两种复合地基处理方法在市政道路中的应用浅谈

摘 要：上海属软土广泛分布区域，为减少路堤与桥头连接处的差异沉降形成跳车，高等级市政道路常采用复合地基处理解决此问题。本文就水泥搅拌桩和高压旋喷桩在上海本地市政道路工程中的具体应用进行论述剖析，供其它工程参考。

关键词：软土；水泥搅拌桩；高压旋喷桩

中图分类号：TU99 文献标识码：A

1 概述

软土是指天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的细粒土。包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等。软土的成因有多种，基本上归类为：滨海沉积、湖泊沉积、河滩沉积、沼泽沉积。上海属软土广泛分布区域，主要为滨海相，其软土特性主要为：在海浪、岸流和潮汐的水动力下形成较粗的颗粒（粗、中细砂）相掺杂，使其不均匀和极疏松，易透水，易压缩固结。

软土的工程性质主要表现为如下几点：（1）触变性：地基受振动荷载后，易产生侧向滑动、沉降或基础下土体挤出等；（2）流变性：在长期荷载下，产生排水固结变形及剪切变形，对地基沉降有较大影响；（3）高压缩性：地基沉降量大；（4）低强度：承载力低下；（5）低透水性：加载初期，常产生孔隙水压力，影响地基强度；（6）不均匀性：产生不均匀沉降。

道路路基是路面结构的基础，支持路面结构承受行车荷载的作用。为保证路面结构的使用耐久性，不产生因路基塑性变形所引起的过量沉降变形和与之相伴随的裂缝等病害，路面结构对路基提出的基本要求为：均匀、密实、稳定和具有一定的承载力。

鉴于软土的工程特性，其作为路基将会产生一定的不稳定或不均匀情况，因此常对软土地基进行加固处理，使其工后沉降满足规定要求，并在路床顶铺粒料层，以减少不均匀沉降对路面结构层的影响。

经调查，上海地区软土分布较广泛，多分布在地表下约3m～4m处，厚度6m～10m不等，在道路桥头路基中，不加处理常造成差异沉降，形成桥头跳车。

2 地基处理方法

常规上，对于厚层软土的处理有以下几种方案：（1）堆载预压或真空预压法，或在地基土层中埋置砂井、袋装砂井或塑料排水板与预压相结合的方法；（2）采用复合地基，包括砂桩、碎石桩、灰土桩、旋喷桩和小断面的预制桩等；（3）采用桩基，穿透软土层以达到增大承载力和减少沉降量的目的。

地基处理方法大致分为四类：置换、排水固结、灌入固化物、振（挤）密，其中适用于软土的主要是砂石垫层、砂桩、电动硅化、水泥土搅拌桩、旋喷注浆、砂井排水、堆载预压等。

鉴于上海地区道路路基软土埋深较深，层厚大，以上地基处理方法应用较多的主要是旋喷注浆、水泥土搅拌桩，本文重点介绍这两种地基处理方法。

水泥土搅拌法分为深层搅拌法（湿法）和粉体喷拌法（干法），适用于处理正常固结的淤泥和淤泥质土、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。地基处理设计时主要确定加固范围、桩径、桩长及桩间距，并根据水泥土试块强度确定固化剂及其掺量，当桩长超过10m时，可以采用变掺量设计，当加固桥头路基时，可以根据加固路基长度情况，分加固区和过渡区，两者范围内的桩径、桩间距均可根据要求调整，以节约投资。

水泥搅拌桩施工机械高度可达10m以上，对于施工区域有障碍物时，有一定的局限性，特别是城市道路施工时，两侧沿线多有架空线路通过，因此水泥搅拌桩的应用受到限制。此时高压旋喷桩的施工便利性就显现出来了。

高压喷射注浆法分旋喷、定喷和摆喷，高压旋喷桩是高压喷射注浆法的一种，是将注浆管钻入土层后，使用20MPa～40MPa的高压射流破坏地基土，注入的浆液将冲下的土置换或部分混合凝成固体，以达到改造土体的目的。适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑的粘性土、粉土以及砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。高压喷射注浆可采用单管、双管和三管法，根据上海地区软土地基处理深度，常用双管法进行高压旋喷桩处理。

3 工程实例

3.1 工程概况

上海浦东某城市主干路，红线宽50m，道路断面布置为双向6快2慢，沿线新建2座桥梁，桥头填土高度约3m。

工程区域普遍存在较厚的软弱下卧层（地下3m左右存在较为软弱的淤泥质粘土层（③、④层，层底土埋深约20m）。为防止路堤与桥梁的连接处产生不均匀沉降，从而给行车造成严重的不利影响，因此，设计中除在桥台后设置一定长度的后台搭板并在接坡范围内采用石灰粉煤灰填筑外，另对桥接坡50m范围内地基进行处理。

3.2 总体方案

设计中根据桥头区域架空线情况，两座桥梁桥头分别采用水泥搅拌桩和高压旋喷桩进行地基处理。

桥梁一：采用水泥搅拌桩，其桩径为0.7m，桥台台后30m范围内桩距1.8m，桩长20m，台后30m～50m范围内桩距2.2m，每2排缩短1.0m，直至最短桩长。

桥梁二：采用高压旋喷桩，其桩径0.8m，桥台台后30m范围内桩间距2.0m，桩长20m，台后30m～50m范围内桩距2.5m，每2排缩短1.0m，直至最短桩长。

3.3 复合地基设计

3.3.1 桩长选择

搅拌桩和旋喷桩的长度，理论上应根据上部结构对地基承载力和变形的要求确定，并应穿透软弱土层达到地基承载力相对较高的土层。鉴于市政道路路基与建筑物地基的区别，更多的关注地基变形（主要是沉降），因此参考上海市工程经验，取桩长20m，基本可以穿透软土层。

3.3.2 桩径选择

（1）水泥土搅拌桩

采用单轴双向水泥搅拌桩，成桩直径根据工程经验取0.7m。

（2）高压旋喷桩

采用双重管法，其在粘性土中的成桩直径介于单重管和三重管之间，多数在0.6m～1.0m之间。结合工程经验，本工程取桩径0.8m。

3.3.3 水泥用量及水灰比

（1）水泥土搅拌桩

采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥用量为90kg/m，水灰比为0.5。

（2）高压旋喷桩

采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥用量200kg/m，水灰比为1.0。

3.3.4 施工工艺

（1）水泥土搅拌桩

机械就位―预搅下沉―边喷浆边提升至停浆面―重复搅拌下沉至设计深度―搅拌提升至停浆面―关闭机械。

在搅拌桩养生结束，等达到设计要求强度后，人工将设计桩顶以上50cm施工质量较差的桩段挖除，再在处理范围内铺设50cm厚砾石砂。其上下加铺土工格栅。

以上褥垫层的作用是增加复合地基变形协调性，有利于路基的整体性。

（2）高压旋喷桩

机械就位―喷射管贯入设计加固深度―喷射注浆―拔管并冲洗――关闭机械。

与水泥搅拌桩相同的是，当养生结束达到设计要求强度后，将50cm桩头人工凿除，并设置褥垫层。

3.3.5 质量检验

复合地基处理质量检验大致包括施工前的试验、施工过程中的监测、施工后的检测三个部分。

（1）试验

试验指的是在设计前，应进行地基土的室内配比试验，针对现场拟处理地基土的性质，选择适宜的固化剂、外加剂及其掺量，从而为设计提供不同龄期、不同配比的强度参数。

①水泥搅拌桩。设计综合以上参数后进行具体设计，之后进行现场工艺性试桩，数量不得少于3根，用以检验设计合理性，并根据试验结果确定施工参数。

②高压旋喷桩。旋喷桩基本方案制定后，应根据工程实际情况进行现场试验，确定施工参数及工艺。其中旋喷桩加固体强度和直径，均应通过现场试验确定。

（2）监测

①水泥搅拌桩。施工过程中，所采用的水泥均应过筛，已经制备好的水泥浆液不得产生离析，泵送浆液应当连续进行。拌制水泥浆的数量、水泥及外加剂的用量以及泵送浆液的时间应当进行记录；喷浆量及搅拌深度应采用经国家计量部门认证通过的监测仪器进行自动记录。搅拌机喷浆提升的速度和次数均应符合施工工艺要求，并记录备案。施工时搅拌机械的垂直度和平面位置均需符合要求。成桩直径和长度不得小于设计值。

②高压旋喷桩。施工过程中，应对喷浆流量、双重管气流压力、提升速度等进行监测，以满足设计要求。过程中注浆位置和垂直度均应符合要求。成桩直径和长度不得小于设计值。

（3）检测

根据《建筑地基处理技术规范》要求，水泥土搅拌桩及旋喷桩复合地基检测主要包括2个部分：

①成桩完整性和均匀性检验。对于水泥土搅拌桩，可在成桩3d后，采用轻型动力触探检验上部桩身均匀性，检验数量为总桩数的1%，且不少于3根。或在成桩7d后，浅部开挖桩头人工检查，检查成桩直径和均匀性，检查数量不少于总桩数的5%。对于旋喷桩，可采用开挖检查、钻孔取芯、标贯、动力触探等方法。其中，检查成桩质量时，检验数量不少于总桩数的2%。综合以上要求，结合工程经验，本工程主要采用了开挖人工检验法对成桩情况进行检测，操作便利性高，同时对成桩破坏少。

②承载力检验。应采用复合地基静载荷试验和单桩荷载试验。在成桩28d后进行。检验数量不少于总桩数的1%。当检验不符合设计要求时，应进行有效补强措施。

结语

根据上海软土分布特点及本地工程经验，对水泥搅拌桩和高压旋喷桩在市政道路路基处理中的应用进行了剖析，为其它工程提供参考。

参考文献

[1] JGJ79-2012，建筑地基处理技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2]工程地质手册（第四版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2014.