复合地基加固软基方案研讨与效果分析

刘前瑞 陈强

摘要：文章以宁波市某滨海大道建设工程为例，介绍了采用复合地基加固软土地基的设计方案，研究了复合地基四种桩体类型（长螺旋钻孔压灌桩、素混凝土桩、预制竹节桩及钉形双向水泥土搅拌桩）的施工流程及质量要求，并分析了不同桩体的优缺点，最终确定采用长螺旋钻孔压灌桩方案。现场实测结果表明：该方案能够满足路基沉降要求。

关键词：复合地基;软基加固;长螺旋钻孔压灌桩;沉降曲线

中图分类号：U416.1 文献标识码：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst.2019. 12. 010

文章编号：1673 - 4874（2019）12 - 0032 - 04

0 引言

近年来，随着国家工程建设稳步推进，地基处理方法也日益成熟，复合地基作为地基处理的一种方式因具有诸多优势而被广泛应用。复合地基种类繁多，大体可分为水平向增强体复合地基（如铺设土工织物、金属材料、竹筋等形成的复合地基）和竖向增强体复合地基（如设置碎石桩[1]、混凝土桩[2]、CFG桩[3]等形成的复合地基），需要根据实际情况合理选择复合地基形式。宁波市某滨海大道的建设，将成为通用机场顺利通航的交通保障，但该工程软土问题严峻，道路建设前需有效地解决。为此，本文针对工程现场条件，提出相应方案，并对方案进行分析研讨，为今后同类工程提供参考。

1 工程概况

宁波市某滨海大道工程位于三门湾新区下洋涂单元内，全长约3.1 km，宽42 m，为该单元首条市政主干路。

滨海大道工程建设前场地现状为围海造堤形成的滩涂地，西侧分布有近期人工堆填的填土及施工临时泥浆池，南侧为滨海大道及新建海堤，北侧为原海堤及力胡线。河道沿岸两侧均为自然人工土坝护坡，现状稳定性较好。道路沿线地势总体较平坦，勘察期间测得地面高程为-0. 57～3.81 m，勘察施工环境条件一般。在勘探深度83. 00 m内，地基上部以滨海相沉积层为主，下部以滨海相和内陆相冲湖积地层为主。地勘报告中的土质情况如表1所示。

由表1可知，1～4层属含水量高、压缩性高、土性强度低的软弱土层，未经地基加固处理，不能直接作为拟建道路天然地基持力层;5～9层属中压缩性、土性强度较高的硬土层，未经地基加固处理，不宜直接作为拟建道路天然地基持力层;第10层属低压缩性岩层，可作为拟建道路天然地基持力层。

2 软土地基设计方案

2.1 设计依据

根据对宁波市其他类似工程软基处理方案及效果的探讨，参考其工程经验，结合本项目地质、气象、水文等自然条件，依据《城市道路工程设计规范》（CJJ37 - 2012） （2016版）、《公路软土地基路堤设计规范》（DB 33/T 904 - 2013）的规定，对本项目软基处理方案进行设计。

2.2 软土处理方案

在考虑软土各项物理力学指标基础上，结合软土分布范围、厚度、路基填土高度、工期及可操作性等因素，采用复合地基加固较为适合，即机动车道及中央分隔带部分采用混凝土桩，其余部分采用水泥土搅拌桩。根据现有条件，道路中部机动车道部分的桩体类型可选性很大，可采用四种方案（见表2）。方案一地基加固如图1所示。

3 桩体施工方案探讨

3.1 长螺旋钻孔压灌桩

长螺旋钻孔压灌桩采用长螺旋钻机钻孔，钻机达到设计深度后，通过空心钻杆往孔内泵压混凝土，在泵压混凝土的同时缓慢提升钻机至地面。长螺旋钻机钻孔时能够把桩周土挤密，密实的桩周土能够与桩和褥垫层共同受力形成强度更高的复合地基，显著提高地基承载力及刚度。

3.1.1 设计指标

（1）桩径为500 rrrn，采用C25水下混凝土;（2）桩顶现浇承台，承台尺寸为140 cmx 140 cmx 30 cm，承台混凝土强度等级为C30;（3）路段桩长为20 m，桩顶5m范围内配筋;（4） -般路段采用3mx3m正方形布桩;（5）复合地基承载力≥120 kPa。

3.1.2 施工流程

对试桩试验结果进行分析后，采取有效措施调整混凝土配比及施工工艺，满足要求后按以下步骤进行大规模施工：施工放线定桩位一制作钢筋笼一长螺旋钻机钻至设计深度一空心钻杆泵压混凝土的同时缓慢提升一起重设备吊装并插入钢筋笼一设备移位至下一桩位重复操作。

3.1.3 质量要求

（1）桩身直径应严格控制，一般不应超过桩长的3‰，且最大≤50 mm; （2）为确保桩体质量，全桩混凝土实际用量不能少于设计用量;（3）混凝土浇筑完成后，严格按照施工前制定的施工规范及设计要求处理桩顶标高和浮浆等情况;（4）必须严格按设计图施工，尺寸、形状都应符合要求。

3.2 素混凝土桩

3.2.1 施工流程

（1）清表30 cm，按桩（帽）顶设计标高整平场地;（2）按设计桩径、桩长、间距进行桩基施工;（3）桩体验收合格后，进行素混凝土桩承台施工;（4）铺设40 cm级配碎石垫层及钢塑土工格栅;（5）按道路路基顶面设计高程回填塘渣。

3.2.2 质量要求

（1）钢塑土工格柵抗拉强度横向应≥80 kN/m，纵向应≥100 kN/m，延伸率应≤3%;（2）路基采用塘渣填筑，其中机动车道路路基塘渣厚度≥80 cm，非机动车道塘渣厚度≥60 cm，人行道塘渣厚度≥40 cm;（3）塘渣中石料强度≥1 5 MPa; （4）填方地段每层填土厚度≤30 cm且表面应保持适当干燥。

3.3 预制竹节桩

3.3.1 设计指标

薄壁竹节桩采用强度等级为C60的混凝土浇筑，桩径为400 mm，壁厚为60 mm。采用环氧树脂加固化剂对桩接头处进行密封处理，确保无钢质部件外露，提高防腐性能，桩长布置同素混凝土桩一致。

3.3.2 施工流程

一般采用锤击法或静压法将预制竹节桩打入指定桩位。本工程可选择采用静压法施工，施工流程如下：清表整平→垫层压实→桩位放样→静压机就位→调整垂直度→静压第→节桩→起吊第二节桩→上节桩插杆对准下节桩螺母孔一检查垂直度一机械连接接桩→重复前面的压桩工艺→检查整桩质量→开挖桩顶土→绑扎钢筋、浇筑混凝土→铺筑碎石垫层、整平压实→报检。

3.3.3 质量要求

开始施工竹节桩前应进行试桩，终压标准应根据设计要求、地质条件及桩身强度综合分析加以确定。对于在相同地质段施工时出现的静压力异常情况（骤降或骤升等），必须立即暂停施工并报告监理等相关人员，针对异常情况产生的原因采取有效处理措施之后才能继续施工。预制竹节桩桩长通常会略长于设计长度，因此在施工结束后会有桩头高出地面，应采取保护措施以防施工机械碰桩而导致桩头破损。在机械挖土施工过程中，为防止铲斗碰桩而导致桩体破坏，应谨慎控制铲斗入土深度。此外场地还应满足竹节桩运输车辆的通行要求，因运输车辆荷载较大，场地可填筑0.5～1.0m的塘渣并压实。

3.4 钉形双向水泥土搅拌桩

钉形双向水泥土搅拌桩是一种新桩型，在施工方法上也与传统搅拌桩不同，近年来，越来越多软土地基处理采用这项新技术。相比于传统搅拌桩，钉形双向水泥土搅拌桩能够更加充分利用复合地基应力传递规律，在克服传统攪拌桩严重缺陷的同时，还保留了其优点。

3.4.1 施工流程

在平整场地后，对桩点进行定位、放线，按图2所示，施工步骤如下：（1）搅拌机就位：搅拌机运送至桩位，垂直对中;（2）喷浆下沉：控制搅拌机向下切土并向孔内喷浆，持续向下切土直到设计深度;（3）施工下部桩体：到达设计深度后改变内、外钻杆的旋转方向，持续向土体内喷水泥浆10 s以上;（4）提升搅拌：停止喷浆并操作搅拌机缓慢提升;（5）伸展叶片：伸展搅拌叶片并改变内、外钻杆的方向;（6）切土下沉：控制搅拌机向下切土并向孔内喷浆，持续向下切土直到设计深度;（7）提升搅拌：停止送浆，改变两组叶片旋转方向，搅拌水泥土并缓慢提升搅拌机至地面;（8）完成单桩施工：关闭搅拌机，往下一个桩点重复操作。

3.4.2 质量要求

（1）起吊机应平整稳固，导向架应垂直于桩位，确保桩垂直度偏差≤1.0%，桩位偏差≤5 cm; （2）施工过程中应对地面以下1～1.5 m范围内的桩体进行二次喷浆搅拌;（3）为保证输浆管内有足够的压力，通常管道长应≤60 m，并经常检查管线，防止出现漏浆或堵塞等情况;（4）为确保桩体质量，全桩混凝土实际用量不能少于设计用量，并且还应控制每米混凝土用量误差≤5%。

4 软基处理方案对比分析

四种方案都有其各自的优点，现有设施和场地都能实现，在此，主要考虑经济性和时间效益。四种方案对比如表3所示。

由表3可知，四种桩体类型都可作为备选方案。其中长螺旋钻孔压灌桩、预制竹节桩与素混凝土桩的布置形式及桩长都基本相同，工程量基本无变化。考虑到项目南侧海堤结构稳定性，预制竹节桩由于实施过程中对土体扰动大，在本项目中不宜使用;素混凝土桩在试桩过程中由于成桩困难，质量无法保证，本次方案中也予以排除;钉形双向水泥土搅拌桩由于成桩工艺、处理深度等因素的影响，需重新调整桩间距，增加桩数量，因而导致工程量增加较多;长螺旋钻孔压灌桩每延米造价稍高，会造成建安费稍高。综合考虑施工条件、施工质量和总体造价等因素，最终选用长螺旋钻孔压灌桩。

5 沉降观测数据分析

考虑到本项目作为区块首条主干路，同时位置特殊，在项目建设时，同步实施了沉降数据监测。见图3。

随机选取其中2组四个点数据，生成如下曲线（见图4）：

通过对实测数据的分析，发现本工程道路工后沉降一般在2～3个月开始趋于稳定，稳定后数值均在14～18 cm以内，满足《公路软土地基路堤设计规范》（DB 33/T 904- 2013）的相关要求。

6 结语

宁波市某滨海大道软土地基特点突出，但工期紧张，且限制因素较多。混凝土桩复合地基成桩质量较好、可控性高且施工工艺较为简单，本项目予以采用。根据现场情况，本文重点介绍了可供比选的四种混凝土桩的施工流程及质量要求，分析了四种方案各自的优缺点，最终综合考虑经济性、时间效益等因素采用长螺旋钻孔压灌桩。到目前为止，通过沉降观测分析，沉降指标满足规范要求，路面结构完整，软基处理效果较好，可在地质情况相似的其他项目中进行推广。

参考文献

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作者简介：刘前瑞（1988-），硕士，工程师，主要从事市政道路设计工作;

陈强（1982-），硕士，高级工程师，主要从事市政桥梁设计工作。