水泥搅拌桩地基处理试验分析

水泥搅拌桩地基处理试验分析

摘 要:水泥搅拌桩复合地基是高速公路软基处理中常用的一种地基处理方法,它具有工期短、工后沉降小等优点,本文以阳江到云浮高速公路阳江至阳春段第a2合同段1号试验典型断面为例，对水泥搅拌桩处理桥头路基的效果进行了分析。 关键词:高速公路；水泥搅拌桩；地基处理

随着我国高速公路建设的迅猛发展,水泥搅拌桩处理软基的方法将具有更加广阔的应用前景。文中通过阳江到云浮高速公路阳江至阳春段第a2合同段1号试验典型断面,对水泥搅拌桩处理桥头路基效果进行分析,以引起设计人员在中薄层桥头路基或箱通涵路基中较多的优先采用水泥搅拌桩。1号试验典型断面为桥头路基,软土厚度为9.2 m,路基填高为4.92 m, 搅拌桩处理深度为13m。 1 。试验断面概况 1. 1 土的物理力学性质

1号试验断面是本线路搅拌桩处理的软土厚度最厚的桥头地段。在2.80m厚的硬壳层下面,淤泥质粘土的厚度达到了9.2m。1号试验断面地层按照其物理力学性质从上到下依次分为九层: ①亚粘土,厚度为2.80m； ②淤泥质粘土,厚度为9.20m； ③亚粘土,厚度为2.40m； ④亚粘土,厚度为6.50m； ⑤亚粘土,厚度为6.00m；

⑥亚粘土,厚度为3.70m； ⑦亚粘土,厚度为9.40m； ⑧亚粘土,厚度为1.90m； ⑨亚粘土,厚度为3.10m。

其中第②层的淤泥质粘土是软弱层,其具体的物理力学性质:天然含水量为31.2% ,天然湿密度为1.79g/m3,孔隙比为1.24%,饱和度为99%,土粒比重为2.74,液限为39.5%,塑限为22.5%,压缩系数为0.83mp-1a,压缩模量为2.53mpa,固结快剪c=19kpa,φ= 10.f,快剪c= 11.33kpa,φ=2.23°

1.2 路基横断面设计及观测仪器布置

路堤设计填高4.92 m,路基顶面宽28m,边坡坡度1:1.5。水泥搅拌桩处理深度13m,采用梅花形布置,间距1.3m,土工格栅宽34m。本线水泥搅拌桩施工,水泥用量为45kg/m；材料采用425号普通硅酸盐水泥,设计直径为50cm,要求28d无侧限抗压强度的平均值大于0. 6mpa, 最低值不小于0.2mpa, 90d无侧限抗压强度的平均值大于0.9mpa。根据室内试验资料,水泥土试块28d无侧向抗压强度的范围为0.31mpa～3.27mpa,平均值为1.2mpa。1号断面埋设的土工观测仪器,有4块沉降板( b1,b2,b3,b4),4个边桩,5个钢弦式孔隙水压力测试计, 6个深层沉降磁环以及2根测斜管。深层沉降磁环从原地面算起每隔3m埋设一个。 2．沉降分析 2. 1 最终沉降分析

复合地基的沉降取决于加固区沉降量和下卧层沉降量的和,加固区沉降量(s1)采用复合模量法计算:

其中, oi为第i层平均附加应力；hi为第i层土层厚度；eci为第i层复合压缩模量, eci = mep+(1-m)es,其中,ep为桩体压缩模量；es为桩间土压缩模量；m为置换率。

下卧层沉降量(s2)采用应力扩散法后利用分层总和法计算如下:

采用上述方法计算的1号断面的路中总沉降量为320mm,根据实测资料的预压阶段资料用双曲线法推算的路中最终沉降量分别为350mm,沉降修正系数ms=1. 09。实测值较理论值大,是由于理论值没有考虑地基土的侧向变形。 2. 2 差异沉降分析

如图2所示为1号断面的沉降盆图,可以看出:当填土高度小于1.5 m时,路堤的横向差异沉降很小,填高1.5m时横向差异沉降率ii- 3只有0.14%,说明亚粘土硬壳层及土工格栅的力学作用明显；地基土的塑性变形阶段为横向差异沉降的主要产生阶段,至底基层施工前ii- 3为0. 58%。总体来说,本断面的差异沉降比较小,至2001年7月13日,差异沉降总量约为15cm,而同样地质条件的塑排板处理断面的差异沉降总量达到了80cm。可见水泥搅拌桩将上部的荷载向地基深处传递,改变了路基下的应力分布,能有效地减小地基的差异沉降。

2. 3 分层沉降分析

1号断面的分层沉降过程如图3所示。可以看出:随着深度的增加,沉降出现有规律的递减。根据地质情况,基本可以分为上下两层,都呈线性变化。第二个磁环可以作为分层点。在填土初期,上层斜率比下层的斜率大一些,说明上层沉降比下层更大,此时荷载主要由硬壳层承担,硬壳层也处于弹性状态。随着荷载的增大,上下层的斜率基本相等,此时硬壳层已经进入塑性变形阶段。荷载进一步加大,在第二个磁环和第三个磁环之间,线型出现了弯曲,并出现了一个拐点。此拐点位于地表硬壳层与软土层的分界面上。出现弯曲,可能是由于软土层上部的侧向变形增大造成的。

截至2002年9月17日,第一个磁环测得的压缩量为380mm,而下卧层的压缩量为180mm,可见加固区桩间土的压缩量为200mm。此时,断面表面附加应力约为110kn,桩体的压缩量为10 mm,为桩间土变形的1/20。由沉降板的p+t+s曲线分析可知,在加固区的上部,搅拌桩与桩间土的变形是协调的,那么搅拌桩的下部变形肯定是不协调的。可能是桩体发生了相对下卧层的刺入变形,也可能是因为桩体的下部质量较差,变形较大。 3．稳定性分析

加载部分没有呈现出塑排板处理断面加载曲线的阶梯形。2000年12月15日～2001年1月12日这一个月是最主要的加载阶段,填筑高度增加了2.23 m,荷载由38.18kpa 增加到了82. 09kpa,平

均加载速率达到了1.57kpa/d。在这么高的加载速率下,路基没有出现失稳现象。由此可见,采用水泥搅拌桩处理软土路基桥头路段可以增强路基的强度,提高稳定性,加快路基填筑速度,缩短工期。 4．孔隙水压力分析

随着荷载的增加、停歇,孔隙水压力很有规律的变化。深度越浅的地方,孔压随荷载的变化越灵敏,并且随深度的增加,出现滞后效应。在填土过程中,各测头孔压峰值的到达时间是随深度的增加而延迟的,最大相差一个月,这说明上部荷载对地基土孔压的影响需要一个时间过程。搅拌桩处理断面孔压的消散比较慢。根据实测资料,1号断面至2002年10月通车前的固结度为65%,至2005年1月,固结度也只有85%。主要原因有两个(1)搅拌桩分担了大部分的荷载,是作用在土体上的应力不是很大,因此孔压的增量不如塑排板处理断面的明显；(2)搅拌桩处理断面没有好的排水管道,使得孔压消散缓慢,土体固结缓慢。 5．结束语

通过试验断面的观测结果,可以得1号断面施工期沉降量为260mm,只占相同地质条件塑排板处理断面的一半不到,说明水泥搅拌桩有效地减小了软土路基桥头路段的总沉降。水泥搅拌桩有效地减小了差异沉降,如果再配合土工格栅,能起到更好的效果。搅拌桩处理路段, 抗剪切变形能力强,稳定性好,减少了施工中加载的间歇时间,可以很好地提前工期。因此在中薄层桥头路基或箱通涵路基中,应较多的优先采用水泥搅拌桩。

参考文献：

[1] 侯常欣, 陈泽楚.水泥搅拌桩加固处理软弱地基[j].建筑技术开发,2001,07

[2]李相龙.中山220kv浪网变电站软土地基处理实例[j].广东土木与建筑,2004,06

注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。