深层搅拌桩在市政公路软土路基处理中的应用研究

摘要：深层搅拌桩加固路基具有技术可靠、施工快速、成本低、可操作性强等诸多优点，本人通过对深层搅拌桩的加固机理进行研究并以某环城公路软土路基处理为例，实践表面该处治效果明显，可为今后的类似软基处理工程设计施工提供参考。

关键词：深层搅拌桩；加固机理；软土路基

中图分类号：U213.1 文献标识码：A

1引言

深层搅拌技术是由瑞典人发明，我国于20世纪80年代引进的地基处理方法（分为深层浆灌注搅拌和粉状深层喷射搅拌两种），可大幅度地改变天然软土的性质，提高地基承载力，既可作为复合地基，又可作为承重桩及防渗帷幕。

所谓的深层搅拌技术加固软土地基，就是在钻孔成孔过程中利用水泥、石灰等材料作为固化剂，使用特制的深层搅拌机械将浆液或粉状固化剂喷入软土地基的深层，经搅拌，使原位软土与固化剂均匀混合并发生一系列物理化学反应，硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的复合地基。目前，深层搅拌法不仅用于加固处理路基、路面及浅层加固，而且发展到用水泥（石灰）粉与粉煤灰掺合料，利用深层搅拌机械，制成水泥（石灰）粉煤灰桩对乙级建筑地基进行处理，技术效果明显[1]。

2深层搅拌桩加固机理

深层搅拌是利用机械将浆状或粉状（水泥、石灰）的固化剂等强行喷入拟处理的软土中并就地将软土和固化剂强制拌和，利用固化剂强吸水性及吸水后膨胀、放热等特点，与软土发生离子置换及凝固物化反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙、含水铁铝酸钙等化合物，这些化合物中的钙离子再与土中的Na+、K+、Ca2+离子等矿物成分发生交换反应，使土颗粒集合胶结成较大团粒，进而改善桩间土的物理力学性能，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土，形成由桩和周围被改良的土体共同组成的复合地基，从而达到淤泥土等软土地基的加固处理目的。深层搅拌桩复合地基由桩、桩间土及褥垫层构成。

深层搅拌桩是水泥或石灰等固化剂与地基土原地进行搅拌混合所形成的一种桩体，其自身性质（刚度、抗压强度和抗侧作用等）介于刚性桩（硅灌注桩、挖孔桩、预制桩、钢管桩等）与柔性桩（碎石桩、砂桩、灰土桩等）之间。

其桩体的抗压强度与土质、含水量、固化料掺入比、土料混合均匀程度和龄期有直接关系。深层搅拌桩对软土的加固物化作用可以归纳为[2]：

（1）膨胀挤密作用

使用专门的机械将水泥或生石灰粉等固化剂高压喷入及搅拌到桩体后，利用水泥或生石灰粉的强吸水及膨胀性的特点，对桩体及桩间土产生挤压作用，使软土强烈失水而得到改善，大幅度地改善软土的性质，提高地基承载力。

（2）脱水固结作用

水泥或生石灰等主固化剂强行掺入土体后，固化剂本身的特性决定了它们必然要与土体发生物理化学反应，大量地吸收周围的水分，同时膨胀并释放大量的热量，又提高了桩体及桩间土的温度，促使土体的脱水作用，含水量明显降低，土体被挤密，由于深层搅拌桩是按一定的网度系统进行布设和施工，使一定面积内的软土性能改变而构成具有一定承载力的复合地基。

（3）胶结凝固作用

掺入桩体中的水泥或生石灰粉吸水后发生膨胀，生成的Ca(OH)：中有一部分与土中的低反应，使桩体及桩间土硬结。另一部分生成硅酸钙的水化物，水化物反过来对土颗粒产生胶结作用，增大了土的体积，改变了土的结构，增加了土的强度，进而提高了地基的承载力。

3工程实例

3.1工程概况

某城区改建工程为一条环城公路，长19.38km。其中，K508+690~K508+800处，原地面上部为人工填土，厚0~2.0m，其下为粉煤灰层，厚8.2~11.5m，地下水位埋深大于10m。为满足路基承载力要求，需对路基进行处理，其面积达2886m2。

设计桩径为0.5m，间距1m，正方形布置；桩长以现场穿透粉煤灰层10~30cm为准；浆液配制采用42.5级普通硅酸盐水泥，每米桩长水泥用量不小于65kg，水灰比为0.6~1；搅拌桩施工前进行室内配方和现场试验，以检验设计配比和确定以后施工的各项参数和实际成桩效果；经水泥搅拌桩处理后，单桩承载力应大于1.3kN，桩身28天强度不小于2.5MPa。

3.2施工工艺

（1）工艺流程

场地平整-测量放线-定桩位-桩位复核-桩机就位-配制水泥浆-喷浆钻进-桩底喷浆搅拌提升-复搅复喷4米-移机到下一根就位。

（2）施工要求

1）测定桩位及地面标高：工程位于曲线路段上,桩间距小，现场用白粉放位，位置准确。根据轴线位置，对一条基一次性测定布置桩位，反复校对检查。

2）钻机就位：就位要平稳，立轴、转盘与孔位对正，钻架上垂吊线锤调整、监测机台水平，使钻杆保持垂直，其倾斜度不大于1.5%，桩位与设计位置误差不大于50mm。

3）停浆面的确定；参照设计标高，在机架上用油漆作明显、准确的深度标识。如现场桩长与设计不符，以现场穿透粉煤灰层10~30cm为定，桩顶高出设计标高0.5m，误差小于100mm。

4）制浆：根据室内配方和现场搅拌桩试验结果，按每米有效桩长消耗70kg水泥，一次性配制一根桩用的水泥浆。鉴于场地粉煤灰层含水量较低，水灰比调整为0.8:1。配制好的水泥浆液超过2小时未使用的应废弃。

5）钻进喷浆：起动泥浆泵，确保管道畅通。钻头喷出浆液时预搅下沉，至孔底标高后，喷浆搅拌至孔口，重复搅拌下沉，然后复喷4米。

6）制桩：钻进速度不宜过快，应确保原位粉煤灰搅拌疏松透气。注浆管分段提升的搭接长度不大于100mm，高压设备及线路系统规格符合要求，防止风、水管堵塞，密封良好，成桩速率要均匀。

3.3质量检测

为了确保工程质量，水泥搅拌桩施工满足龄期要求后，采取如下检验方法检测桩体的质量。

（1）钻芯取样

本工程采取对于28天龄期进行桩体钻芯取样来检测桩体的强度，抽样频率为5%。芯样的抗压强度达到90天龄期的75%（1.9×75% =1.43 Mpa）为合格，抽芯取样的抗压试验全部合格。

（2）低应变动态质量检测

为检测桩身质量的完整性，采用低应变动态法，该法是根据弹性波理论，将桩身视为一维弹性杆件体，当在桩顶施加一激励信号F（t）时其激发的弹性波将沿桩身（纵向）向下传播；由于桩端和持力层之间存在一明显的波阻抗界面，弹性波传播至桩底将产生反射，并被布置与桩顶的拾振器接受。若搅拌桩桩体均匀、完整、规则，则只存在桩底一个波阻抗界面，这样反映在时间域波形上的能量集中，波形圆滑，桩底反射时间（t）清晰；反之，若桩身质量存在缺限，弹性反射波在时间域波形上则是多个波组叠加的复合波形。

该工程共测试桩2800根，桩长在1212 m~1310 m之间。其中完好桩共2 510根，占抽测总桩数的90%。

（3）复合地基静荷载试验

依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)，采用“堆载法”，测定复合地基的轴向承载力。即采用平行放置的横梁（钢梁）作为堆载平台，平台由试验基坑周围的土层支撑，平台上堆放的配重块（钢锭）通过平台下的主梁一测力传感器一千斤顶一压板，把垂直荷载用力施加到压板面积之上。

试验采用JCQ-503型静力载荷测试仪，配以700 kN液压千斤顶,由DYB-1A电动高压油泵供油，压力测量采用GYL-2A-2KN测力传感器，沉降观测采用中国航空精密机械研究所生产的电子数显位移传感器（量程50 mm，分辨率0101 mm）。压板面积110×110 m2。以上设备调试安装完毕即可进行桩基静荷载的自动测试、自动测读、判稳、自动补载、自动记忆、自动输出打印等等。

根据现场测试和试验的结果，依据《规范》复合地基承载力基本值的确定原则，及现场工程地质条件，取s/b=010093所对应的荷载，其承载力基本值为300 Kpa，满足设计路基承载力（280 Kpa）要求。

4结语

深层搅拌桩是一种快速、经济、有效的软土地基处理方法。本文从深层搅拌桩作用机理进行研究，在某环城公路软基用深层搅拌中进行处治，取得了良好的效果。环城公路通车多年的实践表明：深层搅拌桩加固处理的路基沉降量小，路面未出现异常沉陷和开裂，未发生过桥头跳车现象。

参考文献：

[1]王晓谋,袁怀宇.高等级公路软土地基路堤设计与施工技术[M].北京:人民交通出版社, 2001.

[2]刘玉卓.公路工程软基处理[M].北京:人民集体出版社, 2002.