水泥攪拌樁復(fù)合地基分析與應(yīng)用

鞏 燕 李晶晶 葛 飛 宋艷艷 王華瑞

（1.西平縣建筑工程勘測(cè)設(shè)計(jì)室，河南 西平 463900；2.西平縣城市規(guī)劃設(shè)計(jì)室，河南 西平 463900）

0 引言

水泥攪拌樁是加固飽和軟土地基的一種方法，利用水泥和軟土之間產(chǎn)生的物理化學(xué)反應(yīng)，將軟土加固成具有整體性、水穩(wěn)定性、強(qiáng)度高的地基。加固過(guò)程充分利用了原土地基，具有施工方便、成本低、加固軟土較深的優(yōu)點(diǎn)。

水泥深層攪拌有干法和濕法兩種，區(qū)別在于干法往土體中加入的是水泥粉，而濕法加入的則是水泥漿，可以根據(jù)軟土中含水量確定采用哪種方式。水泥的攪拌法能在邊坡支護(hù)、水利工程、復(fù)合地基中廣泛應(yīng)用，通過(guò)攪拌樁形成的水泥墻、防滲墻具有良好的支護(hù)、防水作用，對(duì)提高地基承載力，減小地基變形有很好的效果。但目前對(duì)水泥攪拌樁法的加固機(jī)理和破壞機(jī)理等理論研究還存在一定的缺陷，在應(yīng)用過(guò)程中會(huì)遇到各種問(wèn)題，通常在施工時(shí)先通過(guò)試驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)的荷載試驗(yàn)、原味測(cè)試等來(lái)確定攪拌樁的適用性、施工工藝以及技術(shù)參數(shù)等。

1 水泥攪拌樁復(fù)合地基的工程特性分析

1.1 水泥攪拌樁復(fù)合地基的加固機(jī)理

水泥和軟土的硬化機(jī)理和水泥混凝土的硬化有一定的不同，在混凝土中主要是水泥的水解和水化作用，凝結(jié)速度和強(qiáng)度提高都比較快，在軟土中水泥摻加量大概占到土體的15%，相對(duì)含量少，拌和上也達(dá)不到混凝土的充分程度，加上軟土的松散，具有一定的活性，導(dǎo)致水泥的硬化復(fù)雜，過(guò)程緩慢。其加固土體的機(jī)理通常有以下三個(gè)過(guò)程：

水泥水解和水化反應(yīng)，主要受到含水量的影響，在土體含水率小時(shí)如果采用干法施工，會(huì)造成，施工難度大，水泥不能充分水解和水化，影響加固效果。

粘土顆粒和水泥水化產(chǎn)物的作用，水泥水化反應(yīng)的產(chǎn)物會(huì)和土體產(chǎn)生離子交換和凝結(jié)作用，水泥水解和水化越徹底，硬化效果就越好。

碳酸化作用，通過(guò)水泥水化產(chǎn)物的膠結(jié)作用，加強(qiáng)土體的強(qiáng)度，在施工中要強(qiáng)制攪拌，避免出現(xiàn)土塊和水泥團(tuán)，攪拌越充分，混合土越均勻，土體總體強(qiáng)度就越大。

1.2 水泥攪拌樁復(fù)合地基的破壞形式

樁間土的破壞主要發(fā)生在淺層土體，樁體通常不會(huì)出現(xiàn)單個(gè)的破壞現(xiàn)象，在個(gè)別樁體達(dá)到承載力極限狀態(tài)后，其他樁會(huì)分擔(dān)更多的上部荷載，在多數(shù)樁體沒(méi)有達(dá)到承載力極限狀態(tài)時(shí)，很少會(huì)發(fā)生單個(gè)樁體的破壞、下沉。

根據(jù)水泥攪拌樁的應(yīng)力應(yīng)變曲線，可以將復(fù)合地基的破壞形式分為幾個(gè)階段，在加荷載初期，水泥攪拌樁首先達(dá)到允許承載力，隨著荷載的不斷增大，樁體承受大于本身的允許荷載，但樁間土還在允許荷載范圍內(nèi)，接著樁和樁間土?xí)嗬^達(dá)到極限狀態(tài)，最終導(dǎo)致樁下的剪切面擴(kuò)大，形成連續(xù)的一個(gè)破壞面，這時(shí)的荷載也即是復(fù)合地基的極限承載力。

2 水泥攪拌樁的施工工藝

2.1 深層攪拌樁的施工

法通過(guò)深層攪拌機(jī)械，將地基深層土體和水泥系固化劑進(jìn)行強(qiáng)制拌和，形成水泥土圓柱體。施工工藝上有水泥漿液攪拌法、水泥粉體攪拌法、夯實(shí)水泥土樁法以及高壓旋噴攪拌法等。

用到的施工機(jī)械設(shè)備有深層攪拌機(jī)、制備固化劑系統(tǒng)以及起吊設(shè)備。目前常用的深層攪拌機(jī)有SJB-30型深層雙軸攪拌機(jī)、DJB-1D4型深層單軸攪拌機(jī)和SZB-600型深層單軸攪拌機(jī)。選擇時(shí)要根據(jù)施工工藝、樁體尺寸等確定。

施工流程包括：起重機(jī)定位—預(yù)攪下沉—制備水泥漿—提升噴漿攪拌—重復(fù)上下攪拌—清洗管路—機(jī)具移位。施工時(shí)要保證灰漿的輸送量，起吊設(shè)備要保持平衡，保證電壓穩(wěn)定和水的溫度不易太高，施工開(kāi)始后要連續(xù)進(jìn)行，暫停復(fù)工時(shí)要將攪拌頭下沉到已完成點(diǎn)0.5米，在較硬土層上采用沖水方式時(shí)要考慮含水量增加對(duì)樁體強(qiáng)度的影響?？刂茦扼w的水平偏差不超過(guò)50mm，傾斜度不超過(guò)1%，樁徑偏差小于4%。記錄每次攪拌頭下沉的深度和提升時(shí)間，下沉深度誤差不超過(guò)10cm，時(shí)間誤差小于5s。

2.2 粉噴樁施工

施工機(jī)械主要有粉塵發(fā)射器、空氣壓縮機(jī)、攪拌鉆頭和鉆機(jī)。施工流程為將鉆機(jī)就位對(duì)中—下鉆—提升噴射攪拌—下沉重復(fù)攪拌—鉆機(jī)移位。

施工時(shí)要檢查各項(xiàng)儀器、設(shè)備完好，施工過(guò)程連續(xù)進(jìn)行，需要搭接時(shí)中間間隔時(shí)間不能超過(guò)8h，停電等意外情況發(fā)生時(shí)，要在設(shè)計(jì)部門的指導(dǎo)下，采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施。在強(qiáng)度低的含水軟土中，要防治空氣壓縮帶來(lái)的土體液化，在下鉆的同時(shí)噴射水泥粉，改善土體的稠度。在噴粉時(shí)為了保證正常進(jìn)行，要使灰缸內(nèi)內(nèi)氣壓稍大于管道氣壓，施工中時(shí)刻觀測(cè)機(jī)械狀況，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)及時(shí)停鉆檢查，情況嚴(yán)重時(shí)要重新鉆打。

3 水泥攪拌樁施工中常見(jiàn)問(wèn)題和質(zhì)量控制措施

3.1 施工中常見(jiàn)問(wèn)題的處理

深層攪拌樁和粉噴樁在施工過(guò)程中如果操作不當(dāng)，很容易出現(xiàn)翻灰、翻漿、噴射和攪拌不均勻以及沉樁等現(xiàn)象，影響加固效果。

施工前要認(rèn)真了解軟土的特性，知道應(yīng)該注意的關(guān)鍵操作，嚴(yán)格按照施工工藝進(jìn)行，對(duì)常見(jiàn)的問(wèn)題要等及時(shí)處理。通常造成出現(xiàn)翻灰、翻漿的問(wèn)題發(fā)生在有硬粘層夾層的地段和承壓滯水層地段，采用正向鉆進(jìn)和反向鉆進(jìn)相結(jié)合的方式快速穿過(guò)夾層，搞清楚承壓水的范圍和的厚度，在樁間設(shè)置排水孔等。針對(duì)攪拌不均勻的情況要降低提鉆速度，加強(qiáng)工程管理，在樁頂三分之一的樁長(zhǎng)要進(jìn)行復(fù)噴。

3.2 質(zhì)量控制措施

施工前的質(zhì)量控制，施工前要對(duì)使用的材料、機(jī)械設(shè)備做好檢測(cè)工作，施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，熟悉操作過(guò)程以及出現(xiàn)問(wèn)題的應(yīng)急措施。進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)和原位測(cè)試，對(duì)施工工藝提前驗(yàn)證。

施工過(guò)程中，做好配合比試驗(yàn)設(shè)計(jì)，篩除水泥中的塊體，攪拌時(shí)防治水泥漿的離析，對(duì)軟土進(jìn)行預(yù)攪，保證拌和的均勻性。在壓漿時(shí)保持連續(xù)性，保持管道的暢通，不能發(fā)生堵塞現(xiàn)象，控制攪拌的下沉和提升速度，以利于加固范圍內(nèi)都得到充分?jǐn)嚢?。施工機(jī)械要保持平整，導(dǎo)向架垂直于地面，水泥攪拌樁作為支護(hù)和隔水結(jié)構(gòu)時(shí)，保證施工段的額連續(xù)性，相鄰樁的施工間隔不能超過(guò)24小時(shí)。

成樁后的質(zhì)量檢查，檢查施工的原始記錄是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)樁體進(jìn)行抽檢開(kāi)挖，通過(guò)樁體的外觀，判斷拌和狀態(tài)、均勻性等。也可以利用鉆探取芯的方式，檢查拌和程度以及樁長(zhǎng)，將取出的試樣同室內(nèi)試塊進(jìn)行比較，從室內(nèi)試塊強(qiáng)度推斷復(fù)合地基的承載力值。原位測(cè)試手段采用標(biāo)準(zhǔn)貫入度等觸探方式對(duì)樁體進(jìn)行強(qiáng)度檢查。對(duì)承受豎向荷載的攪拌樁可以采用現(xiàn)場(chǎng)的荷載試驗(yàn)驗(yàn)證單樁承載力。

在使用過(guò)程中，定期的進(jìn)行沉降觀測(cè)和側(cè)向位移觀測(cè)，檢驗(yàn)加固效果。

4 水泥攪拌樁復(fù)合地基在工程中應(yīng)用

工程中應(yīng)用水泥攪拌樁加固土體時(shí)，不僅要求常規(guī)的工程地質(zhì)勘查，還要對(duì)填土層的組成、含水量以及有機(jī)質(zhì)含量詳細(xì)查明。確定各層土體的承載力特征值，計(jì)算有效樁長(zhǎng)、樁身參數(shù)、置換率、樁數(shù)，選擇合適的布樁形式，確定加固范圍，并對(duì)定期觀測(cè)沉降變形情況。

工程應(yīng)用中影響水泥攪拌樁的主要因素有樁長(zhǎng)、水泥摻加量、置換率和加荷速度四個(gè)主要方面。樁長(zhǎng)增加后，加固層和下臥層會(huì)共同承擔(dān)復(fù)合地基的變形，從而減小整個(gè)地基的沉降量，但當(dāng)樁長(zhǎng)增加到一定幅度時(shí)，減低效果就不在明顯，所以要控制樁長(zhǎng)在一個(gè)最優(yōu)的范圍內(nèi)。水泥摻加量較少時(shí)，沉降會(huì)明顯增加，但當(dāng)大于一定比例時(shí)，對(duì)降低沉降的效果就不在顯著，所以施工時(shí)不能盲目增加或減少水泥用量；置換率越大，雖然沉降減小，但花費(fèi)較大；加荷速度過(guò)快，可能引起孔隙水壓力過(guò)大，壓力消散慢，成樁后很長(zhǎng)一段時(shí)間沉降不穩(wěn)定。

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