深層水泥攪拌樁在某核電站重件道路軟基處理中應(yīng)用

徐曉斌，秦晶晶，高 飛

( 1.廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510600；2.天津市地質(zhì)工程勘察院，天津 300191； 3.集成期貨有限公司，廣東 廣州 510623)

1 工程概況

某核電站位于我國南方沿海的半島上，規(guī)劃容量為6×1750MW級壓水堆核能發(fā)電機(jī)組，核電站進(jìn)場重件碼頭位于核電站主廠區(qū)西南側(cè)，擬修建重件道路進(jìn)行連接，道路長為3.12km，核島大件運(yùn)輸最大超過300t，對路基承載能力和變形有很高要求。該道路地處珠江入?？冢蟛糠值缆窞轸~塘或沼澤地，區(qū)內(nèi)水系發(fā)育，河塘密布，地質(zhì)情況較復(fù)雜，一般分上下兩層，下部地層為花崗巖殘積層及風(fēng)化巖土層，承載力較高，壓縮性較小。上部地層大部分以淤泥混砂、淤泥質(zhì)土、淤泥等軟土為主，呈軟塑、流塑狀，具有天然含水量高、孔隙比高、壓縮性大和強(qiáng)度低等特點(diǎn)，厚5.0～20.0m，屬典型的飽和性軟土地基。鑒于本工程軟土特性、工程特性和工期緊張等因素，綜合對比經(jīng)濟(jì)與技術(shù)方案，采用深層水泥攪拌樁進(jìn)行加固處理。根據(jù)設(shè)計(jì)，深層水泥攪拌樁樁徑為80cm，間距1.0～1.1m，樁長6～21m，樁位在平面上呈正三角形布置，采用噴水泥漿工藝施工，設(shè)計(jì)要求水泥土的7天強(qiáng)度為0.85MPa，28天強(qiáng)度達(dá)到1.15MPa，水泥摻量可以根據(jù)軟土含水量等實(shí)際情況確定。

2 水泥摻量

深層水泥攪拌樁的成樁狀況，主要受攪拌的均勻程度、水泥等級、水泥摻量、地基土的含水量和有機(jī)物含量等的影響。但對于既定的地質(zhì)情況，只有采用適當(dāng)?shù)乃鄵搅浚拍苓_(dá)到經(jīng)濟(jì)、有效的目的。

經(jīng)取樣試驗(yàn)，該工程軟土天然含水量平均值約為52%，孔隙比為1.42，壓縮系數(shù)a1-2>0.8MPa-1，粘聚力為12.50kPa，內(nèi)摩擦角為8.4°，有機(jī)質(zhì)含量為5.2%，其不同水泥摻量、不同齡期的水泥土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 水泥土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果 單位：MPa

由表1可見，在相同條件下，水泥摻量增加，水土的強(qiáng)度顯著提高。有資料表明，軟土含水量在50%～85%時(shí)，相同摻量下，含水量每增加10%，水泥土的強(qiáng)度將降低30%；當(dāng)含水量大于70%時(shí)，攪拌形成不了足夠強(qiáng)度的水泥土柱體，將嚴(yán)重影響樁的強(qiáng)度?？紤]到現(xiàn)場施工條件，實(shí)際形成的深層水泥攪拌樁樁體其均勻度可能達(dá)不到試驗(yàn)條件下的效果，為確保工程質(zhì)量，確定水泥的摻量為20%。

3 施工工藝

3.1 施工工藝流程

試樁試驗(yàn)→樁位放樣→鉆機(jī)就位→檢驗(yàn)、調(diào)整鉆機(jī)→正循環(huán)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度→打開高壓注漿泵→反循環(huán)提鉆并噴水泥漿→至工作基準(zhǔn)面以下0.3m→重復(fù)攪拌下鉆并噴水泥漿至設(shè)計(jì)深度→反循環(huán)提鉆至地表→成樁結(jié)束→施工下一根樁。

3.2 試樁

深層水泥攪拌樁施工是借攪拌頭將水泥漿和軟土強(qiáng)制拌和，攪拌次數(shù)越多，拌和越均勻，水泥土的強(qiáng)度也越高。但是攪拌次數(shù)越多，施工時(shí)間也越長，工效也越低。試樁的目的是為了尋求最佳的攪拌次數(shù)、確定水泥漿的水灰比、泵送時(shí)間、泵送壓力、攪拌機(jī)提升速度下鉆速度以及復(fù)攪深度等參數(shù)，以指導(dǎo)下一步深層水泥攪拌樁的大規(guī)模施工。

考慮到本重件道路工程的重要性，現(xiàn)場施工時(shí)，在按20%水泥摻入量基礎(chǔ)上，適當(dāng)摻入外加劑，確定采用每延長米用水泥50kg，粉煤灰15kg，水灰比1∶1，高效減水劑為0.8%的施工配合比。施工采用六攪三噴的工藝進(jìn)行，施工機(jī)具參數(shù)為：攪拌頭翼片6枚，與攪拌軸垂直夾角60°，回轉(zhuǎn)數(shù)不小于45轉(zhuǎn)/min，提升速度不超過0.8m/min。試樁時(shí)本工程嚴(yán)格按照施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行了試樁工作完成試樁3根，在施工中證明，該水泥灰配比和施工組織和施工機(jī)具參數(shù)能很好地滿足施工需要。

3.3 施工準(zhǔn)備

深層水泥攪拌樁施工場地應(yīng)事先平整，清除樁位處地上、地下一切障礙(包括大塊石、樹根和生活垃圾等)場地低洼時(shí)應(yīng)回填粘土，不得回填雜土；采用合格的設(shè)計(jì)規(guī)定的425型號普通硅酸鹽袋裝水泥以便于計(jì)量；深層水泥攪拌樁施工機(jī)械必須具備良好及穩(wěn)定的性能，施工組織和施工參數(shù)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。

3.4 施工控制

應(yīng)指派專人負(fù)責(zé)指導(dǎo)施工，全過程監(jiān)控深層水泥攪拌樁的施工過程。施工中建立完備的質(zhì)量控制體系，并制訂了嚴(yán)格的控制指標(biāo)：

⑴ 樁位控制 為保證樁位的準(zhǔn)確性，現(xiàn)場采用全站儀建立控制網(wǎng)，并用JS2經(jīng)緯儀進(jìn)行局部控制。要求樁位布置與設(shè)計(jì)偏差不大于2cm，成樁樁位偏差不大于5cm。

⑵ 樁體垂直度控制 為保證深層水泥攪拌樁樁體垂直度滿足規(guī)范要求，在主機(jī)上懸掛一吊錘，通過控制吊錘與鉆桿上、下、左、右距離相等來進(jìn)行控制，要求垂直度偏差控制在1%。

⑶ 水泥漿制備 水泥漿的制備從表面上看是一項(xiàng)非常普通的工作，但是它的質(zhì)量直接決定了噴漿法攪拌樁的質(zhì)量，作為關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對計(jì)量、攪拌時(shí)間、置放時(shí)間均要求進(jìn)行嚴(yán)格記錄，對于置放時(shí)間大于2h的漿體或出現(xiàn)離析的漿體均作為廢料不予使用。

⑷ 采用六攪三工藝 第一次下鉆時(shí)為避免堵管采取帶漿下鉆，噴漿量應(yīng)小于總量的1/2，嚴(yán)禁帶水下鉆。第一次下鉆和提鉆時(shí)一律采用低擋操作，復(fù)攪時(shí)提高一個擋位。每根樁的正常成樁時(shí)間應(yīng)不小于40min，噴漿壓力不小于0.4 MPa。

為保證深層水泥攪拌樁樁端!樁頂及樁身質(zhì)量，第一次提鉆噴漿時(shí)要求在樁底部停留不小于30s，以便磨樁端，余漿上提過程中全部噴入樁體，且在樁頂部位磨樁頭，停留時(shí)間不小于30s。

根據(jù)試樁結(jié)果，攪拌機(jī)噴漿提升的速度控制在40～50cm/min為宜，每根樁開鉆后要求連續(xù)作業(yè)，不得中斷噴漿。

4 質(zhì)量檢測

進(jìn)行水泥土攪拌樁檢測的目的是為了掌握成樁狀況，檢驗(yàn)樁體質(zhì)量能否滿足設(shè)計(jì)要求，工程安全穩(wěn)定能否得以保證。檢測與評價(jià)的內(nèi)容：材料質(zhì)量、樁長、樁體均勻性和強(qiáng)度。

⑴ 材料質(zhì)量檢驗(yàn) 攪拌樁使用的材料主要是水泥，為確保質(zhì)量，進(jìn)場水泥分批次嚴(yán)格送檢，待質(zhì)量合格后方能用于工程中。

⑵ 樁長檢測 進(jìn)行水泥土攪拌樁檢測時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和鉆探取芯進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)均可檢測樁長。

⑶ 樁體均勻性檢測 用輕便觸探、開挖檢測、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和鉆探取芯進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)均可檢測樁體均勻性，在深層水泥攪拌樁身中心鉆孔，取出樁芯，觀察其顏色是否一致，是否存在水泥漿富集的“結(jié)核”或未被攪勻的土團(tuán)。

⑷ 樁體強(qiáng)度 用輕便觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、鉆探取芯進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和現(xiàn)場荷載試驗(yàn)均可檢測樁體。輕便觸探必須早期進(jìn)行，當(dāng)樁體強(qiáng)度很大時(shí)，很難以進(jìn)行，檢測深度較??；標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)檢測若樁體不均勻，擊數(shù)不能較好的體現(xiàn)強(qiáng)度，導(dǎo)致無法用擊數(shù)來進(jìn)行樁體強(qiáng)度判斷；鉆探取芯進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)檢測，水泥土試樣制取過程中，受到不同程度的損壞，導(dǎo)致芯樣的不連續(xù)，影響檢測結(jié)果的可靠性；現(xiàn)場荷載試驗(yàn)是確定承載力最可靠的試驗(yàn)，但試驗(yàn)條件與實(shí)際荷載條件存在差異；試驗(yàn)延續(xù)時(shí)間長，耗費(fèi)人力、物力大。

因此，各類檢測方法均有優(yōu)缺點(diǎn)，本工程采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、鉆探取芯進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和現(xiàn)場載荷試驗(yàn)等方法進(jìn)行檢測，由于施工組織和施工參數(shù)合理可靠以及施工過程得到有效控制，檢測結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，采用深層水泥攪拌樁對此工程軟土地基處理取得良好效果。

5 結(jié)語

深層水泥攪拌樁加固軟土地基，關(guān)鍵在于施工工藝和質(zhì)量控制。針對現(xiàn)場實(shí)際地基土的含水量和有機(jī)質(zhì)含量，經(jīng)過試驗(yàn)確定水泥比例后，應(yīng)控制好水泥摻量和攪拌均勻程度這兩個重要環(huán)節(jié)，其成樁質(zhì)量定能夠得到保證。該核電站重件道路工程施工期間及工后沉降觀測顯示，地基處理效果良好，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足了設(shè)計(jì)要求。

[1]GB50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[2]徐至鈞，曹名葆.水泥土攪拌法處理地基[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[3]冶金工業(yè)部建筑研究總院.噴射注漿法與深層攪拌法[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1991.

[4]《工程地質(zhì)手冊》編寫委員會.工程地質(zhì)手冊[K].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1992.

[5]龔曉南.復(fù)合地基[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，1992.

[6]何開勝，陳寶勤.超長水泥土攪拌樁的試驗(yàn)研究和工程應(yīng)用[J].土木工程學(xué)報(bào)，2000(4).

[7]鄭雨天.水泥粉噴樁鉆芯檢測工程實(shí)例].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2002，21(12).