我國(guó)幅員遼闊，地質(zhì)情況復(fù)雜多變，其中軟土在我國(guó)分布十分廣泛，在長(zhǎng)江、珠江三角洲等濱海和湖沼地帶尤為普遍。軟土地基由于其低抗剪強(qiáng)度、高壓縮性和弱透水性，工程力學(xué)性能很差，直接影響結(jié)構(gòu)工程的穩(wěn)定性和耐久性。為保證高速公路的安全和正常使用，必須要對(duì)高速公路通過(guò)地段的軟土進(jìn)行加固處理，使其滿足工程的要求。工程實(shí)踐證明，對(duì)于深厚軟黏土地基或粘性較大的軟土地基的加固處理以深層攪拌法居多。

　　深層攪拌法處理深度一般要超過(guò)5m，一些資料顯示最大加固深度可達(dá)60m，一般不超過(guò)15m~18m.深層攪拌法采用的固化劑一般分水泥類(lèi)、石灰類(lèi)、瀝青類(lèi)和化學(xué)材料類(lèi)。目前最常用的固化劑就是水泥類(lèi)固化劑，其次是石灰類(lèi)固化劑。用水泥類(lèi)固化劑的攪拌樁又分為“濕法”和“干法”兩種工藝，水泥深層攪拌樁就是典型的“濕法”。本文介紹的某高速公路中，橋坡段及涵洞或通道結(jié)構(gòu)物處為防止結(jié)構(gòu)物開(kāi)裂、位移、基樁受剪破壞及控制工后沉降，采用水泥攪拌樁處理方案。

　　1、水泥深層攪拌樁加固地基的基本原理

　　本工法屬于膠結(jié)法類(lèi)。通過(guò)攪拌機(jī)械將膠結(jié)材料（水泥）與地基的軟土攪拌成樁柱體。由水泥攪拌樁柱體與四周軟土組成復(fù)合地基，提高地基的承載力，減少地基沉降。此外，還能阻止地下水的滲透。水泥黏土固化過(guò)程中的物理化學(xué)機(jī)理與混凝土的硬化機(jī)理有所不同。水泥黏土在固化過(guò)程中由于水泥摻入量很少，它是由黏土包圍水泥，與混凝土不同，水泥黏土的固化速度慢，強(qiáng)度也低，并隨含水量的變化而改變。

　　1.1水泥的水介和水化化學(xué)反應(yīng)

　　普通硅酸鹽水泥由氧化鈣、二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵及三氧化硫等組成，由這些不同的氧化物可以分別組成不同的水泥礦物，它們是硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣及硫酸鈣等。當(dāng)黏土與水泥相接觸時(shí)，水泥顆粒與黏土中的水發(fā)生水介和水化反應(yīng)，生成氫氧化鈣、含水硅酸鈣、含水鋁酸鈣及含水鐵酸鈣等鈣化物。這些鈣化物是堅(jiān)硬的固體，是促進(jìn)水泥黏土具有一定強(qiáng)度而達(dá)到加固目的的核心物質(zhì)。

　　1.2水泥水化物與黏土顆粒的化學(xué)作用

　　當(dāng)水泥的各種水化物生成后，有的自身繼續(xù)硬化，形成水泥骨架；有的則與其周?chē)�的黏土顆粒發(fā)生一系列的反應(yīng)，這些反應(yīng)如下：1）離子交換和團(tuán)粒化作用。2）硬化反應(yīng)。3）碳酸化作用。

　　2、水泥深層攪拌樁在高速公路軟土地基加固中的作用

　　2.1工程概況

　　我單位2002年~2005年在安徽滁州市承建的蚌寧高速公路來(lái)安曹莊—明光段二標(biāo)K6+920~K8+280范圍內(nèi)橋坡段和小型構(gòu)筑物地基處理就采用了水泥深層攪拌樁，總樁長(zhǎng)為121 606延米。

　　2.2軟土地基加固設(shè)計(jì)

　　1）橋坡段處理方案。針對(duì)軟土地基上橋臺(tái)可能發(fā)生諸如橋臺(tái)開(kāi)裂、位移、基樁受剪破壞等情況，為保證橋臺(tái)與路堤相鄰處差異和工后沉降不大于0.1 m，橋坡段采用水泥攪拌樁預(yù)壓處理方案，濕法施工，成樁直徑50 cm，在樁頂做30 cm厚碎石墊層，布樁形式采用正三角形，按平行于橋臺(tái)走向布設(shè)，樁長(zhǎng)8 m~10 m，橋坡段按2倍左右的臺(tái)背高度等分A，B，C三段加固處理區(qū)，樁間距分別為1.1 m，1.2 m，1.3 m，另外在臺(tái)前1.5倍~2倍左右的臺(tái)后填土高度及錐坡范圍內(nèi)的D區(qū)也要處理，樁間距1.3 m.

　　2）小型構(gòu)筑物地基的處理方案。為滿足涵洞或通道結(jié)構(gòu)物對(duì)地基承載力的要求和保證工后沉降不大于0.2 m，對(duì)軟土地基采用水泥深層攪拌樁預(yù)壓處理方案，濕法施工，成樁直徑50 cm，在樁頂做30 cm厚碎石墊層，布樁形式采用正三角形，按平行涵洞的中軸線對(duì)稱布樁，樁長(zhǎng)8 m~14 m，涵洞附近劃分B，A，B三段加固處理區(qū)，中間加密區(qū)A斷樁間距為1.1 m，兩端過(guò)渡區(qū)B段為1.3 m.A區(qū)采用20 m高土工格室裝碎石回填密實(shí)。

　　2.3水泥深層攪拌樁施工工藝

　　1）成樁試驗(yàn)。在攪拌樁施工前為確認(rèn)施工工藝，水泥漿配合比及外加劑的加入情況對(duì)攪拌樁強(qiáng)度的影響，確定場(chǎng)地相對(duì)較好的K8+180圓管涵明光側(cè)B區(qū)做試驗(yàn)樁位置，利用工程樁，做8種配合比及不同攪拌情況下的成樁試驗(yàn)，每種做2根，共計(jì)16根，分別進(jìn)行編號(hào)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定最佳施工工藝。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，最后確定選用二噴二攪成樁，水泥摻入量15%，減水劑為水泥用量的1.5%.

　　2）施工機(jī)械。采用SJB-1型深層水泥攪拌機(jī)。該機(jī)為自動(dòng)卷?yè)P(yáng)走管式，自重13 t，底盤(pán)為4.0 m×8.0 m，主機(jī)轉(zhuǎn)速為60 r/min，功率37 kW，最大深度22.0 m，塔高22.0 m，提升速度一擋29 r/min，二擋53 r/min，三擋82 r/min.

　　3）施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)予平整并壓實(shí)，不得回填雜填土。

　　4）攪拌樁施工前應(yīng)對(duì)攪拌機(jī)械的灰漿泵輸漿量、灰漿經(jīng)輸漿管到達(dá)攪拌機(jī)輸漿口的時(shí)間和起吊設(shè)備提升速度等施工參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。水泥漿液的配制要嚴(yán)格控制水灰比，一般為0.45~0.5.

　　5）水泥攪拌樁主要按下列步驟進(jìn)行：攪拌機(jī)械就位、調(diào)平；預(yù)攪下沉，下沉?xí)r采用噴漿工藝；噴漿攪拌提升至設(shè)計(jì)停漿標(biāo)高；重復(fù)攪拌下沉；重復(fù)噴漿、攪拌至設(shè)計(jì)停漿標(biāo)高后，再提升到孔口；測(cè)量料罐剩余量，對(duì)不滿足設(shè)計(jì)要求的樁位應(yīng)立即補(bǔ)攪，關(guān)閉機(jī)械，樁機(jī)移至下一機(jī)位。6）水泥攪拌樁質(zhì)量檢驗(yàn)的項(xiàng)目及抽檢數(shù)量，按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求辦理。

　　2.4施工中應(yīng)注意的事項(xiàng)

　　1）加固深度：雖然水泥深層攪拌樁加固深度曾有過(guò)60 m，甚至更長(zhǎng)的記錄，但由于目前攪拌樁樁長(zhǎng)受機(jī)具工藝限制，且由于水泥攪拌樁復(fù)合地基的分層沉降和水平收斂深度在15 m左右所以在作為承載作用下的水泥攪拌樁加固深度還是以不超過(guò)15 m~18 m為宜。

　　2）攪拌工藝。攪拌機(jī)械的攪拌功能和攪拌是否充分對(duì)水泥攪拌加固法的加固效果起著重要的作用。因此在水泥攪拌樁施工中不得少于兩次循環(huán)攪拌，否則部分水泥會(huì)失去效用。

　　3）水質(zhì)要求。由于水泥固化過(guò)程中吸納大量的自由水體因此這些自由水體必須是無(wú)害的，如pH值不能太低，如果太低就會(huì)影響加固效果。

　　4）水泥。水泥攪拌樁最基本的原理是通過(guò)水泥吸水固化，為達(dá)到水泥吸水固化的效果，要求水泥必須是新鮮的，不能存放太久，一般不超過(guò)三周。

　　5）施工注意事項(xiàng)。水泥深層攪拌法目前因機(jī)械自動(dòng)控制設(shè)備不完善，大部分依賴于人工控制，因此造成施工質(zhì)量不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)工程事故，為此必須加強(qiáng)水泥用量總體控制和分區(qū)、分段甚至分樁控制，務(wù)必達(dá)到設(shè)計(jì)要求的水泥用量及充分?jǐn)嚢琛Ｆ浯卧陂_(kāi)工前必須先做工程試樁，不得少于10根，通過(guò)試樁制定出該工程完整的施工工藝。加強(qiáng)施工檢驗(yàn)，主要是用N10輕型動(dòng)力觸探24 h內(nèi)抽檢，抽檢量為2%~3%.此外，載荷試驗(yàn)和抽芯檢驗(yàn)必不可少。