淺談深層攪拌樁沉樁問題及處理措施

高浩笛

摘要：深層攪拌樁進(jìn)行地基加固有噴粉和噴漿兩種施工方法，在地基天然含水量大于60％的情況下，從降低地基含水量考慮，常常選用噴粉法。而在天然地基含水量大的情況下采用噴粉法施工，由于流塑狀淤泥在噴粉施工時風(fēng)壓氣流的作用下，在攪拌過程中因受擾動發(fā)生液化，強(qiáng)度來不及形成，造成沉樁。通過施工現(xiàn)場試驗(yàn)，證明改用噴漿法施工的攪拌樁解決沉樁問題是有效的，工程造價變化不大，是可行的方法。

關(guān)鍵詞：路基工程 深層攪拌樁 沉樁 噴漿法

中圖分類號：U213.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

一、前言

深層攪拌樁經(jīng)過近二十年的發(fā)展，由于施工技術(shù)和施工機(jī)械的成熟已經(jīng)被廣泛地用于軟土地基加固、邊坡支護(hù)等方面。深層攪拌樁可以增加軟土地基的承載力，減少沉降量，提高邊坡的穩(wěn)定性，而被應(yīng)用在公路橋頭軟土地基上，以加快公路的施工進(jìn)度、緩解橋頭跳車等問題。其施工方法分為噴粉和噴漿兩種方法。由于地質(zhì)條件千變?nèi)f化，其中若存在淤泥含水量過大，采用噴粉法則可能出現(xiàn)沉樁問題。以下通過對采用噴粉法出現(xiàn)沉樁工程問題分析及提出處理方法與同行探討。

二、工程實(shí)例

1、工程簡況

某高級公路橋頭174m采用水泥噴粉樁處理，水泥噴粉樁按正三角形布置，樁徑采用50cm，樁距1.5m，平均樁長10m，水泥摻入比15%。施工單位在施工設(shè)備上進(jìn)行標(biāo)定、試樁方案在監(jiān)理單位和業(yè)主單位同意的情況下采用噴粉法進(jìn)行試樁試驗(yàn)，共試55根，其中19根樁發(fā)生沉樁，沉樁深度一般為1.1～4.5m不等。

2、沉樁原因分析

水泥深層攪拌樁加固機(jī)理是通過水泥的水解和水化反應(yīng)、水泥水化物與土顆粒之間的離子交換和團(tuán)?；饔?、凝硬作用等一系列化學(xué)反應(yīng)而成為具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥土樁體。因此，可從地質(zhì)、施工工藝兩方面來分析沉樁原因。

地質(zhì)方面，由于各地質(zhì)層土質(zhì)的差異而產(chǎn)生水泥加固土的效果不同，一般認(rèn)為含有高嶺石、蒙脫石等粘土礦物的軟土加固效果較好，而含有伊里石、氯化物等礦物的粘性土以及有機(jī)質(zhì)含量高、酸堿度（PH值）較低的粘性土加固效果較差。各地質(zhì)層的含水量的不同，也是引起水泥和土一系列化學(xué)反應(yīng)而形成強(qiáng)度的速度不同的原因。

施工工藝方面，水泥與土攪拌不均勻，甚至水泥與土無法混合。這與施工機(jī)械的各施工參數(shù)有關(guān)。必須通過試驗(yàn)樁根據(jù)不同地質(zhì)層、不同土質(zhì)、不同土壓力找到合適的施工參數(shù)，加以嚴(yán)格控制，使樁體均勻，防止縮頸、斷頸等現(xiàn)象。

1）地質(zhì)方面

在第一次試樁的一排7根樁中，靠線路前進(jìn)方向右側(cè)有4根樁沉樁。在試樁后第七天對其中兩根進(jìn)行抽芯檢測，發(fā)現(xiàn)樁體上均有兩段水泥明顯不凝固。在試樁后第十天對發(fā)生沉樁的地質(zhì)進(jìn)行補(bǔ)勘，具體地層由上至下為：

填土：粉質(zhì)粘土，層厚為0.5m。

粉質(zhì)粘土：灰褐色，可塑，稍濕～濕，隨深度增加漸變?yōu)檐浰軤睿瑢雍駷?.2m。

淤泥：灰黑色，軟塑～流塑，飽和，粘性強(qiáng)，滑膩，巖性均一，底部0.5m含腐殖物，層厚為6.0m。

淤泥質(zhì)粘土：灰色，軟塑，飽和，粘性較強(qiáng)，均勻，層厚為1.8m。

淤泥夾砂：灰、青灰色，軟塑，含較多中粗砂，含量在30%～50%，松散狀，層厚為2.5m。

砂層：淺灰色，稍密～中密，飽和，以粗砂為主，含粘性土，級配良好，未穿層。

軟土物理力學(xué)指標(biāo)很差，淤泥平均含水量為90%，天然孔隙比2.51，直快剪C=6.79Kpa，φ=7.36。

從以上地質(zhì)補(bǔ)勘分析，主要有以下原因：

①由于該段淤泥含水量為90%，而噴粉后水泥在樁體內(nèi)吸水是有限的，參照相近項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果可知，短期內(nèi)水泥加固土含水量減少量低于水泥摻入比，也就是該段淤泥經(jīng)水泥加固土的含水量仍為75%以上，攪拌時的土和水泥還是處于流塑～軟塑狀，壓縮模量小，抗剪強(qiáng)度低；噴50～60kg/m水泥9m后增加4500～5400KN自重力。處于流塑～軟塑狀水泥加固土壓縮模量小，自身自重引起樁壓縮量就大；水泥加固土抗剪強(qiáng)度低自身自重引起側(cè)向擠出量大。

②樁身周圍土受擾動土體下沉后，土對樁側(cè)表面產(chǎn)生向下的負(fù)摩阻力。當(dāng)土和水泥還是處于流塑～軟塑狀、壓縮模量小、抗剪強(qiáng)度低時，在負(fù)摩阻力的作用下發(fā)生沉樁。

③該段淤泥的靈敏度大，靈敏度是原狀試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與相同含水量重塑試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度之比。從試樁現(xiàn)場，試樁樁位砂墊層表面擠壓出來的淤泥很稀，表明其重塑后強(qiáng)度很低，靈敏性高。

④噴粉在樁體內(nèi)吸水，引起樁體周圍土體孔隙壓力消散、產(chǎn)生下沉，短時間增加對樁體的負(fù)摩阻力，而此時水泥加固土的強(qiáng)度很低且增長慢。

總的來說，是在噴粉初期，水泥加固土的強(qiáng)度承受不了水泥加固土的自重力和負(fù)摩阻力的作用而發(fā)生沉樁。

2）施工工藝方面

在施工工藝方面，針對沉樁問題，結(jié)合地質(zhì)情況較差的實(shí)際，在施工工藝上找沉樁的原因。試樁時對各施工參數(shù)作了有效控制。在第二次試樁52根樁中，采用不同鉆進(jìn)速度、不同鉆頭轉(zhuǎn)速、不同提升速度、不同噴粉壓、不同水泥用量進(jìn)行嚴(yán)格控制。試樁中雖然采用加大噴粉量至75kg/m,仍未解決沉樁問題。

增加噴粉量解決不了沉樁問題的原因在于：

①增加噴粉量即增加樁體自重力；

②增加噴粉量導(dǎo)致噴粉在樁體內(nèi)吸水量增加，引起樁體周圍土體孔隙壓力消散加快、產(chǎn)生下沉，短時間對樁體的負(fù)摩阻力增大，因增加噴粉量水泥加固土的強(qiáng)度提高不顯著，在噴粉初期，水泥加固土的強(qiáng)度仍承受不了水泥加固土的自重力和負(fù)摩阻力的作用而發(fā)生沉樁。

3、處理方法

通過以上分析，沉樁是由于在噴粉初期，土體受擾動，水泥加固土的強(qiáng)度承受不了水泥加固土的自重力和負(fù)摩阻力的作用而發(fā)生沉樁。改用在水泥漿液中加入適量的早強(qiáng)劑噴漿法施工可以解決噴粉法施工成樁初期水泥加固土的強(qiáng)度承受不了水泥加固土的自重力和負(fù)摩阻力發(fā)生沉樁問題。主要原因：

①早強(qiáng)劑可以使水泥加固土的強(qiáng)度迅速提高，而早強(qiáng)劑在水泥漿中攪拌可以較均勻；

②水泥漿液注入土體發(fā)生水泥的水解和水化反應(yīng)、水泥水化物與土顆粒之間的離子交換和團(tuán)?；饔谩⒛沧饔玫纫幌盗谢瘜W(xué)反應(yīng)而成為具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥土樁體時，漿液本身存在足夠水，不需吸收天然地基的水，并未引起樁體周圍土體孔隙壓力消散、產(chǎn)生對樁體的負(fù)摩阻力。

因此，改用噴漿法施工并在水泥漿液中加入適量的早強(qiáng)劑，以解決噴粉法施工成樁初期水泥加固土的強(qiáng)度承受不了水泥加固土的自重力和負(fù)摩阻力的作用而發(fā)生沉樁的問題。

調(diào)整施工參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場試樁，試樁七天后進(jìn)行樁體抽芯檢測，從樁體抽芯結(jié)果來看，成樁連續(xù)性與完整性均較好，無沉樁問題。由業(yè)主組織設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位和施工單位召開軟基處理技術(shù)專題會議，決定橋頭174m原采用噴粉法施工攪拌樁改為噴漿法施工，原合同單價不變。該段在改用噴漿法施工后，未出現(xiàn)沉樁問題，證明采用噴漿法施工的攪拌樁解決沉樁問題是有效的。工程造價變化不大，經(jīng)濟(jì)上是可行的。

三、結(jié)語

在高含水量軟基中采用深層攪拌樁處理，從降低地基含水量考慮，常常選用噴粉法施工。而當(dāng)采用噴粉法出現(xiàn)沉樁問題時，改用在水泥漿液中加入適量的早強(qiáng)劑噴漿法施工來解決沉樁問題。經(jīng)實(shí)踐證明采用噴漿法施工的攪拌樁解決沉樁問題是有效的、經(jīng)濟(jì)上是可行的。

參考文獻(xiàn)[1]阮善發(fā)等 公路軟土地基處理中的深層攪拌樁施工[2]高速公路路基設(shè)計(jì)與施工 人民交通出版社