水泥深層攪拌樁在軟土地基處理中的應(yīng)用

劉 斌

0 引言

某高鐵配套項目地處廣東沿海、珠江流域，建設(shè)用地原為水產(chǎn)養(yǎng)殖基地，場區(qū)內(nèi)魚塘遍布、溝渠縱橫。地勘報告顯示，地下存在厚層淤泥軟基。為此，需要對原地層進行軟基處理，而軟基處理的質(zhì)量將直接影響到路基的穩(wěn)定性，并對整體工程的營運效果及經(jīng)濟性產(chǎn)生影響。比較常用的有塑料排水板、土工合成材料加筋、加載預(yù)壓和水泥深層攪拌樁等幾種軟基處理方法，水泥深層攪拌樁對于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭土和粉土是一種有效的軟基處理形式，同時具有施工周期短、工后沉降相對較小等特點，在高速公路、鐵路軟基處理中得到了廣泛應(yīng)用，是項目盡快產(chǎn)生經(jīng)濟效益的可靠保證。

1 工程概況

某高鐵配套項目是武廣客運專線配套工程，同時是鐵道部確定的全國四大動車組檢修基地之一，其檢修范圍輻射華南及珠江三角地區(qū)，覆蓋京廣、廣深港客運專線、廣珠城際和沿?？焖偻ǖ馈０凑铡鞍踩煽?、經(jīng)濟合理、技術(shù)先進成熟”的原則，從工后沉降的控制效果、工程經(jīng)濟性、施工工期、施工工藝及質(zhì)量檢驗難易程度、環(huán)境保護，結(jié)合場內(nèi)工程地質(zhì)條件等方面綜合考慮，確定在線路咽喉道岔區(qū)、設(shè)備基礎(chǔ)等恒載較大部位采用水泥深層攪拌樁處理軟基。

本工程水泥攪拌樁設(shè)計數(shù)量154萬延米。

地勘報告顯示，場區(qū)地質(zhì)上部為淤泥層，下部為第四系沖積層。地質(zhì)情況自上而下劃分為:②1層淤泥，灰黑色，流塑(表層有0.5 m左右為種植土)，厚度3.9 m～14 m，地基承載力特征值fak=60 kPa;②2層粉質(zhì)粘土(局部有此層土)，灰黑色、黃褐色、軟塑，厚度0 m～4.5 m，地基承載力特征值fak=120 kPa;②3層粉質(zhì)粘土，淺黃色、硬塑，厚度0 m～5.5 m，地基承載力特征值fak=150 kPa;②4層粉細砂(局部有此層)，厚度0 m～5.6 m，地基承載力特征值fak=100 kPa;④1層泥質(zhì)粉砂巖，淺紅色，全風化，厚度0 m～9.3 m，地基承載力特征值fak=300 kPa;④2層泥質(zhì)粉砂巖，淺紅色，強風化，厚度12 m～24 m，地基承載力特征值fak=300 kPa;④3層泥質(zhì)粉砂巖，淺紅色，弱風化，厚度6 m～8.3 m，地基承載力特征值fak=500 kPa。

本工程水泥深層攪拌樁設(shè)計樁徑0.5 m，樁間距1.4 m，按正三角形布置，樁長按樁端進入②2或②3層0.5 m深，且不小于6 m雙重控制。水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥，水泥用量50 kg/m。成樁后7 d內(nèi)采用輕型動力觸探(N10)檢驗樁體質(zhì)量，28 d后取試件做無側(cè)限抗壓強度試驗，無側(cè)限抗壓強度不小于1165 kPa。處理后復(fù)合地基承載力特征值fspk=80 kPa，單樁豎向承載力特征值Ra=100 kN。

2 施工準備

1)施工之前由機械操作人員檢查鉆機、計量人員檢查儀器，調(diào)試運行正常，避免機械帶病作業(yè)，其中電腦流量計經(jīng)過計量單位標定;施工所用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥經(jīng)試驗室檢測合格后使用，數(shù)量滿足連續(xù)施工的要求，另外對現(xiàn)場存放的水泥采用下墊上蓋防雨防潮措施，防止其淋雨受潮結(jié)塊。深層攪拌樁施工場地應(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)。場地低洼時應(yīng)回填粘土，不得回填雜土。

2)試樁。根據(jù)設(shè)計要求，大面積展開施工前需要做水泥攪拌樁的工藝性試樁。通過試樁獲得最合適的水泥漿水灰比和比重、鉆桿下鉆和提升速度等成樁工藝和參數(shù)(見表1)，使樁體連續(xù)、均勻，強度滿足設(shè)計要求，從而指導(dǎo)下一步的大規(guī)模施工。

表1 攪拌樁試樁輕型動力觸探數(shù)據(jù)

通過5根試樁施工，確定了樁機鉆桿的下鉆和提升速度、噴漿壓力、水灰比、水泥漿比重等參數(shù):樁機下鉆速度1.4 m/min，提升速度1 m/min，噴漿壓力0.4 MPa～0.6 MPa，水灰比0.58，水泥漿比重1.791 g/cm3。工程所在地雖為農(nóng)村，為減少水泥粉塵對環(huán)境大氣的污染，采用了濕噴工藝，提前配制水泥漿，也保證了樁體的勻質(zhì)性。

3)開鉆前，機械操作人員要熟悉樁位布置圖，樁機據(jù)圖合理就位，便于打樁連續(xù)進行，相鄰樁機間互不干擾。樁機移動到所打樁位處，使鉆頭中心，樁中心，鉆桿中心保持在同一豎直線上，保證攪拌樁樁體垂直度滿足驗標要求。

3 工藝流程

1)施工工藝按“四噴四攪”進行施工，鉆桿下鉆和提升都帶壓噴漿。局部承受集中荷載的位置，要求樁頂1/3范圍內(nèi)復(fù)攪復(fù)噴(水泥用量增加30 kg/m)，該部分樁體水泥漿用量通過現(xiàn)場控制復(fù)攪復(fù)噴時鉆桿的下鉆和提升速度來保證。

2)施工工藝流程。a.樁機就位:檢查鉆桿長度，鉆頭直徑，連接好輸漿管路，將樁機移到指定位置對好樁位，由現(xiàn)場質(zhì)檢人員檢查確認無誤后開始開機作業(yè)。b.制備水泥漿:根據(jù)試樁結(jié)果，水泥漿水灰比取定為0.58，比重為1.791 g/cm3，樁體每米水泥用量50 kg，用水量為29 kg。c.下鉆噴漿攪拌:在主離合器分離時，啟動主電機，主電機運轉(zhuǎn)正常后，掛離合器，將動力傳給變速箱正反擋變速箱及渦輪渦桿減速箱等，使轉(zhuǎn)盤正轉(zhuǎn)，鉆頭旋下鉆進，邊旋轉(zhuǎn)邊噴漿，自動電腦流量泵控制輸漿速度，注漿泵出口壓力保持在0.4 MPa～0.6 MPa之間，下鉆速度控制在1.4 m/min左右，自地面一直下沉到設(shè)計要求的地層，在鉆桿上作標記，鉆進的速度由電機的電流監(jiān)測表控制。d.提升噴漿攪拌:攪拌機下沉到設(shè)計深度后，傳動系統(tǒng)驅(qū)動鉆頭反轉(zhuǎn)，邊噴漿邊旋轉(zhuǎn)，邊提升攪拌機，輸漿同下鉆時，攪拌提升速度控制在1 m/min，采用深度表和地面所測高程共同控制?；颐妗.重復(fù)上、下攪拌、噴漿:再次將攪拌機鉆頭下鉆、噴漿沉入土中，至設(shè)計加固深度，停留約30 s，保證底部噴漿量充足，攪拌均勻，再將攪拌機勻速提升、噴漿至地面，當噴漿口到達?；覙烁邥r，停止提升，攪拌數(shù)秒，提高樁頂成樁質(zhì)量。f.清洗:向集料斗中注入適量的自來水，開啟灰漿泵，將管路中殘存的水泥漿清洗干凈，清洗攪拌頭上的殘留土。g.現(xiàn)場施工人員填寫施工原始記錄，并收集電腦小票。h.移動到下一根樁位置，重復(fù)上述步驟。

表2 水泥攪拌樁28 d無側(cè)限抗壓強度報告(部分)

4 質(zhì)量控制措施及驗收標準

1)水泥攪拌樁的質(zhì)量控制貫穿于施工的全過程，施工中隨時檢查施工記錄。重點檢查水泥用量、樁長、攪拌下鉆和提升速度、復(fù)攪次數(shù)和復(fù)攪深度、停漿處理方法等。

2)成樁質(zhì)量按設(shè)計圖紙及TB 10414-2003鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收標準的要求進行檢驗。

3)攪拌樁成樁后7 d內(nèi)采用輕型動力觸探(N10)檢驗樁的質(zhì)量(試驗結(jié)果略)，28 d后取試件做無側(cè)限抗壓強度試驗檢測樁體強度，結(jié)果見表2。

4)水泥攪拌樁施工質(zhì)量主要外觀檢查:a.樁體圓勻，無縮頸現(xiàn)象;b.攪拌均勻，無夾心;c.群樁間距均勻，樁頂標高平齊。檢驗標準見表3。

表3 水泥攪拌樁樁徑、間距、垂直度允許偏差及檢驗標準

5)單樁承載力和復(fù)合地基承載力檢測。單樁承載力檢測共66組，復(fù)合地基承載力檢測共414組，單樁豎向承載力和復(fù)合地基承載力均達到設(shè)計要求。

5 沉降觀測

1)觀測點位的布設(shè)。一般軟土路段每100 m布設(shè)一觀測斷面，在一般處理段、過渡段接頭處離開接頭各10 m的位置分別設(shè)置一組沉降觀測點，以觀測不同處理方案的沉降差異。在地質(zhì)情況明顯變化的分界線兩側(cè)各10 m處，應(yīng)分別布置一組沉降觀測點。

2)觀測頻率。樁頂填土施工期間每填兩層或每3 d觀測一次，直至穩(wěn)定再轉(zhuǎn)入正常觀測。正常觀測每月觀測一次，至交工驗收。

3)水準點的設(shè)置。水準點應(yīng)設(shè)在不受垂直和水平方向變形影響的堅固的地基或巖石山體等處，并以通視無礙、方便觀測為佳，每三個月對設(shè)置的臨時水準點校核一次。

6 操作注意事項

1)攪拌頭翼片的枚數(shù)、寬度、與攪拌軸的垂直夾角、攪拌頭的回轉(zhuǎn)數(shù)、提升速度相互匹配，確保加固深度范圍內(nèi)任何部位的土體攪拌次數(shù)在20次以上。

2)鉆機就位后的垂直度偏差不大于1%(垂球法檢測，經(jīng)緯儀配合抽檢)，在鉆機四個支座處加設(shè)較大面積的鋼板，使鉆機在鉆進過程中保持平穩(wěn)，鉆進時要經(jīng)常檢查垂直度，如發(fā)現(xiàn)偏差則立刻調(diào)整;在水泥攪拌樁開始鉆進時保持較慢的鉆進速度，待機身穩(wěn)定后再加快速度。

3)配制水泥漿時嚴格按照水灰比進行，使水泥漿比重控制在1.791 g/cm3，水泥用量誤差不大于8%，以保證樁體的質(zhì)量，隨時用比重計檢測水泥漿比重。施工時泵送水泥漿必須連續(xù)，水泥漿用量以及泵送水泥漿的時間采用電腦流量計記錄。配備好的漿液不得離析，停滯時間不得過長，超過2 h的漿液不得使用。

4)灰漿泵輸漿量、灰漿經(jīng)輸漿管到達噴漿口時間以及鉆頭起吊提升速度按試驗確定參數(shù)進行。

在鉆至設(shè)計樁長攪拌噴漿30 s后提鉆，確保底部有足夠的灰量，提鉆速度為1.0 m/min，確保攪拌均勻。施工時應(yīng)嚴格控制噴漿時間、停漿時間和噴漿量，確保水泥攪拌樁質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)噴漿量不足時，應(yīng)整樁復(fù)打。

5)前臺操作與后臺供漿應(yīng)密切配合，前臺攪拌機噴漿提升的次數(shù)和速度與試驗樁已確定的施工工藝參數(shù)相吻合。

泵送漿液前，管路應(yīng)保持潮濕，以利輸漿。供漿必須連續(xù)，拌和必須均勻。后臺供漿停機時，及時通知前臺以防止斷樁和缺漿。一旦因故停漿，為防止斷樁和缺漿，使攪拌樁機下沉至停漿點以下0.5 m，待恢復(fù)供漿時再噴漿提升。停機后3 h，將輸漿管拆下，妥為清洗。噴漿攪拌提升的速度和攪拌次數(shù)符合設(shè)計及施工工藝要求，噴漿量及提升速度等由流量計控制并有專人記錄。

噴漿時要密切注意壓力表所顯示的壓力，防止輸漿管堵塞，造成爆管。

6)水泥攪拌樁施工過程中做好施工記錄——施工的孔位、孔深，每個樁位地下障礙物、洞穴、涌水及工程地質(zhì)情況現(xiàn)場應(yīng)作詳細記錄;操作人員打樁記錄內(nèi)容:樁號、日期、天氣情況;噴漿深度、停漿標高;灰漿泵壓力;下鉆和提升速度;水泥漿流量;復(fù)攪深度。

7 結(jié)語

1)水泥深層攪拌樁軟基處理技術(shù)工藝成熟，適宜處理淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭土和粉土，其質(zhì)量控制點貫穿施工的全過程，下鉆深度、下鉆和提升速度、噴漿(粉)數(shù)量、?；覙烁?、復(fù)攪深度、復(fù)攪次數(shù)等指標必須嚴格控制才能確保工程質(zhì)量，全方位全過程的施工監(jiān)督管理非常重要。2)水泥攪拌樁復(fù)合地基屬于彈性或半剛性地基，從本項目的施工情況看，工后沉降量達到50 mm～140 mm，對于工后沉降要求較高的慎重采用。