公路软土路基水泥搅拌桩质量检测分析

公路软土路基水泥搅拌桩质量检测分析

张勇

山东泰山路桥工程集团有限公司  山东泰安  271000

摘要:近年来随着我国公路行业行驶车辆载荷增大和交通量的快速增长，对路基的承载能力要求越来越高。由于路基修建地层的复杂，天然路基的承载能力往往不能满足设计承载力要求，必须对路基进行加固处理。软土路基由于其天然含水率高，软土路基沉降概率和沉降量受行车荷载作用变形更明显。水泥搅拌桩由于其施工效率高、控制沉降效果好、成桩强度高等特点常被用于软土路基加固。本文对公路软土路基水泥搅拌桩质量检测进行了分析研究。

关键词：公路；软土路基；水泥搅拌桩；质量检测

引言

水泥搅拌桩是软土地基加固中的常见方法，以水泥、石灰等为原材料，按特定的比例掺入后，做充分的搅拌，与现场的软土均匀混合，在此期间发生物理化学反应，联合构成完整的、稳定的地基，有利于公路建设工作的高效开展。水泥搅拌桩技术的适用范围广，渗透系数较小。施工现场的软土在水泥、石灰等固化剂的作用下得到加强，稳定性大幅提升。加固期间的扰动作用较小，周边土体不存在异常状况。施工无明显环境污染问题，振动、噪声得到有效控制。相比地下连续墙等常规方法，效率高且成本低。

1水泥搅拌桩作用原理

在软土路基处理中，最常用的方法是采用复合地基处理技术，即在软粘土中建造具有更大强度的结构，从而改善原有基础的承载力。水泥搅拌桩是在软粘土中建造的一种结构，它的作用是通过深搅拌装置，将混凝土与原来的基础土壤混合，最后形成混凝土结构，这种结构体的强度和完整性都很高，可以有效地提高软土路基的承载力。在软土路基中，水泥搅拌桩的作用有：①在防止地基沉降的同时，将应力集中。与周边土壤比较，水泥搅拌桩具有较高的强度和较大的刚性，在混凝土基础桩上再增设一个混凝土基础搅拌桩体后,其基础承载力也获得了增加。由于受到地面土壤的内部填充张力和与地面外部载荷相互作用的联合作用影响,地基内部受力更加集中,因此也大幅度地降低了对周边地面土壤的基础承载力,最终也降低了地面基础的沉降。②基础垫层作用。在混凝土搅拌机的强力搅拌作用下,水泥块将混凝土和地基土层均匀地融合在一起,并逐渐取代混凝土原有结构的地基垫层,同时也在地基内部建立了一种高强度复合地基,使地基的承载能力大幅度增加。③加筋效果。将混凝土搅拌桩竖立在软土地基,在软泥地基中产生了一个加筋的效果,以增加地基的抗剪刚度,并减少了路基土的水平位移,从而增加了软泥地基的总体稳定性。

2公路软土路基水泥搅拌桩质量检测

某公路全长20.2km，据估算，软基地段超过16km，约占80%。当地由于降雨量较大，土基中含水率较高，地形条件为湖泊滩涂，而在滩涂上修筑公路经常会遇到饱和淤泥质黏土和松散粉细砂层，若处治不当，易引起施工期与运营期的路基纵向开裂、滑移及桥涵接头处的跳车等病害。为确保本项目修筑质量，选取K10+000—K10+500标段作为试验路段，以本文的研究成果为本试验路段铺筑依据，以使整条公路路基沉降量较小，承载力可以满足设计要求。该公路双向四车道，设计时速为60km/h，所修筑公路多为软土路基。

软土具有如下突出特点：（1） 软土为饱和淤泥质黏土和粉细砂，成分、结构复杂，分布不均匀。（2） 地下水位高、水量大、难以疏排。（3） 低填路堤较多，扣除路面结构层0.84cm 后，填高一般在0.5~2m。

本地区多选用换填法、浅换加筋法（格栅、格室）、抛石挤淤法（片石+碾压或强夯）、强夯法（强夯或强夯转换）、水泥搅拌桩（干法、湿法）。由于当地软土层厚度较大，分布广泛，若使用换填法和抛石挤淤法则需运输和购买大量的换填土以及碎石，对于经济要求较高，而强夯法也很难对本工程所在地区软土进行夯实。水泥搅拌桩处理软土地基原理是依靠水泥与软土在水的作用下产生的一系列物理化学反应，从而使软土凝结硬化成一个整体，提高软基的承载能力，可有效地减少地基的沉降以及坡脚侧向位移，水泥搅拌桩承担部分上部荷载，将荷载传递到下卧层，可减小复合地基加固区的超静孔隙水压力，减少复合地基的工后沉降。因此，本文选用水泥搅拌桩法进行软基加固。

软基的承载力主要取决于软基结构内桩体的承载状态，桩体的承载状态受到软基桩体的桩长、布桩结构、桩体材料、桩体夯实深度的约束。不断调整以上软基承载因素的数值并建模计算，最终会得到软基承载力的最大量。公路施工软基承载力分为软基桩体极限承载力和软基桩间土极限承载力，两个软基承载力处于互相约束的状态。

计算软基桩体的极限承载力。公路施工软基桩体承载力的本质是排除桩体内侧的摩擦力，支撑阻力合成的作用力。为了降低软基桩体的极限承载力计算误差，在计算过程中将以上两个介质因素的结果取最小。在分析公路施工软基桩体的极限承载力过程中，桩体的强度压力既为桩体提高了一部分的承载力，又提高了一部分的压力，综合以上软基桩体的受力分量。

计算软基桩间土极限承载力。因为软基桩间土的结构特殊性，施工过程中经常取天然地基的承载力作为桩间土的极限承载力。在软基进行加固过程中，桩间土的极限承载力会出现波动，计算桩间的极限承载力要剔除桩间土之间的作用分力，并且要充分考虑到软基各个桩体之间存在的微膨胀现象。

试验前要对公路施工的软基区域进行预处理操作，简化试验流程。预处理操作主要是对要实施本文设计的公路水泥搅拌桩技术的区域按照1∶1∶5的比例进行刷坡，对应用公路区域的软基进行布桩建模。

建模完成后，按照软件计算的数据对需要施工的公路软基进行加固处理。处理完成后，在此试验路段增加300Pa的压力，模拟公路的运行状态，观察24h后得出试验相关数据，进行试验效果分析。本次试验的结论分别论证对比公路工程施工软基散态固结桩的沉降程度和软基的极限承载力。

具体的公路工程施工水泥搅拌桩技术应用效果分析如下：（1）公路工程施工软基散态固结桩的沉降程度通过水平位移的沉降数值和竖直位移的沉降两方面进行效果体现，其中施加了水泥搅拌桩技术的软基路段区域没有出现水平位移的沉降，软基散态固结桩竖直位移出现了0.23mm的下沉。没有进行水泥搅拌桩技术处理的软基散态固结桩出现了水平位移和竖直位移的沉降，并且沉降程度大于0.23mm。（2）通过专业的公路软基承载力检测工具，得出应用设计的水泥搅拌桩技术的软基路段区域的极限承载力高于没有任何处理的软基路段，并且施加加固技术软件的立桩稳定性高于传统软基结构内的立桩。

结束语

随着我国公路施工方式的不断进步和施工技术的完善，公路施工软基的加固技术不仅要保证公路地基的稳定性和公路工程的质量，还要适应公路施工技术的发展，提高公路施工的效率。本文结合某公路工程水泥搅拌桩检测技术要求，结合搅拌桩检测结果和质量检验要求，形成了完善的搅拌桩检测体系。确保能够满足软土路基水泥搅拌桩的质量检测，对于提高质量控制水平具有较强的现实意义。

参考文献：

[1]王正刚.公路软土路基水泥搅拌桩质量检测分析[J].中阿科技论坛(中英文),2021(05):41-43.

[2]陈乔娜.公路软土路基处理中水泥搅拌桩施工工艺及质量控制[J].建材与装饰,2020(15):234+237.

[3]汪磊.公路软土路基水泥搅拌桩施工工艺及其质量控制[J].绿色科技,2019(12):244-245.

[4]戚佳飞.公路软土路基处理中水泥搅拌桩施工质量控制[J].黑龙江科技信息,2014(05):168.

[5]张凯.高速公路软土路基深层水泥搅拌桩施工与检测[J].隧道建设,2007(02):75-77+98.