深層水泥攪拌法在軟基處理中的應(yīng)用

摘 要：以大廣高速新建工程9標(biāo)軟基處理為工程實(shí)例，詳細(xì)介紹了采用深層攪拌法（粉噴樁）加固路基地基的原理、施工方法、施工工藝和施工注意事項(xiàng)，可為類(lèi)似工程施工提供參考。

關(guān)鍵詞：軟基處理 粉噴樁 深層攪拌法 施工工藝

中圖分類(lèi)號(hào)：TU7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（a）-0048-02

1 工程概況

大（慶）廣（州）高速河南開(kāi)封至通許段高速公路是國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，在通許縣城東北與日南國(guó)家重點(diǎn)公路相交，橫跨省道S325、省道S326，是河南省高速路網(wǎng)的重要組成部分。我公司負(fù)責(zé)施工的9標(biāo)，整個(gè)區(qū)域內(nèi)地勢(shì)平坦，地貌單一，為黃河沖積（泛濫）平原地貌，其間分布多處洼地，上覆四系河湖相粘土、砂層。以K148+508～K149+031.8段地基為例，該段路基平均填土高度為6.7 m，天然含水量接近液限，屬于半液化區(qū)，且地下水位較高（地下水離地面只有4 m左右）。其地質(zhì)情況復(fù)雜，地質(zhì)資料顯示地表0～2.3 m為高塑性粘土，軟可塑狀。2.3～4.5 m為淤泥，飽和，流塑有少量有機(jī)質(zhì)。4.5 m以下為粉質(zhì)粘土，中塑，軟可塑狀。容重均在1.79～1.87之間。且該處由地勢(shì)較低，有積水，地基承載力差。為提高地基承載力，降低路基沉降量，保證工程質(zhì)量，設(shè)計(jì)對(duì)該段路基地基進(jìn)行深層水泥攪拌（粉噴樁）加固。

2 粉噴樁加固軟土地基原理

粉噴深層攪拌法是利用壓縮空氣向軟土輸送和噴射干粉（水泥或石灰粉）利用干粉與土拌和發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改善土質(zhì)，提高地基強(qiáng)度，屬于化學(xué)加固方法。加固后可增加路基的穩(wěn)定，減少路基的沉降。其原理是壓縮空氣將粉體加固料以霧狀噴入地基深處，憑借鉆頭葉片的旋轉(zhuǎn)，使粉體加固料與原位軟土攪拌得到充分混合形樁體，與路基下軟土形成復(fù)合路基，從而使軟土硬結(jié)。干粉噴射攪拌法加固軟基，對(duì)含水量大的軟基尤為適用，以干粉作為加固料，不需向地基注入附加水份，通過(guò)吸收周?chē)浲林兴?，?lái)提高初期強(qiáng)度，從而保證路基的穩(wěn)定，減少了路基的沉降。

3 粉噴樁的設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)，該段軟基加固寬度為48.1 m，樁長(zhǎng)L=12 m，樁徑500 mm，樁距1.3 m，橫向行數(shù)38或39根，采用梅花型布設(shè)，路基攪拌樁地基加固圖如圖1所示。施工時(shí)水泥攪拌加固料采用強(qiáng)度等級(jí)為42.5的普通硅酸鹽水泥，水泥摻放量為14%，要求90 d齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1200 kPa。

4 施工工藝

由于該段路基地下含水量較高，施工時(shí)采用粉噴法，兩臺(tái)型號(hào)GPP-5樁機(jī)同時(shí)施工，施工工藝如下。

4.1 工藝性試樁

不同地區(qū)具有不同的地質(zhì)條件，為了克服施工的盲目性，確保粉噴樁加固地基達(dá)到預(yù)期效果，在大規(guī)模施工前必須進(jìn)行工藝性試樁，以掌握該場(chǎng)地的成樁經(jīng)驗(yàn)及各種操作技術(shù)參數(shù)。

4.2 對(duì)進(jìn)場(chǎng)的水泥進(jìn)行檢測(cè)

根據(jù)14%的水泥摻量，取土的平均干容重1.83 t/m3計(jì)算出每米的粉噴量為50.3 kg。

粉體發(fā)送器單位時(shí)間內(nèi)粉體的噴出量q按下式計(jì)算：

q=D12·d·aw·

式中：d為軟土的干容量；

aw為干粉摻入比，由室內(nèi)試驗(yàn)提供；

為鉆頭提升速度；

D1為鉆頭直徑。

4.3 攪拌效果的控制

攪拌機(jī)攪拌次數(shù)越多，拌和越均勻，水泥土強(qiáng)度就越高。粉和土的攪拌效果，主要用鉆頭在土體中任一點(diǎn)攪拌的次數(shù)t來(lái)控制：

t=·

式中：為鉆頭葉片垂直投影高度；

為鉆頭葉片總數(shù)；

為攪拌軸轉(zhuǎn)速；對(duì)GPP-5型機(jī)值分別28、50和92；

為鉆頭提升速度；對(duì)GPP-5型機(jī)值對(duì)應(yīng)的值分別0.48、0.8和1.47。

4.4 場(chǎng)地清理

由于工作場(chǎng)地表層硬殼很薄，需先鋪礫石，干燥土墊層，厚50 cm左右，以便機(jī)械在場(chǎng)區(qū)內(nèi)順利移動(dòng)和施鉆。不宜鋪墊碎石材料，以免給施鉆造成困難。如果場(chǎng)地填有石質(zhì)材料或植有樹(shù)木，施工時(shí)先將石質(zhì)材料、樹(shù)木及其根部挖除。

4.5 測(cè)量放樣

用經(jīng)緯儀將樁位精確放樣，標(biāo)出每根樁的位置，每一個(gè)粉噴樁的中心灑上白灰，并插一根木筷，以確保施工時(shí)對(duì)位快速準(zhǔn)確。

4.6 進(jìn)場(chǎng)設(shè)備檢測(cè)

主要檢測(cè)鉆機(jī)鉆頭尺寸是否滿(mǎn)足要求，空壓機(jī)、粉噴機(jī)、儀表是否能正常工作，噴粉記錄器的顯示數(shù)據(jù)和實(shí)際鉆進(jìn)的深度和噴粉量是否一致等。

4.7 鉆機(jī)定位

根據(jù)確定的加固樁體的位置，使鉆頭準(zhǔn)確落到樁位上。水平偏差不能超過(guò)5 cm，并使攪拌軸保持垂直。

4.8 鉆孔

啟動(dòng)攪拌鉆機(jī)，鉆頭邊旋轉(zhuǎn)邊鉆進(jìn)。為了不堵塞噴射口，噴射時(shí)不采用噴射加固材料而采用噴射壓縮空氣，空氣壓力控制在0.3～0.4 MPa。鉆進(jìn)一定深度啟動(dòng)一次，將泥沙從噴射口吹出。鉆進(jìn)時(shí)噴射壓縮空氣，可使鉆進(jìn)順利，負(fù)載扭矩小。鉆孔深度由鉆機(jī)上面的刻度盤(pán)指示（刻度盤(pán)上有指針表示鉆孔深度），樁長(zhǎng)誤差不得超過(guò)±10 cm，垂直偏差不超過(guò)1%。

4.9 噴水泥

當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，即開(kāi)啟空壓機(jī)連接水泥罐的閥門(mén)，邊提升鉆桿邊噴水泥（水泥是通過(guò)空壓機(jī)與鉆桿頂部用橡皮膠管連接，靠空氣壓力，使水泥從鉆桿內(nèi)孔穿過(guò)，由麻花鉆頭中部小孔噴射），直至孔口。沿深度方向加固的軟土量，根據(jù)發(fā)送器輸出的加固材料數(shù)量與攪拌葉片提升速度的關(guān)系確定，攪拌提升速度不得大于1.0 m/min。

4.10 重復(fù)攪拌

提升結(jié)束，樁體形成，當(dāng)鉆頭提升至距離地面30～50 cm時(shí)，發(fā)送器停止向孔內(nèi)噴射粉料，成樁結(jié)束。為使水泥攪拌均勻，對(duì)其復(fù)鉆是必要的，一般復(fù)鉆深度為設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)的2/3。由于裝置的回路是封閉的，在回路內(nèi)輸送過(guò)程中，粉體不會(huì)向空中噴發(fā)與飛散。在攪拌鉆頭距地表30～50 cm處停止噴粉，則粉粒不會(huì)溢出地面。

4.11 鉆機(jī)移位

鉆具提升至地面后，鉆機(jī)移位對(duì)孔，按上述步驟進(jìn)行下一根樁的施工。

5 施工注意事項(xiàng)

在施工過(guò)程中除嚴(yán)格按照上述施工工藝進(jìn)行外，同時(shí)必須注意以下事項(xiàng)。

5.1 水泥用量的控制

水泥用量的多少，噴射的均勻性，是粉噴樁質(zhì)量好壞的關(guān)鍵，應(yīng)注意水泥單位時(shí)間的噴射量和水泥噴射的時(shí)間同步；在噴粉時(shí)灰罐內(nèi)的氣壓比管道內(nèi)的氣壓高出0.02～0.05 MPa確保正常送粉；粉體噴射機(jī)安裝位置與攪拌機(jī)施工最遠(yuǎn)距離不超過(guò)60 m，否則灰管阻力增大，送灰量不穩(wěn)定。水泥用量的誤差不得大于±1%。

5.2 防止管道堵塞造成斷樁

管道堵塞一般有三種情況。一是鉆機(jī)鉆孔時(shí)，泥沙進(jìn)入鉆頭中部小孔將鉆頭內(nèi)空心部分堵死。對(duì)于這種情況，鉆機(jī)開(kāi)鉆后，不能長(zhǎng)時(shí)間關(guān)閉空壓機(jī)，應(yīng)等鉆進(jìn)一定深度后啟動(dòng)一次，將泥沙吹出。第二種情況是突然停電，地下水進(jìn)入小孔，水泥與水起反應(yīng)將鉆頭堵住，使水泥無(wú)法噴射。這時(shí)，可分兩步處理，如果時(shí)間在1～2 h內(nèi)，可以不拔鉆桿，來(lái)電后再吹出水泥混合物。如果估計(jì)時(shí)間較長(zhǎng)，應(yīng)啟用備用電機(jī)。第三種情況是在粉體發(fā)送器中有一個(gè)氣水分離器，用于收集因壓縮空氣而產(chǎn)生的凝結(jié)水，施工時(shí)應(yīng)經(jīng)常排除分離器中的積水，防止因水份進(jìn)入鉆桿而堵塞送粉通道。

5.3 保證計(jì)量裝置的準(zhǔn)確性

粉噴樁機(jī)必須配置粉料計(jì)量裝置，嚴(yán)禁無(wú)計(jì)量裝置或計(jì)量不準(zhǔn)的噴粉機(jī)投入使用，并記錄水泥的瞬時(shí)噴入量和累計(jì)噴入量，儲(chǔ)灰罐容量應(yīng)不小于一根樁的用量加50 kg。當(dāng)上述重量不足時(shí)，不得進(jìn)行下一根樁施工。

5.4 施工中注意地質(zhì)變化

施工中發(fā)現(xiàn)鉆進(jìn)困難，電流偏高，其原因可能是遇到石塊或地下土質(zhì)過(guò)硬，此時(shí)應(yīng)減慢鉆進(jìn)速度和旋轉(zhuǎn)速度，同時(shí)判斷地質(zhì)情況變化，是否提前進(jìn)入持力層。

5.5 樁頭下陷

樁施工完成后發(fā)現(xiàn)樁頭下陷，原因是淤泥層局部呈流塑狀，含水量高，原地層經(jīng)攪動(dòng)后出現(xiàn)塌陷、壓縮或串孔現(xiàn)象，遇此類(lèi)情況，應(yīng)先用粘土或砂土回填密實(shí)重新施工。相鄰樁可采用跳開(kāi)間隔施工法，避免施工對(duì)鄰近樁造成影響。

5.6 樁頭的養(yǎng)護(hù)

因軟基的鋪筑有50 cm左右干狀土，這部分土含水量低，水泥樁頂部強(qiáng)度上來(lái)慢，不易成型。因此打完樁后，適當(dāng)給樁頭澆水養(yǎng)護(hù)，確保粉噴樁質(zhì)量的穩(wěn)定性。

5.7 質(zhì)量檢驗(yàn)

施工一定范圍內(nèi)的粉體攪拌樁后，應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。檢驗(yàn)項(xiàng)目包括：固化材料用量，粉體樁垂直度，樁位偏差，樁長(zhǎng)，樁直徑。其檢驗(yàn)容許偏差及頻率等必須滿(mǎn)足施工設(shè)計(jì)圖及有關(guān)施工技術(shù)規(guī)范要求。

6 結(jié)語(yǔ)

大廣高速河南開(kāi)封至通許段高速公路9標(biāo)于2006年底完工，距今已有兩年多。其沉降觀測(cè)結(jié)果：在施工完成當(dāng)年沉降量為29 mm，一年后通過(guò)不間斷的觀測(cè)沉降量累計(jì)為33 mm，沉降趨于穩(wěn)定。實(shí)踐證明，采用深層水泥攪拌法（粉噴樁）加固該段軟土路基施工效果良好。

參考文獻(xiàn)

[1]劉吉士，閻洪河.公路路基施工技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2003：354-372.

[2]李上紅.公路工程施工常見(jiàn)地質(zhì)病害處治技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2004：34-42.

[3]JTG F80/1—2004.公路驗(yàn)收評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].