水泥攪拌樁質(zhì)量事故處理

鄧水來

近年來，水泥攪拌樁復(fù)合地基在軟土地基處理中的應(yīng)用日益廣泛，由于各種原因造成的質(zhì)量事故也時(shí)有發(fā)生。這類問題因工程工期緊迫，急需進(jìn)行下一步施工及工程造價(jià)等因素影響而較難處理。造成水泥攪拌樁質(zhì)量事故的因素大致有樁體強(qiáng)度不合格，樁體強(qiáng)度不均勻，樁長不足，樁端未進(jìn)入持力層或進(jìn)入持力層深度不足，樁體傾斜度過大等。這些因素最終會(huì)造成單樁承載力或復(fù)合地基承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求。采取補(bǔ)救措施，有效解決承載力不足問題，水泥攪拌樁的質(zhì)量問題也就迎刃而解。下面結(jié)合工程實(shí)例介紹換填法處理水泥攪拌樁質(zhì)量事故的原理和方法。

1 工程概況

東莞生態(tài)園某市政道路工程穿越魚塘和菜地，按照設(shè)計(jì)要求，淤泥深度超過4 m的采用水泥攪拌樁處理軟基。水泥攪拌樁的設(shè)計(jì)參數(shù)為:樁徑55 cm，按梅花形布置，中心間距1.3 m，水泥土設(shè)計(jì)強(qiáng)度平均值fcu=1.6 MPa，單樁承載力特征值Ra＞126 kN，復(fù)合地基承載力特征值fspk＞100 kPa。

水泥攪拌樁施工完成，水泥土達(dá)到90 d齡期后按規(guī)范要求對(duì)水泥攪拌樁進(jìn)行了抽檢，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在魚塘區(qū)域內(nèi)的水泥攪拌樁其中有1根樁的水泥土強(qiáng)度平均值只有1.2 MPa，小于設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度，強(qiáng)度不合格，有2根樁的單樁承載力特征值只有101 kN，小于設(shè)計(jì)要求的承載力。通過分析鉆芯取出的水泥土，發(fā)現(xiàn)樁頂以下約2 m～3 m深的水泥土強(qiáng)度較低。在現(xiàn)場取得土樣，檢測發(fā)現(xiàn)樁頂以下約2 m～3 m深的淤泥的有機(jī)物含量較高。由于這些淤泥的有機(jī)物含量較高，水泥土無法固結(jié)，造成水泥土強(qiáng)度不足，導(dǎo)致水泥攪拌樁的承載力不足。魚塘區(qū)域內(nèi)約有3 000多根水泥攪拌樁，每根樁的設(shè)計(jì)深度為5 m～7 m。

為了處理這一質(zhì)量問題，提出了三個(gè)處理方案:

1)補(bǔ)打水泥攪拌樁，縮小水泥攪拌樁的間距，降低單樁的承載力要求;

2)在水泥攪拌樁周圍增加打入松木樁，由松木樁分擔(dān)一部分受力;

3)換填處理，將淺層的淤泥和水泥攪拌樁一并挖除，換填內(nèi)摩擦角較大、穩(wěn)定性較好的材料，以提高地基承載力。打水泥攪拌樁的工期長而且費(fèi)用高，打松木樁的工期短但費(fèi)用高，考慮施工工期和施工費(fèi)用等因素，經(jīng)對(duì)比，換填處理方案為最優(yōu)方案。

2 復(fù)合地基承載力計(jì)算

其中，Ra為單樁豎向承載力特征值，kN;Ap為水泥攪拌樁截面面積，m2;η為樁身水泥土強(qiáng)度折減系數(shù);fcu為90 d齡期水泥土抗壓強(qiáng)度平均值，kPa。

按設(shè)計(jì)，水泥土平均強(qiáng)度fcu0=1.6 MPa，單樁承載力特征值:

水泥土實(shí)際平均強(qiáng)度fcu1=1.2 MPa，由式(1)和式(3)計(jì)算出理論單樁承載力特征值:

現(xiàn)場試驗(yàn)測得實(shí)際單樁承載力特征值為Ra2=101 kN。

所以取單樁承載力特征值101 kN來計(jì)算復(fù)合地基承載力。

水泥攪拌樁平面布置圖見圖1。

其中，fspk為復(fù)合地基承載力特征值，kPa;Ra為單樁豎向承載力特征值，kN;Ap為水泥攪拌樁截面面積，m2;A為1根樁所承擔(dān)的處理面積;m為面積置換率;fsk為樁間土天然地基承載力特征值，kPa;β為樁間土承載力折減系數(shù)。設(shè)fspk0為設(shè)計(jì)復(fù)合地基承載力特征值，kPa;fspk1為理論復(fù)合地基承載力特征值，kPa。

設(shè)計(jì)復(fù)合地基承載力特征值:

理論復(fù)合地基承載力特征值:

已知fspk0=100 kPa，由式(8)和式(9)可求得不合格樁區(qū)域內(nèi)的理論復(fù)合地基承載力特征值:fspk1=82.88 kPa。

3 換填深度計(jì)算

按設(shè)計(jì)要求，三樁壓板試驗(yàn)測得的復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)大于100 kPa。

三根樁處理的軟基面積為:

壓板試驗(yàn)用的鋼板的半徑:

圓形面積上均布荷載作用下，圓形中點(diǎn)以下的附加應(yīng)力最大，深度為z處的附加應(yīng)力為:

其中，P為圓形面積上的均布荷載。

查GB 50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范中附錄K.0.3可得圓形面積上均布荷載作用下中點(diǎn)的附加應(yīng)力系數(shù)α，取P=100 kPa。

當(dāng) z/r=1.1 時(shí)，α =0.595。

當(dāng) z/r=1.2 時(shí)，α =0.547。

將水泥攪拌樁復(fù)合地基作為軟弱下臥層，根據(jù)GB 50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范，當(dāng)?shù)鼗芰臃秶鷥?nèi)有軟弱下臥層時(shí)應(yīng)按下式驗(yàn)算地基承載力:

其中，Pz為相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)軟弱下臥層頂面處的附加壓力值;PCz為軟弱下臥層頂面處土的自重壓力值;faz為軟弱下臥層頂面處經(jīng)深度修正后地基承載力特征值，假定與水泥攪拌樁理論復(fù)合地基承載力特征值fspk1相等，則faz=82.88 kPa。

取土的容重γ=18 kPa/m。

當(dāng) z/r=1.1 時(shí)，z=1.1 ×r=1.1 ×1.2=1.32 m。

Pz1+PCz1=59.50+23.76=83.26 ＞ 82.88 kPa，不能滿足Pz+PCz≤faz的要求。

當(dāng) z/r=1.2 時(shí)，z=1.2 ×r=1.2 ×1.2=1.44 m。

Pz2+PCz2=54.70+25.92=80.62 ＜82.88 kPa，能滿足 Pz+PCz≤faz要求。所以換填深度應(yīng)大于1.44 m，取換填深度1.5 m。

4 換填施工

劃線定出有質(zhì)量問題的水泥攪拌樁的區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)首先全部挖除原樁頂以下1.5 m深度范圍內(nèi)的淤泥和水泥攪拌樁，再填筑一層30 cm厚的級(jí)配碎石褥墊層，以便分散受力，充分發(fā)揮攪拌樁的作用。填好級(jí)配碎石褥墊層后，再用內(nèi)摩擦角較大、穩(wěn)定性較好的材料回填(如圖2所示)。分層回填，用壓路機(jī)壓實(shí)，直至回填到原來樁頂標(biāo)高位置。按照就地取材、節(jié)約工程成本的原則，本工程采用了山皮石作為回填材料。

5 處理效果評(píng)價(jià)

采用上述的方法換填處理之后，按規(guī)范要求測定路基的彎沉。結(jié)果表明，路基的彎沉完全能滿足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過沉降觀測，路基沉降值小于設(shè)計(jì)要求，工程質(zhì)量合格。用最短的時(shí)間，花費(fèi)最小的費(fèi)用處理好了水泥攪拌樁的質(zhì)量事故，取得了較好的效果。用換填法處理水泥攪拌樁的質(zhì)量事故是可行的。

6 結(jié)語

水泥攪拌樁質(zhì)量事故引發(fā)的后果相當(dāng)嚴(yán)重，因此在施工過程中應(yīng)加強(qiáng)管理，采取科學(xué)的施工方案，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)和規(guī)范、規(guī)程施工，避免發(fā)生質(zhì)量事故或把發(fā)生質(zhì)量事故的可能性降低到最小限度。對(duì)已出現(xiàn)問題的樁基，應(yīng)掌握詳盡而準(zhǔn)確的現(xiàn)場資料，透徹地分析事故原因，制訂出安全而又經(jīng)濟(jì)的處理方案。

[1]DBJ 15-38-2005，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S］.

[2]GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S］.

[3]歐陽志峰.水泥攪拌樁在軟土地基中的設(shè)計(jì)與施工[J］.山西建筑，2010，36(18):92-93.