测：在施工过程中加强路基每一填层的试验检验，一般均根据填料情况采用双指标控制，只有双指标均符合验标要求后方可进行下一步施工。同时应严格控制填料质量，除填料必须符合要求外，同一段地基最好使用同一种填料，填料性质相同，整段路沉降均匀。

　　(4)

　　做好路基综合排水：路基施工期间以及完工后应立即做好综合排水系统，尤其是膨胀地段，采取的措施有三七灰土封闭、铺设砂夹土工膜、污垢封闭等。确保施工以及运营期间路基排水系统顺畅，路基不渗不冲。

　　(5)

　　确保路基边坡稳定：边坡是施工中的一个软弱点.为确保边坡质量，需要对边坡夯实，另外进行绿化可以确保边坡稳定，避免边坡填筑不实造成自然下沉、冲刷滑坡等现象。

　　三、结语

　　地基处理是基础工程施工中的重要内容，其处理效果的好坏直接影响着工程建设的质量、进度和成本。认真选好施工方案，制定翔实和得当的地基处理方案是地基基础施工中重要的环节和内容。无论什么标准的道路工程。工后沉降控制理念、过程和措施是一致的，必须通过加强施工组织和过程控制，来满足工后沉降和不均匀沉降控制要求，实现高速行车安全和列车平稳、舒适运行。

　　参考文献

　　[1] 徐小庆.水泥土搅拌桩在高速公路软基加固中的应用[J]. 中国水运(理论版), 2007,(01).

　　[2] 胡兮, 黄楠.深层搅拌桩处理软土地基的施工监理[J].安徽水利水电职业技术学院学报, 2006,(03).

　　[3] 陆文林, 袁建伟.浅谈软土路基工后沉降分析方法[J].湖南工程学院学报(自然科学版), 2009,(03).

　　[4] 刘松玉, 席培胜, 储海岩, 宫能和.双向水泥土搅拌桩加固软土地基试验研究[J].岩土力学, 2007,(03).

　　作者简介：张文卿(1975-), 男, 汉族, 广东五华人, 供职于广东五华县公路局, 研究方向：道路桥梁工程建设方面。