軟基處理方法的探討——釘型雙向水泥土攪拌樁法

羅天右 郭興春

(河南 鄭州 450000)

在軟土地基上修建高等級(jí)公路時(shí)首先必須對(duì)軟基進(jìn)行處理，以達(dá)到加快施工進(jìn)度、提高地基承載力、增加地基穩(wěn)定性及減小工后沉降等目的。目前軟土地基處理方法有很多種，各種方法均有其優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況和施工條件選擇合理的處理方法。例如，塑料排水板預(yù)壓法施工周期長(zhǎng)、PHC高壓預(yù)應(yīng)力管樁、注漿樁、素混凝土鉆孔樁雖然效果更好但費(fèi)用昂貴，其他如振動(dòng)沉管法(素混凝土灌注樁、Y型樁、薄壁管樁等)存在質(zhì)量難控制、有擠土振動(dòng)等不良影響。而水泥攪拌樁具有施工簡(jiǎn)單、快速、振動(dòng)小、擠土效應(yīng)弱、無(wú)公害等優(yōu)點(diǎn)，并能有效地控制軟土地基的穩(wěn)定性，減少和控制沉降量的特點(diǎn)，主要用于加固淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和含水量較高且地基承載力不大于120kPa的地基，也是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的在軟弱地基處理和基坑支護(hù)中應(yīng)用比較廣泛的一種方法。

釘型雙向水泥土攪拌樁施工功法通過(guò)在鄭盧高速公路洛寧至盧氏段LSTJ－6標(biāo)段的成功應(yīng)用，并經(jīng)過(guò)技術(shù)人員的攻關(guān)和施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，形成的施工方法。對(duì)我們?cè)谝院蟮能浲恋鼗幚碇刑峁┝藢氋F的施工經(jīng)驗(yàn)。本工程軟基處理段位于LSTJ－6標(biāo)段k105+450～k105+550范圍內(nèi)。地面高程在340m～342m之間。路基地處楊溝河老河道，土質(zhì)為淤泥，深度大于6米，設(shè)計(jì)施工方法為釘型雙向水泥土攪拌樁施工方法對(duì)此處進(jìn)行軟基處理。

1 施工方法的特點(diǎn)

1.1 同心雙軸。確保施工過(guò)程中，鉆桿的垂直與穩(wěn)定。

1.2 雙軸雙向旋轉(zhuǎn)。雙軸雙向旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)兩組攪拌葉片同時(shí)雙向旋轉(zhuǎn)，能夠保證水泥漿在樁體中的摻入量，不會(huì)出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象;同時(shí)能夠保證樁身水泥土充分?jǐn)嚢杈鶆?，確保成樁質(zhì)量和樁身質(zhì)量。

1.3 雙軸同心兩組攪拌葉片同時(shí)雙向旋轉(zhuǎn)。僅需兩攪一噴，使功率提高一倍以上。

1.4 施工機(jī)具簡(jiǎn)單。施工設(shè)備可利用常規(guī)水泥攪拌樁設(shè)備的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、鉆桿以及鉆頭進(jìn)行加工改裝，易于廣泛推廣。

1.5 充分利用軟土。利用深層攪拌機(jī)現(xiàn)場(chǎng)將土體和水泥固化劑強(qiáng)制進(jìn)行攪拌，充分利用軟土，避免了大量的挖掘和棄土。

1.6 對(duì)周圍環(huán)境污染。在加固過(guò)程中對(duì)周圍土體無(wú)擾動(dòng)，施工時(shí)無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音、對(duì)周圍環(huán)境無(wú)污染。

2 施工工藝

2.1 工藝原理

釘型雙向深層水泥土攪拌樁處理軟土地基系指利用水泥等材料作為固化劑，通過(guò)特制的雙向攪拌機(jī)械，在軟基深層處將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，由固化劑和軟土間產(chǎn)生一系列的物理和化學(xué)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)度的水泥土攪拌樁。這種水泥土攪拌樁與樁周土體一起組成復(fù)合地基，從而達(dá)到地基承載力提高，減少地基沉降的目的。

2.2 施工工藝圖

釘型雙向深層水泥土攪拌樁及固化粉煤灰施工工藝圖

2.2.1 施工場(chǎng)地平整，標(biāo)示樁孔位置，對(duì)軸線和樁位進(jìn)行復(fù)檢，并同監(jiān)理單位辦好簽證手續(xù)。

2.2.2 樁機(jī)進(jìn)場(chǎng)就位、對(duì)中調(diào)平。原材料進(jìn)場(chǎng)檢測(cè)。

2.2.3 按設(shè)計(jì)確定的配合比拌制水泥漿。

2.2.4 進(jìn)行打樁流程，同時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范確定的速度升降攪拌機(jī)。

2.2.5 移位。重復(fù)上述步驟，再進(jìn)行下一根樁的施工。

2.2.6 滿足檢測(cè)條件時(shí)進(jìn)行樁體的質(zhì)量檢測(cè)，之后進(jìn)行樁頂以上部分的固化粉煤灰填筑施工。

3 施工技術(shù)

3.1 施工前準(zhǔn)備工作

3.1.1 施工前根據(jù)地質(zhì)資料和設(shè)計(jì)文件，了解現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況、水文情況、土層土質(zhì)情況，根據(jù)設(shè)計(jì)文件的要求，確定合理可行的施工順序。

3.1.2 搞好“三通一平”查明并確定場(chǎng)施工地內(nèi)自來(lái)水管道、高壓燃?xì)夤艿篮妥蠓ㄓ嵕€桿的位置和標(biāo)高，采取必要措施，以免因施工而破壞。

3.1.3 認(rèn)真做好測(cè)量、放樣工作。復(fù)核臨近的導(dǎo)線點(diǎn)，并加固、加密、保護(hù)好控制點(diǎn)。在施工場(chǎng)地附近增設(shè)臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)，并符合相應(yīng)等級(jí)精度要求。用全站儀測(cè)放出道路中線和水泥土攪拌樁樁位，并用木樁標(biāo)記、定位。施工范圍內(nèi)的管道、線桿應(yīng)在相應(yīng)距離做好探溝或標(biāo)記。

3.1.4 對(duì)水泥土攪拌樁的水泥土配合比做出強(qiáng)度驗(yàn)證試驗(yàn)。對(duì)于設(shè)計(jì)給出的水灰比范圍，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況做出調(diào)整，以得出最佳的水灰比，并做出相應(yīng)的水泥漿比重結(jié)果，以便現(xiàn)場(chǎng)施工控制。進(jìn)場(chǎng)的原材料應(yīng)及時(shí)、準(zhǔn)確的抽樣檢測(cè)，并做好原材料的存放、保護(hù)，嚴(yán)禁使用不合格原材料。

3.2 施工步驟

釘形水泥土雙向攪拌樁施工步驟圖

a步驟:攪拌機(jī)就位。攪拌機(jī)到指定樁位并對(duì)中。

b步驟:噴漿下沉。使攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架向下切土，同時(shí)開(kāi)啟送漿泵向土體噴水泥漿，兩組葉片同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)(外鉆桿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，內(nèi)鉆桿順時(shí)針旋轉(zhuǎn))切割、攪拌土體，攪拌機(jī)持續(xù)下沉，直到擴(kuò)大頭設(shè)計(jì)深度。

c步驟:施工下部樁體。改變內(nèi)、外鉆桿的旋轉(zhuǎn)方向，將攪拌葉片收縮到下部樁體直徑。噴漿切土下沉。兩組葉片同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)切割、攪拌土體，攪拌機(jī)持續(xù)下沉，直到設(shè)計(jì)深度，在樁端應(yīng)就地持續(xù)噴漿攪拌10秒以上。

d步驟:提升攪拌。攪拌機(jī)提升、關(guān)閉送漿泵，兩組葉片同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，直至擴(kuò)大頭地面標(biāo)高。

e步驟:伸展葉片。改變內(nèi)外鉆桿的旋轉(zhuǎn)方向，將攪拌葉片伸展至擴(kuò)大頭徑。提升攪拌。提升鉆桿，兩組葉片同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，直到地表。

f步驟:切土下沉。攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架向下切土，同時(shí)開(kāi)啟送漿泵，向土體噴水泥漿，兩組葉片同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)切割、攪拌土體，攪拌機(jī)持續(xù)下沉，直到擴(kuò)大頭設(shè)計(jì)深度。

g步驟:提升攪拌。關(guān)閉送漿泵，兩組葉片同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，直到地表，完成單樁施工。

4 質(zhì)量控制

4.1 施工過(guò)程控制

4.1.1 施工前應(yīng)確定灰漿泵輸漿量、灰漿經(jīng)輸漿管到達(dá)攪拌機(jī)噴漿口的時(shí)間和起吊設(shè)備提升速度等施工參數(shù)，擴(kuò)大樁頭部分采用二噴四攪工藝，下部樁體采用一噴二攪工藝，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求通過(guò)工藝性成樁試驗(yàn)確定施工工藝。

4.1.2 當(dāng)水泥漿液到達(dá)出漿口后，應(yīng)噴漿攪拌30s，與樁端土充分?jǐn)嚢韬螅匍_(kāi)始提升攪拌頭。

4.1.3 攪拌機(jī)預(yù)攪下沉?xí)r不宜沖水，當(dāng)遇到硬土層下時(shí)，方可適量沖水，但應(yīng)考慮沖水對(duì)樁身強(qiáng)度的影響。

4.1.4 施工時(shí)如因故停漿，應(yīng)將攪拌頭下沉至停漿點(diǎn)以下0.5m出，待恢復(fù)供漿時(shí)再噴漿攪拌提升。若停機(jī)超過(guò)三小時(shí)，宜先拆卸輸漿管路，并妥加清洗。

4.1.5 當(dāng)攪拌樁頂接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，應(yīng)特別注意樁頭的施工質(zhì)量，樁頂1—1.5m范圍內(nèi)增加噴漿攪拌一次。同時(shí)攪拌自地面以下1m噴漿攪拌樁提升出地面時(shí)，宜慢速;當(dāng)噴漿口至樁頂標(biāo)高時(shí)，宜停止提升，繼續(xù)攪拌10—20s，以保證樁頭密實(shí)均勻。

4.2 樁身質(zhì)量檢測(cè)

4.2.1 釘形水泥土雙向攪拌樁成樁7天后采用淺部開(kāi)挖觀察樁體成型情況和攪拌均勻程度，并可檢驗(yàn)樁身直徑，作好記錄，檢查頻率為1‰，且不少于3根。

4.2.2 釘形水泥土雙向攪拌樁成樁28天后應(yīng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和取芯進(jìn)行室內(nèi)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試。為保證試塊尺寸，鉆孔直徑不小于108mm。檢驗(yàn)樁數(shù)就在隨機(jī)抽取總數(shù)的5‰，且不少于3根。對(duì)釘形水泥土雙向攪拌樁擴(kuò)大頭部分宜在小直徑樁外取芯，通過(guò)芯樣對(duì)樁長(zhǎng)、擴(kuò)大頭長(zhǎng)度、強(qiáng)度、均勻行等綜合評(píng)價(jià)。

4.3 承載力檢測(cè)

4.3.1 釘形水泥土雙向攪拌樁復(fù)合地基承載力檢驗(yàn)采用復(fù)合地基靜載試驗(yàn)和單樁載荷載試驗(yàn)。

4.3.2 載荷試驗(yàn)必須在樁身強(qiáng)度滿足荷載試驗(yàn)條件，并宜在成樁28天后進(jìn)行。檢驗(yàn)數(shù)量為總樁數(shù)的1‰－2‰，且每個(gè)單項(xiàng)工程不少于3點(diǎn)。

5 環(huán)境保護(hù)措施

5.1 施工場(chǎng)地布設(shè)符合相關(guān)環(huán)保要求。施工現(xiàn)場(chǎng)的布設(shè)減少占用土地，強(qiáng)化環(huán)保管理，定期進(jìn)行環(huán)境檢查，做到文明施工。工地干凈衛(wèi)生，盡量減少對(duì)周圍綠化環(huán)境的影響和破壞。

5.2 職業(yè)危害的防護(hù)措施。施工現(xiàn)場(chǎng)主要的職業(yè)危害有噪聲、粉塵、接觸等，為保證職工身體健康，減少職業(yè)病的發(fā)生。

5.3 廢渣的堆積和廢棄不影響排灌系統(tǒng)與排灌設(shè)施。

5.4 對(duì)廢土方的堆放點(diǎn)統(tǒng)籌安排，堆放點(diǎn)不壓蓋植被，盡可能選擇荒地。及時(shí)對(duì)棄土堆放進(jìn)行整理成形。

6 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

通過(guò)釘型雙向深層水泥土攪拌樁施工方法代替預(yù)應(yīng)力管樁施工方法總結(jié)到，釘型雙向深層水泥土攪拌樁是利用土被鉆頭原地旋轉(zhuǎn)攪拌并與固化劑進(jìn)行拌合后成樁，不會(huì)對(duì)周圍土體及附近構(gòu)造物產(chǎn)生擠壓和振動(dòng);能充分利用軟土，避免了大量挖掘和棄土;施工過(guò)程中無(wú)噪音、污染，對(duì)周圍環(huán)境無(wú)不良影響;應(yīng)用了路堤樁工作受力的特點(diǎn)，可代替價(jià)格昂貴的預(yù)應(yīng)力管樁等剛性樁處理軟基路段降低工程造價(jià)，對(duì)軟土地基處理深度比較深的地段施工具有重要的推廣應(yīng)用意義。