实际工程中遇见的软土路基以及处理方法

一、工程概述

申嘉湖高速公路第8标段，位于浙江嘉兴乌镇境内，总长9.3km，横穿四镇六个行政村，沿线90%以上的路段位于水田中间，多为软基。水位一般埋深大于2m，谷地及阶地地下水丰富，以孔隙水为主，埋深1-4m，主要补给来源为大气降水。软土路段一般地质分层(由上而下)为:

（1）第四系全新统粘性土地层。颜色多为黄褐色、灰褐色、灰黑色、青灰色，局部见淤泥质土，一般软塑至流塑状，厚度一般不超过5m。容许承载力为70-90kPa。

（2）第四系中更新统地层。以亚薪土为主，颜色多为棕红色、棕褐色、灰绿色，粘粒含量高，局部夹私土，软塑至硬塑状，上部多具膨胀性，局部为弱膨胀土或中膨胀土。容许承载力为90-130kPa。

（3）侏罗系地层。其主要岩性为砂砾岩、泥质砂岩、砂质泥岩等。容许承载力为140-170kPa。

二、 成桩试验和室内配方试验

2.1 成桩试验

加固土桩施工前必须进行成桩试验，并且应达到下列要求，并取得以下技术参数:

（1）满足设计喷人量的各种技术参数，如钻进速度、提升速度、搅拌速度、喷气(喷浆)压力、单位时间喷人量等。

（2）确定搅拌的均匀性。

（3）掌握下钻和提升的阻力情况，选择合理的技术措施。

（4）根据地层、地质情况确定复搅复喷范围。

（5）成桩工艺性试验的桩数不少于5根。

2.2 室内配方试验

实际施工使用的固化剂和外掺剂，必须通过室内试验的检验，符合设计要求后才能使用。

2.2.1 试验方法

（1）试验目的：了解加固水泥的品种、掺人量、水灰比、最佳外掺剂对水泥强度的影响，求得龄期与强度的关系，为施工工艺提供可靠的参数。

（2）试验设备：可利用现有土工试验仪器及砂浆混凝土试验仪器，按照土工或者砂浆混凝土的试验规程进行试验。

（3）土样制备：土类应当是工程现场所要加固的土，一般分为3种:①风干土样:将现场采取的土样进行风干、碾碎，通过2-5mm筛子的粉状土料;②烘干土样:将现场采取的土样进行烘干、碾碎，通过2-5mm筛子的粉状土料;③原状土样:将现场采取的天然土粒即用厚聚氯乙烯塑料袋封装，基本保持天然含水量。

（4）固化剂

①水泥品种：

可采用不同品种、不同强度等级的水泥，水泥出厂期不应超过3个月，并且在试验前重新测定其强度等级。

② 水泥掺入比：

符合设计要求，但不得低于50k留m(其掺人比宜在15%-20%)。

（5）外掺剂。为改善水泥土的性能和提高强度，可采用木质素碳酸钙、石膏、三乙醇胺、氯化钠、氯化钙和硫酸钠等外加剂。

（6）试件的制作和养护。根据配比分别称量土、水泥、外加剂和水。将粉状土料和水泥放在搅拌器内拌和均匀，然后将水用喷水设备均匀喷洒在水泥土上进行拌和，直至均匀。在选定的试模(70.7mm x70.7mmx70.7mm )内装入一半试样，放在振动台上震动1min后，装人其余的试样再震动1min，最后将试件刮平，盖上塑料布防止水分蒸发过快。试样 成 型 后，根据水泥土强度决定拆膜时间，一般为1-2d。拆模后的试件装人塑料袋封闭后置入水中进行标准养护。

2.2.2 试验结果整理和分析

包括水泥土的物理性质(含水量、密度、渗透系数);水泥土的力学性质(无侧限杭压强度及其影响因素、水泥掺人比对强度的影响、龄期对强度的影响，水泥强度等级对强度的影响、土样含水量对强度的影响，土样中有机质含量对强度的影响、养护方法对强度的影响)。

2.3 粉喷桩施工要点

2.3.1 施工机械

(1) 钻机:钻机应当采用PH-5或PH-5A型或者性能类似的钻机，基钻进深度不得小于18m，且有电子计量装置。其正转速度应当在27.6~202r/min之间，反转速度在10.36-76r/min之间，下钻速度在0.136-1.0m/min之间，提升速度在0.642-4.7m/min之间。钻进进尺有深度显示计显示，便于操作控制。同进钻机必须要求动力大，扭矩大，适合大直径钻头成桩，具有正向钻进、反向提升的功能，并且提升力大并能实现匀速提升。搅拌钻头应当保证反向旋转提升时，对柱中土体有压密作用。钻头直径与设计粉喷桩径相适应，应为50cm。

(2)喷粉系统:喷粉系统应当是电子计量、数码显示，机械无级调控，可以自由调节喷粉量，以保证粉喷桩的质量。

(3)空气压缩机:它是粉体喷出的风源。空气压缩机根据工程地质条件和加固深度选型，一般压力不需要很高，风量度也不宜太大，空气压力一般在0.2~0.6Mpa。

(4)水泥罐容量不得小于250kg。

(5)发电机功率不小于120kw。

2.3.2 施工要点

(1) 严格控制喷灰高程和停灰高程，记录员随时记录喷气压力，钻进速度、提升速度、搅拌速度、单位时间喷人量和累计喷人量等技术数据，不得中断喷粉或者喷粉量不足，如有，应当整桩复打，复打重叠孔长应大于lm，喷灰量不得小于设计用量。注意灰罐的储灰量不得小于一根桩的灰用量，当储灰量不足时，不得对下一根桩开钻施工。

(2) 关于粉喷桩的桩长，根据有关施工实践，粉喷桩的实际长度应当以下两个方面进行控制:一是根据施工图文件中勘察孔所勘探的深度;二是根据粉喷钻机在钻进时电流的变化情况确定。

(3)复搅长度:试验和实践表明，复搅桩体水泥土的无侧向抗压强度比未复搅桩体水泥土的无侧向抗压强度大2-3倍，而且通过提高增加面积置换率这一途径也有一定的限度(一般控制在20%，即桩距lm)，所以只有通过提高单桩承载力这一途径来提高地基的承载力。因此，虽说规范规定复搅长度是桩上部的1/3并且不小于3m，但复搅的长度必须是从桩底到桩顶的整个长度，即进行二次搅拌。

(4)输灰管道长度:粉体喷射机到主钻机之间是由橡胶管连接的，其内径是50m ，水泥粉被高压空气从粉体发射机吹送到钻机钻头出口处喷射，但是，钻头喷射口要有一定的压力才能保证把粉体射人孔中，此压力大小和钻头喷射口所在地层深度有关。经计算得知，当输灰管长度为60 m时，输送系统总压力损失d=0.5MPa，因此，管道长度为60m时，管道压力随着钻头喷射口的深浅变化幅度在0.2-0.4MPa。所以应当根据粉体喷射机最大压力的大小选择合适的输灰管道长度，并不得超过60 m，同时注意输灰管道应当摆放顺直，避免“拧麻花”，影响粉体的射出。

(5)地基土的含水量对粉喷桩的质量影响:粉喷桩质量的优劣主要反映在强度指标上，它不但和粉体掺入量的大小有关，而且和施工工艺、地基土的性质尤其是地基土的含水量有关。按规范规定，当地基土的含水量小于30%或者大于70%时不宜采用粉喷桩处理，所以应当严格控制加固土的含水量。

三、 现场质量检测

3.1 仪器设备

(1)汽车钻机配以标准贯人设备、泥浆砂、岩芯管及钻头、封样材料等。

(2)水准尺、钢卷尺。

(3) 现场记录本、芯样标签。

3.2 现场检测要求

(1) 检测孔位布置在搅拌桩桩身直径的1/4处，要求用岩芯管全桩长连续取芯，胶结段保证取芯率>70%。

(2) 桩身检测以取芯结合标准贯人试验为主。原则上沿桩体深度方向每1- 5m采取代表性原状芯样一个，可根据桩身实际情况有所调整。当不能采取原状芯样时，可采取标准贯人试验，当桩身上部5m之内任一连续30cm的标准贯人试验击数小于27击时(14d采用20击，14d和28d之间采用内插，大于28 d采用27击)，可现场断此桩不合格，此桩检测即可结束。

3.3 标准贯入试验

标准贯人试验时，先将整个杆件系统连同静置于钻杆顶端的锤击系统一起下到孔底。标贯试验分两段进行。

(1) 预打阶段:根据试桩处桩身的实际情况，先将贯人器打入土中100-150mm，如锤击已达到50击，贯人度未达100(150)mm，记录实际贯人度。

(2)试验阶段:将贯人器再人土300mm ，记录每打人100mm的锤击数，累计打人300mm 的锤击数即为标准贯入击数。当累计击数已达50击，而贯人度未达到300mm ，应终止试验，记录实际贯人度S及累计锤击数N。提出贯人器，取贯人器的土样进行鉴别，描述记录。

3.4 芯样描述

3.4.1现场技术人员要通过钻进过程和标准贯人试验判断并描述桩体土特征及桩体连续性，并判断桩长;观察并描述芯样及标贯器中水泥土搅拌及喷灰(浆)的均匀程度、成桩状态;芯样编号、标贯试验记录和对桩身的描述记录，描述内容包括4个方面。①土样性质:生了(弱或未胶结)水泥生了胶结水泥土;②颜色:灰生了灰黑它少黄灰色叼黄色等;③状态:流塑/软塑/可塑/硬塑/坚硬;④搅拌及喷灰(浆)均匀性;⑤其它。

3.4.2静载荷试验

(1)测试位置和数量

应根据施工现场具体情况确定，当涵洞或通道等结构物处开挖深度超过lm时，宜在台背10m范围内进行。根据选定的位置(段落)，每个位置(段落)测3点，然后取平均值，测试采用单桩复合地基的形式。

(2)加荷形式及方法

本试验采用慢速维持荷载法进行，根据场地条件，拟采用钢梁上配置重物的形式(堆重法)提供试验所需反力，通过油压千斤顶分级施加荷载。

(3) 加载量的确定和荷载的分级

依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)的有关规定，试验加荷可分为8-12个等级，总加荷量不应少于设计要求值的2倍。每施 加 一 级荷载，在加载前后应积压测读承压板沉降一次，以后每隔半小时测读一次，当lh内沉降增量小于0.lmln 时即可施加下一级荷载。

(4) 试验终止条件：

①沉降急剧增大，土被挤出或压板周围出现明显的裂缝;

②累计沉降量已大于压板宽度或直径的6%;

③当达不到极限荷载，面总加荷量己为设计值的2倍以上。

四、结论

通过粉喷桩处理，在原软土地基中形成强度较大的柱体，同时也使桩周围的土体性质得到改善，桩体与桩间土体形成复合地基共同承担外荷载，因此，经粉喷桩处理的地基承载力大大提高，沉降量大大减少，由于桩体作用，地基抗剪强度增强，提高了地基的稳定性，路基填土可以不受填筑速度的限制，大大加快施工进度。且可在较短时间内完成，施工后一般沉降很少。粉喷 桩 处 理软基属隐蔽工程，常昼夜施工，因其造价高，对工程质量影响大，应进行严格的质量控制。桩长、喷粉量又勃口固效果影响最大。因此应有技术人员，监理工程师全过程旁站，逐桩监督，逐桩签字，杜绝偷工减料，确保工程质量。在质 量 检 验方法上，由于粉喷桩承受垂直荷载，要求全桩桩身连续均匀，不容许存在低于设计强度的桩段，各桩段强度不同，且由最弱桩段决定桩实际承载力，因此，应进行全桩检测，从实践看，采用以上方法较能准确、全面地检验成桩质量，且速度快。从检测提供的数据看，虽然喷粉量相同，但由于各层土质、含水量不一样，强度便有差别。一般淤泥质土，水泥搅拌易均匀，强度增加明显，效果好;而勃土层勃性大，形成软弱段，同一根桩，各桩段中强度不一，由强度最低的桩段决定。所以，应尽量在一定的水泥喷人量下缩小各桩段的强度差别。实际操作可按设计提供的各层土质、含水量区别对待:对含水量大的桩段应增加喷粉量，可通过减慢喷粉时的提升速度来控制，含水量小含砂量大的桩段应快提升少喷粉，对勃土层要反复多搅拌，使其喷粉搅拌均匀。这样，可有效缩小强度差，提高桩身整体承载力，减少浪费。