公路軟基處理中水泥砂漿樁應用分析

馬東旭

(河北省唐山市交通運輸局公路工程處)

1 引 言

水泥砂漿樁是采用水泥砂漿作為固化劑,即在純水泥漿中摻入一定比例的粉細、中砂,增加地基土中的粗顆粒含量,降低地基土的塑性指數(shù),改良土的物理力學性質(zhì)指標,明顯提高樁體無側(cè)限抗壓強度。該工藝攻克了常規(guī)水泥土攪拌樁在塑性指數(shù)高的粘性土層中成樁強度低的難題,可適用于塑性指數(shù)大于 25的粘土,同時在淤泥質(zhì)土、淤泥層中成樁強度明顯提高。因此可替代旋噴樁、低強度CFG樁,用于軟土地基加固處理。

2 工程概況

某公路工程路基表層為人工填土,以下依次為淤泥、淤泥質(zhì)黏土、一般粘性土,基巖為花崗巖。地基土大多為淤泥質(zhì)土,具有含水量高、孔隙比大、液性指數(shù)大、有機質(zhì)含量高,前期按常規(guī)攪拌樁試樁驗證:本場地淤泥常規(guī)水泥土攪拌工藝不易攪拌均勻,樁體無側(cè)限抗壓強度、單樁承載力達不到設計要求?，F(xiàn)將采用水泥砂漿樁,通過多向多軸、多層葉片同時攪拌,克服了常規(guī)水泥土攪拌樁的缺陷,成樁均勻性好,樁身強度明顯提高。

3 施工總體方案

水泥砂漿樁也稱為多向多軸攪拌水泥土樁,是采用水泥漿作為固化劑,加固原理與常規(guī)水泥土攪拌樁相同,在地基深處將軟土和水泥強制攪拌后,水泥和軟土將產(chǎn)生一系列物理和化學反應,使軟土固結改性,從而改善軟土地基物理力學性質(zhì),提高復合地基承載力。優(yōu)點是克服了常規(guī)水泥土攪拌樁施工中攪拌不均勻、漿液上冒的缺陷,樁身強度有較大提高。經(jīng)室內(nèi)實驗室配合比試驗樁身 90d水泥土樁無側(cè)限抗壓強度可達1.2～2.0MPa。

采用由PH-5型粉噴樁機改進的“多向、多軸粉噴樁機水泥土(水泥砂漿)攪拌樁機”,下鉆過程基本完成所需漿材(水泥漿或水泥砂漿)的噴射,多向、多軸、多層葉片同時攪拌,不進行復攪,僅需一噴二攪工藝施工。

施工可利用現(xiàn)有的PH-5型粉噴樁成樁機械作為機架,由位于鉆機底部操作臺的動力系統(tǒng),通過外鉆桿轉(zhuǎn)遞動力,再通過鉆桿頂部配備的專用傳動箱,采用同心多軸鉆桿,在內(nèi)鉆桿上設置正向旋轉(zhuǎn)葉片并設置噴漿口,在外鉆桿上安裝反向旋轉(zhuǎn)葉片,通過外桿上葉片反向旋轉(zhuǎn)過程中的壓漿作用和內(nèi)桿正向旋轉(zhuǎn)葉片同時攪拌水泥土的作用,阻斷水泥漿上冒途徑,把水泥漿控制在最上、最下兩組葉片之間,保證水泥漿液在樁體中均勻分布和攪拌均勻,確保成樁質(zhì)量的施工方法。

4 施工方法及工藝

4.1 施工工藝流程

4.1.1 柱形樁工藝流程

柱形樁工藝流程如圖 1所示。

圖1 柱形樁工藝流程圖

水泥砂漿樁進入已整平的場地和測放了樁位的地段準備施鉆,施鉆程序如下。

(1)攪拌樁機就位、調(diào)平,鉆頭對準樁位。

(2)攪拌、噴漿下沉:啟動攪拌機,使其鉆桿沿導向架向下攪拌切土,同時開啟送漿泵向土體噴水泥漿,此時雙軸上的多層葉片同時正、反向旋轉(zhuǎn)攪拌直到設計深度。

(3)達到預定設計深度后,在樁端就地持續(xù)噴漿攪拌30s以上,使樁端水泥土充分攪拌均勻(下沉噴漿為總漿量的90%以上)。

(4)攪拌、噴漿提升:此時噴漿目的是為了避免噴漿口被堵塞,同時多向、多軸攪拌樁機鉆桿上葉片正、反向旋轉(zhuǎn),繼續(xù)攪拌水泥土。

(5)攪拌完畢:攪拌、噴漿提升到地表或設計標高(提升噴漿量為總漿量的 10%以下),完成單根多向多軸攪拌水泥土(水泥砂漿)樁的施工。

4.1.2 T形樁工藝流程

T形樁工藝流程如圖 2所示。

圖2 T形樁工藝流程圖

(1)攪拌樁機就位、調(diào)平,鉆頭對準樁位。

(2)攪拌噴漿下沉:啟動攪拌機,使其鉆桿沿導向架向下攪拌切土,同時開啟送漿泵向土體噴水泥漿,此時雙軸上的多層葉片同時正、反向旋轉(zhuǎn)攪拌直到設計深度。

(3)達到預定設計深度后,在樁端就地持續(xù)噴漿攪拌30s以上,使樁端水泥土充分攪拌均勻(下沉噴漿為總漿量的90%～95%以上)。

(4)攪拌、噴漿提升:此時噴漿目的是為了避免噴漿口被堵塞,同時多向、多軸攪拌樁機鉆桿上葉片正、反向旋轉(zhuǎn),繼續(xù)攪拌水泥土,直到擴大頭設計深度。

(5)攪拌提升擴孔:改變內(nèi)外鉆桿的旋轉(zhuǎn)方向,將外鉆桿攪拌葉片伸展至擴大頭直徑,繼續(xù)攪拌、噴漿提升。

(6)攪拌完畢:攪拌、噴漿提升到地表或設計標高(提升噴漿量為總漿量的 5%～10%以下),完成單根多向多軸攪拌水泥土(水泥砂漿)樁的施工。

4.2 試驗參數(shù)選擇

下鉆鉆進速度:鉆進速度1.0～1.2m/min,轉(zhuǎn)速60～100r/min。

噴漿量不小于 30L/m,下鉆噴漿量占總漿量的 90%～95%以上。

提升速度1.5～1.8m/min;,轉(zhuǎn)速80～120r/min。

噴漿量不大于10L/m,提鉆噴漿量占總漿量的 10%以下。

漿噴壓力0.4～1.0MPa,噴水泥漿采用泥漿泵,漿噴壓力采用0.4～0.6MPa,噴水泥砂漿采用砂漿泵,漿噴壓力采用0.6～1.0MPa。

配合比:嚴格按設計配合比拌制漿液,施工應根據(jù)漿液濃度、泵送情況實時調(diào)整配合比。

5 質(zhì)量控制措施

施工前應認真檢查相關設備及管路系統(tǒng)。設備的性能應滿足設計要求。管路系統(tǒng)的密封必須良好,管道必須暢通。鉆機就位必須正確,其孔位偏差不得大于 50mm,鉆桿垂直度偏差不得大于 1%。鉆機開鉆前,現(xiàn)場施工員必須進行檢查,及時調(diào)整。

漿液的拌制嚴格按設計配合比控制,嚴格監(jiān)督漿液的制作,攪拌時間必須達到要求,漿液的密度采用漿液比重計檢測,不得采用一只桶邊拌邊抽的方式施工,在噴漿過程中漿液應連續(xù)攪動,防止?jié){液發(fā)生離析,確保成樁質(zhì)量,每根樁檢驗的次數(shù)不得少于 2次。攪拌機鉆頭下沉和提升速度、供漿與停漿時間,下鉆深度、噴漿高程及停漿面、單樁噴漿量應符合施工工藝的要求,并應有專人記錄。多向多軸攪拌水泥土(水泥砂漿)樁到達樁端時,應原位噴漿攪拌 30s,樁底水泥漿與土體充分攪拌均勻,再開始提升攪拌頭,確保成樁質(zhì)量。

成樁過程中,如因故停漿,繼續(xù)施工時必須重疊接樁,接樁長度不小于0.5m。接樁時間不得大于 24h,否則應重打該樁。施工中若發(fā)現(xiàn)噴漿量不足時,應按要求復攪,復噴的噴漿量不小于設計用量?，F(xiàn)場各項原始記錄必須真實、齊全。

6 結束語

成樁后3d內(nèi),采用輕型動力觸探(N10)檢查樁頭每米樁身的均勻性和強度。成樁 7d后,采用淺部開挖樁頭(深度宜超過停漿面下 0.5m),目測檢查攪拌的均勻性,量測成樁直徑。試樁完成28d以后,選擇2～3根樁于樁徑 1/4處、樁長范圍內(nèi)垂直取芯,觀察其完整性、均勻性并拍攝照片,判斷成樁效果,每根樁在不同深度處取 3組試驗樣品作無側(cè)限抗壓強度試驗。試樁完成 28d以后,在樁身強度滿足荷載試驗條件時,采用單樁載荷試驗驗證單樁承載力能否滿足設計要求。通過一系列成樁效果質(zhì)量檢驗,樁身完整性較好,總體上達到了優(yōu)良樁水平。

[1] 羅志生.水泥砂漿樁在向莆鐵路軟基處理工程中的應用[J].江西建材,2009,(6).

[2] 淺談水泥土攪拌樁加固軟土地基[J].路基工程,2006,(1).