探討地基中深層攪拌的施工技術(shù)

羅國紅

摘 要：深層攪拌技術(shù)是將石灰、水泥、粉煤灰等作為固化劑，通過特制攪拌設(shè)備，將地基的軟土與固化劑就地攪拌，提高地基的水穩(wěn)性和強度，從而提高地基的承載力和穩(wěn)定性，減少地基的沉降差，提高建筑工程的質(zhì)量和經(jīng)濟效益。本文通過解析深層攪拌法的原理，分析深層攪拌的施工工藝。

關(guān)鍵詞：地基加固；深層攪拌；水泥土；攪拌樁

引 言

軟弱地基系指主要由淤泥、粉性土、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜填土或其它高壓縮性土層構(gòu)成的地基。由于軟弱地基的孔隙比大、滲透性差、抗剪切強度低、含水量高、壓縮性高、孔隙比大等特性，容易影響地基的穩(wěn)定、引起地基的變形。因此，在建筑施工前需要對地基進行加固處理，根據(jù)地基的結(jié)構(gòu)的不同，加固方法不同，常見的加固方法有強夯發(fā)（適用于碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、素填土、雜填土等）、振沖法（適用于處理砂土、粉土、粘性土、素填土、雜填土）、水泥粉煤灰碎石樁法（用于處理粘性土、粉土、砂土等）、高壓噴射注漿法（適用于處理淤泥、粉土、砂土、黃土、碎石土、粘性土等）、深層攪拌法（適用于處理淤泥、飽和黃土、粘性土、粉土、素填土、飽和松散砂土等）。通過對軟弱地基的加固處理，提高土體的抗剪切強度、改善壓縮特性、透水性和特殊地基的不良特性，達到提高地基承載力的目的，本文主要研究深層攪拌處理軟弱地基的方法。

1 深層攪拌法加固地基的機理

1.1 深層攪拌加固土的原理

深層水泥攪拌加固地基的方法是利用水泥后石灰作為固化劑，通過深層攪拌技術(shù)，將地基中的軟土層與固化劑攪拌后發(fā)生復雜的物理化學反應（水泥的水化作用、離子交換作用、碳酸化作用、顆粒間的吸附作用等），形成水泥或石灰土樁，達到加固的目的。實踐證明，利用生曾攪拌技術(shù)加固軟弱地基，摻入7～15%的固化劑可以提高地基1～1.5倍的承載力。

1.2 水泥的水解和水化作用

硅酸鹽水泥的主要成分是由氧化鈣（CaO）、二氧化硅（SiO2）、三氧化二鋁（Al2O3）、三氧化二鐵（Fe2O3）及三氧化硫（S2O3）組成，這些氧化物組成了硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣、硫酸鈣等不同的水泥礦物。將水泥和軟土攪拌后，和軟土中的水發(fā)生化學反應，生成水泥硬化漿體，具體反應如下：

1.3 粘土顆粒與水泥水化物的作用

（1）離子交換作用。通過離子交換，離子與直徑較小的土顆粒結(jié)合可形成較大的土團粒；土團粒的進一步與水泥結(jié)合形成水泥土的團粒結(jié)構(gòu)，減小顆粒間的孔隙，使顆粒間結(jié)合堅固，提高水泥土顆粒的強度。

（2）凝硬反應。隨著水化反應的進行，逐漸生成不溶于水的穩(wěn)定的結(jié)晶化合物，并逐漸硬化，提高水泥的密實度和強度，提升水泥土的滲透性。

1.4 碳酸化作用

水泥水化物中的Ca（OH）2，吸收水中和空氣中的二氧化碳（CO2）生成不溶于水的碳酸鈣（CaCO3）。由于CaCO3具有很高的強度，提高固化體的強度。

2 深層水泥攪拌的工序

深層水泥攪拌的施工程序為：水泥攪拌機定位→調(diào)整導向架垂直度→下沉→制配水泥漿→噴漿攪拌、提升→重復下沉攪拌→重復攪拌提升直至孔口→移至下一根樁、重復以上工序。

2.1 水泥攪拌機定位

施工放樣，確定攪拌樁的位置，移動攪拌樁機到達指定位置，根據(jù)工程的要求控制攪拌機的定位偏差。

2.2 調(diào)整導向架垂直度

參照工程設(shè)計要求，利用吊線錘或經(jīng)緯儀控制導向架的垂直度，要求垂直度小于樁長的1%，提高施工質(zhì)量。

2.3 下沉攪拌

啟動攪拌樁機轉(zhuǎn)盤，待攪拌頭轉(zhuǎn)速正常后，控制鉆桿沿導向架邊勻速下沉，同時旋轉(zhuǎn)攪拌。

2.4 拌制漿液

在攪拌樁機下沉的同時，根據(jù)設(shè)計要求拌制10～15%水泥漿液，并控制水灰比在合理范圍內(nèi)。

2.5 噴漿攪拌提升

攪拌頭下沉到達設(shè)計深度后，開啟灰漿泵，通過管路送漿至攪拌頭出漿口，根據(jù)出漿速度控制噴漿攪拌的時間，當水泥漿與樁端土充分攪拌后，按照施工設(shè)計要求提升攪拌桿，同時噴漿攪拌，確保漿體和土體充分拌和。若施工過程因故停止施工時，應將攪拌頭下沉至停漿點以下0.5m處，待恢復供漿時再噴漿攪拌提升，若停機超過三小時，防止水泥氧化，需要宜拆卸輸漿管路，并加以清洗。

2.6 重復下沉攪拌

當?shù)谝淮螖嚢柰戤吅?，將攪拌鉆頭提升至樁頂以上300～500mm，然后施工設(shè)計規(guī)范下沉至設(shè)計深度。

2.7 噴漿重復攪拌提升

攪拌鉆頭下沉到預定深度后，完成規(guī)定攪拌時間，邊攪拌遍提升至地面。

2.8 樁機移位

施工完一根樁后，移動樁機至下一根樁位，重復以上步驟進行下一根樁的施工。

3 施工控制

3.1 施工準備

施工前，整平施工場地，清除樁位周圍的石塊、雜草和生活垃圾，并對低洼地勢填料夯實。查看土質(zhì)情況，設(shè)計固化劑的類型和用量，如圖1，水泥含量對水泥土強度的影響，水泥含量10～15%時，水泥土的強度增長最快，所以一般水泥固化劑的添加比例為10～15%，使用時需要檢驗水泥固化劑是否合格。

3.2 設(shè)備及工藝參數(shù)檢查

施工前應明確攪拌機械的灰漿泵輸送量、灰漿輸送管到達攪拌機噴漿口的時間和起吊設(shè)備提升速度等施工工藝參數(shù)。

3.3 施工時的攪拌機操作方法

先將攪拌機組裝就位，用輸漿膠管將貯料罐灰漿泵與深層攪拌機接通，開動電動機，攪拌機葉片相向而轉(zhuǎn)，借設(shè)備自重，以0.5m/min的速度沉至要求加固深度；再以0.5m/min的均勻速度提起攪拌機，與此同時開動水泥漿泵將水泥漿從深層攪拌中心管不斷壓入土中，由攪拌葉片將水泥漿與深層處的軟土攪拌，邊攪拌邊噴漿直到提至地面（近地面開挖部位可不噴漿，便于挖土），即完成一次攪拌過程。用同法再一次重復攪拌下沉和重復攪拌噴漿上升，即完成一根柱狀加固體。

3.4 下沉攪拌的注意問題

攪拌機預攪下沉時，不宜沖水，當遇到較硬土層下沉太慢時，適量沖水，但應考慮沖水成樁對樁身強度的影響。

3.5 起吊注意事項

起吊時應檢查起吊設(shè)備的平整度和導向架的垂直度是否達標，控制攪拌機的提升速度次數(shù)、和注漿量，保證攪拌均勻，同時泵送必須連續(xù)。

3.6 養(yǎng)生控制

水泥土的強度隨育齡期的增長而增強，如圖2，水泥土摻入比、育齡期與強度的關(guān)系，當育齡期為兩個月時水泥土達到較高的固化強度。水泥土養(yǎng)護過程中還要注意溫度對水泥土強度的影響，如圖3，養(yǎng)護溫度對海相軟土加固后的強度影響，隨著養(yǎng)護溫度的提高，水泥土的強度逐漸提高，且10～20℃的養(yǎng)護溫度水泥土的強度增長最快，由于養(yǎng)護條件限制，20℃是最佳養(yǎng)護溫度。

3.7 設(shè)備清理

每天加固完畢，應用水清洗貯料罐、灰漿泵、深層水泥攪拌機和噴漿管道，防止灌漿硬化阻塞管道。

4 施工常見問題及處理

4.1 噴漿阻塞

可能是攪拌前沒有檢查水泥質(zhì)量，可能水泥結(jié)塊引起的噴漿堵塞；或制漿池過濾網(wǎng)破壞，不能濾除大塊水泥土；還有可能是上次清漿不徹底引起的。處理措施為及時清除水泥罐和噴漿管的水泥，并定期檢查過濾網(wǎng)的過濾情況。

4.2 噴漿不足

可能是輸漿管彎折、受到外力的擠壓、輸漿管破裂或輸漿管道過長，導致在輸漿管內(nèi)損失壓力過大。處理措施為經(jīng)常維護輸漿管道，選擇合適的位置挖制漿池，縮短輸漿管線的長度，當所有問題排除后，仍然沒有發(fā)現(xiàn)問題，可以適當調(diào)增泵送壓力。

4.3 攪拌鉆頭下沉受阻

可能是攪拌樁位置有尚未清除的石塊、樹根或其它。應立刻停機，等排除障礙或移位后重新攪拌。

4.4 噴漿速度失穩(wěn)

可能是設(shè)備自身原因，或員工操作不規(guī)范。處理措施為施工前檢查進場設(shè)備是否符合要求，如果施工過程中發(fā)現(xiàn)的流速不穩(wěn)，需要維修后更換設(shè)備。

參考文獻

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