水泥土桩联合土工格栅加固软土地基试验研究

陈艳芝

(湖南省湘西公路桥梁建设有限公司，湖南 吉首 416000)

软土地基因承载力低，含水量高，在荷载作用下压缩变形大，其工程性质很差。在软基上新建构筑物，必须对地基进行加固处理。软基加固［1］应满足两项要求:一是满足承载力要求，在荷载作用下不会发生地基剪切滑移;二是满足变形控制要求，即作为新建构筑物的基础，地基的沉降变形应在建筑物允许设计变形控制范围以内。如在软土地基上建造高速公路，应保证加固地基的工后沉降不超出设计要求(一般要求＜30 cm)。

地基加固处理的方法种类繁多，其中复合地基在工程领域的应用十分广泛［2，3］，根据复合地基桩类型的不同，又细分为若干类型。复合地基通过桩体与土共同承担荷载，显著改善软基承载力，并有效地控制其沉降变形。为进一步改善桩土荷载分担，桩顶结构也有若干类型，如桩帽、桩网、桩筏等。每一类型复合地基因桩体材料的不同或桩顶结构不同［4－8］，都表现出独特的工程性质。

本文依托山区赣定高速公路建设项目，专门针对水泥土桩联合土工格栅复合地基开展研究，首先介绍其施工工艺，然后通过现场测试实验，重点研究其加固效果、作用机理，为这一软基处理技术的推广应用提供参考依据。

1 工程概况

赣定高速是国家重点公路，四车道高速公路标准，设计车速100 km/h，路基宽26 m，起于赣州南康市，终于赣粤交界处定南县塘，全长126.758 km。该项目部分路段途径软土地区，为此，现场设置试验段开展软基加固技术测试实验。现场试验段位于赣定高速公路K118+450～775 段，低山丘陵地貌区，山间谷地软土发育，原为沼泽地，地形向东南方向升高，地面标高253.8～279.9 m。

根据钻探资料，试验段地基土分层情况如下:①冲洪积淤泥及碎石土，厚度3.8～10.5 m;②素填土，主要为施工开挖形成的新近填土，局部为翻晒淤泥质土，层厚0.3～0.5 m;③淤泥质土，灰褐色，层状连续分布于整个路基左侧，层厚3.6～6.9 m。该地基土呈流塑状，软土物理力学性质指标如表1所示，可知属于高压缩性土。

表1 软土物理力学性质

2 水泥土桩联合土工格栅设计与施工

2.1 软基加固设计

水泥土桩联合土工格栅复合地基设计包括桩长、桩径、桩间距、加筋垫层、承载力与沉降计算。

2.1.1 桩长

水泥桩长按地基硬层深度确定。当硬层深度较大时，应按高速公路路基变形允许值确定，即按允许变形控制设计桩长。

2.1.2 桩径

考虑设计要求，根据工程经验选取桩径为350～400 mm。

2.1.3 桩距

桩间距宜取桩径的2～4 倍，初步确定桩间距后应由复合地基面积置换率计算修正。

2.1.4 加筋垫层

加筋垫层可调整路基基底压力分布，充分发挥桩间土承载力，一般设垫层厚度为100～300 mm。土工格栅铺设层数根据设计承载力要求确定。

承载力计算包括单桩承载力、复合地基承载力特征值计算;沉降计算主要根据土工参数估算预期使用荷载作用下产生的工后沉降，具体方法主要采用《公路路基设计规范》《建筑地基基础设计规范》中的经验公式，结合室内试验得到的各项土工参数，估算得到承载力与沉降量。

根据上述设计原则，试验段复合地基设计为:水泥土桩桩长7.0 m，桩径0.35 m，桩间距1.0 m，正四边形布置，桩顶0.5 m 褥垫层，再铺设一层土工格栅，如图1所示。

图1 复合地基示意图

2.2 施工工艺

水泥土桩施工流程如图2所示。

图2 水泥土桩工艺流程

土工格栅施工工艺具体步骤包括:①地面整平，并进行碾压压实;②沿路堤基底表面纵向铺设一层土工格栅，土工格栅端头预留一定长度以便回包，相邻两幅土工格栅搭接15～20 cm，铺设完成后再加铺垫层并进行适当的碾压。

3 现场试验研究

3.1 试验内容

为了解水泥土桩联合土工格栅复合地基加固软基效果，试验采用原位钻探、土工试验、静载荷试验、沉降监测等手段对复合地基进行综合检测。具体试验内容包括:①桩间土检测。通过现场标准贯入试验对比地基处理前后承载力;②单桩检测。包括桩体标准贯入试验与单桩承载力检验;③复合地基沉降变形监测。

3.2 结果分析

3.2.1 桩间土物理力学指标变化

桩间土物理力学性质处理前后对比如图3所示，可知:处理后含水量与孔隙比明显降低，压缩模量增大;但标准贯入次数值变化不明显，说明承载力提高幅度不大，即桩挤密作用不明显。

图3 地基土处理前后指标对比

3.2.2 静载试验结果分析

静载荷试验取s/b=0.01(s 沉降量;b 承压板宽度)，如图4所示，经水泥土桩进行软基处理，复合地基承载力提高效果显著。

图4 静载试验对比

3.2.3 地基沉降变形规律

图5为试验段沉降板沉降曲线。由图可知，加载初期地基土固结快，沉降速率较大，随填土荷载不变，曲线趋于平缓，沉降速率变小，最终沉降收敛。

测试路基侧向位移如图6示，可知路基累积水平位移595 mm，最大值出现在地表位置。水平位移速率3.8 mm/d，满足施工要求。软土地基在荷载作用下出现较大侧向变形，这种变形伴随沉降发生，当沉降变形趋于稳定，侧向位移也逐渐停止发展。

4 结论

本文对水泥土桩联合土工格栅这一地基处理技术在软土地基加固中的应用开展研究，主要得到以下结论:

1)阐明水泥土桩联合土工格栅设计原理与施工工艺，为今后类似工程施工提供参考。

2)开展现场测试试验，试验包括地基土物理力学性质变化情况、复合地基承载力、复合地基沉降变形控制。测试结果分析表明，该复合地基技术有效地加固了软土地基，满足高速公路建设要求。

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［3］郑俊杰，区剑华，袁内镇.多元复合地基的理论与实践［J］.岩土工程学报，2002，24(2):208 －212.

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