深層水泥攪拌樁在鐵路軟土地基加固中的應(yīng)用

尹麗君

深層水泥攪拌樁在鐵路軟土地基加固中的應(yīng)用

尹麗君

福建鐵四院勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司

結(jié)合江陰鐵路支線軟土地基中深層攪拌樁和鉆孔樁施工的施工實(shí)例，介紹了深層攪拌樁的施工原理、施工工藝及質(zhì)量控制，使橋墩的總體加固效果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

水泥攪拌樁 地基加固 軟土地基

江陰鐵路支線位于福清市漁溪鎮(zhèn)東南方，興化灣北岸。線路從福廈線上的漁溪站引出，穿過江陰西港特大橋，進(jìn)入江陰島后即沿西港一側(cè)向南下行至江陰經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)規(guī)劃的西港海堤內(nèi)側(cè)，并與海堤平行，延至江陰港區(qū)后方1.5公里處設(shè)江陰站，線路總長(zhǎng)約20公里。鳳尾大橋DK5+475.06橋臺(tái)附近，處于海邊的海產(chǎn)品養(yǎng)殖區(qū)，淤泥深度達(dá)到18m左右。如何提高軟土地基的承載力，并保證加固的效果，以滿足承臺(tái)所需的地基承載力，成為必須解決的問題。

1 基礎(chǔ)加固方法選擇

深層水泥攪拌樁地基處理是軟土地基處理的一項(xiàng)新技術(shù)，特別適用于處理包括正常固結(jié)的淤泥與淤泥質(zhì)土、粉土、飽和黃土、素填土、粘性土以及無(wú)流動(dòng)地下水的飽和松散砂土等地基[1]。深層水泥攪拌樁與其他施工方法相比較，具有施工工期短、無(wú)公害、成本低等特點(diǎn)。這種施工方法在施工過程中無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音、無(wú)地面隆起、不排污、不污染環(huán)境，對(duì)相鄰建筑物不產(chǎn)生有害影響，具有較好的綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[2]。本工程中綜合考慮各種因素，橋臺(tái)錐體及橋墩的加固范圍內(nèi)地基采用直徑50cm深層攪拌樁加固，間距1.1m，樁長(zhǎng)18m，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)同路基專業(yè)地基處理的施工標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示。

2 加固工藝流程

深層水泥攪拌樁地基處理是軟土地基處理的一項(xiàng)新技術(shù)，特別適用于處理包括正常固結(jié)的淤泥與淤泥質(zhì)土、粉土、飽和黃土、素填土、粘性土以及無(wú)流動(dòng)地下水的飽和松散砂土等地基。深層攪拌法是利用水泥、石灰等材料作為固化劑，通過特制的深層攪拌機(jī)械，在地基深處就地將軟土和固化劑（漿液或粉體）強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)，如水泥的水解和水化反應(yīng)（形成水泥石骨架），離子交換和團(tuán)?；饔?、硬凝反應(yīng)、碳酸化反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥加固土，從而提高地基強(qiáng)度和增大變形模量，減小地基沉降，使其成為優(yōu)質(zhì)地基[3]。

2.1 水泥攪拌樁施工工藝流程

2.1.1施工機(jī)械。深層攪拌樁機(jī)用濕法施工的水泥樁機(jī)，由深層攪拌機(jī)、機(jī)架及配套機(jī)器等組成。

2.1.2設(shè)備定位。根據(jù)測(cè)量放樣，平整場(chǎng)地按設(shè)計(jì)圖的孔位現(xiàn)場(chǎng)測(cè)出鉆孔?？孜粚?duì)中，要求孔位偏差不大于5cm，水泥攪拌樁垂直偏差小于0.5%。將攪拌機(jī)移到樁位調(diào)平機(jī)位、對(duì)中，并從兩個(gè)互為90°的方向調(diào)整鉆塔，保證其垂直度。

2.1.3拌制固化劑漿液。深層攪拌機(jī)攪拌下沉的同時(shí)，后臺(tái)開始根據(jù)摻入比及水灰比等拌制固化劑漿液，水泥漿經(jīng)充分?jǐn)嚢杈鶆虼龎簼{前將漿液倒入集料斗中。

2.1.4預(yù)拌下沉。將深層攪拌機(jī)用鋼絲繩吊掛在塔架或起重機(jī)上，用輸漿膠管將儲(chǔ)料出罐砂漿泵同深層攪拌機(jī)接通。待深層攪拌機(jī)的冷卻水循環(huán)正常后，啟動(dòng)攪拌機(jī)電機(jī)，放松起重機(jī)鋼絲繩，使攪拌機(jī)借設(shè)備自重沿導(dǎo)向架攪拌切土下沉，下沉速度1.0～1.2m/min。下沉過程中，工作電流不大于額定值，隨時(shí)觀察設(shè)備運(yùn)行及地層變化情況，鉆頭下沉至設(shè)計(jì)深度。

2.1.5噴漿攪拌提升。深層攪拌機(jī)下沉到達(dá)設(shè)計(jì)深度后，開啟灰漿泵，將水泥漿從攪拌機(jī)中心管不斷壓入地基中，邊噴漿邊攪拌，直至提出地面完成一次攪拌過程。嚴(yán)格控制攪拌機(jī)提升速度，以不大于0.6 m/min的均勻攪拌速度提升。

2.1.6重復(fù)上、下攪拌：按設(shè)計(jì)要求對(duì)16%水泥土重量比的水泥攪拌樁應(yīng)采用二次攪和、二次噴漿的施工工藝，因此第一次噴漿攪拌水泥土的重量比為6%，第二次噴漿攪拌水泥土的重量比為10%。第一次深層攪拌機(jī)提升至設(shè)計(jì)加固深度的頂面標(biāo)高時(shí)，集料斗中的水泥漿應(yīng)正好排空。此時(shí)，再次將攪拌頭葉片邊旋轉(zhuǎn)邊沉入土中至設(shè)計(jì)加固深度后，再將攪拌機(jī)邊噴漿邊提升，形成第二次噴漿施工。當(dāng)深層攪拌機(jī)提升出地面，即完成一根柱狀加固體。

2.1.7清洗：成樁結(jié)束后，向集料斗中注入適量的清水，開啟灰漿泵，清洗全部管路中殘留的水泥漿，直至干凈，并將粘附在攪拌頭的軟土清洗干凈。

2.1.8移位：重復(fù)上述程序，進(jìn)行下一根樁的施工。

2.2 施工質(zhì)量控制

2.2.1樁位要滿足圖紙要求，攪拌桿的垂直偏差不得超過1%，樁機(jī)與樁位的對(duì)中誤差不得大于2cm，成樁后的樁位偏差不得大于8cm。

2.2.2使用的水泥應(yīng)是新鮮、無(wú)結(jié)塊、符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的32.5R普通硅酸鹽水泥，并經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可使用。水泥漿液應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)配比拌制，制備好的漿液不得離析。

2.2.3施工時(shí)宜用流量泵控制輸漿速度，使注漿泵出口壓力保持在0.5 MPa，攪拌提升速度與輸漿泵同步。泵送漿液必須連續(xù),拌制漿液的罐數(shù)、水泥的用量以及泵送漿液的時(shí)間等應(yīng)有專人記錄。

2.2.4樁澆筑后7天之內(nèi)不得開挖基坑，并禁止使用機(jī)械挖掘，樁頭要小心整理，不得用重錘敲擊，樁頭應(yīng)整平，并高出基底標(biāo)高2～3cm。

2.2.5攪拌樁噴漿提升的速度和次數(shù)必須符合施工工藝要求，專人記錄攪拌機(jī)每米下沉和提升的時(shí)間、深度以及施工中出現(xiàn)的問題和處理情況。

3 加固效果

施工單位嚴(yán)格按照上述施工技術(shù)參數(shù)及施工方法，順利完成了水泥攪拌樁施工。為檢驗(yàn)水泥攪拌樁的加固效果，對(duì)攪拌樁抽樣進(jìn)行低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)樁身完整性、單樁豎向抗壓承載力及單樁復(fù)合地基承載力靜載試驗(yàn)。按照國(guó)標(biāo)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007-2002)的附錄Q、《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106-2003)及《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79-2002)中有關(guān)規(guī)定進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，結(jié)果如下：

3.1 樁身均勻性檢測(cè)

本工程采用發(fā)射波法，屬低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)樁身完整性。本項(xiàng)目檢查30根，樁體基本均勻，Ⅰ類樁21根，Ⅱ類樁9根，無(wú)Ⅲ類和Ⅳ類樁。

3.2 單樁復(fù)合地基承載力檢測(cè)

復(fù)合地基載荷試驗(yàn)13組水泥土深層攪拌樁，均最大加荷至300 kPa，根據(jù)各點(diǎn)測(cè)量的累計(jì)沉降和殘余沉降計(jì)算，可以得到平均值150 kPa作為該場(chǎng)地的復(fù)合地基承載力特征值。單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)7組水泥土深層攪拌樁，均最大加荷至270 kN，逐級(jí)加荷，通過測(cè)量記錄的計(jì)算，取定單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計(jì)值的1/2即135 kN為單樁豎向抗壓承載力特征值。

3.3 通過樁間土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)及土工試驗(yàn)

根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，確定經(jīng)過地基處理后各樁間土層的物理力學(xué)性能較處理前明顯改善，樁間各土層的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)較處理前有較大提高。

在鳳尾大橋12#墩處計(jì)算得到，采用32m的柱樁，主力加附加力作用[P]=5253kN，P=4285kN；線剛度K為325，大于200，滿足規(guī)范要求。施工的時(shí)候應(yīng)先進(jìn)行深層攪拌樁施工，再進(jìn)行樁基施工。

4 結(jié)論

通過采用深層攪拌樁對(duì)軟土地基橋臺(tái)范圍內(nèi)的加固處理，為橋梁樁基的施工創(chuàng)造了安全的外部條件，防止了施工中土體出現(xiàn)裂縫和較大的變形。通過具體的橋墩樁長(zhǎng)和線剛度的計(jì)算控制安全系數(shù)，保證橋墩在軟土地基中的安全問題，使橋墩的總體加固效果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

[1] JGJ79-91,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 陳文學(xué),張峰.深層水泥攪拌樁在軟土地基處理中的應(yīng)用[J].勘察,測(cè)繪與測(cè)試技術(shù),2008,(3):163-164.

[3] 江玉山.深層水泥攪拌樁在擋墻軟基處理中的應(yīng)用[J].水利科技.2009,(3):32-35.