淺談水泥土攪拌樁在地基處理中的應(yīng)用

（山東濟(jì)鐵設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司青島設(shè)計(jì)分公司，山東 青島 266002）

淺談水泥土攪拌樁在地基處理中的應(yīng)用

徐廣杰

（山東濟(jì)鐵設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司青島設(shè)計(jì)分公司，山東 青島 266002）

本研究以山東誠(chéng)力科技發(fā)展有限公司鐵路專(zhuān)用線(xiàn)擴(kuò)建工程為研究案例，結(jié)合工程實(shí)踐介紹了設(shè)計(jì)、施工工藝及保證質(zhì)量的組織技術(shù)措施。

水泥土攪拌樁；攪拌；工藝試樁；無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)；承載力；靜載試驗(yàn)

1 概述

山東誠(chéng)力科技發(fā)展有限公司鐵路專(zhuān)用線(xiàn)擴(kuò)建工程中，淄東線(xiàn)上兩座蓋板涵K59+550及K59+585需接長(zhǎng)，經(jīng)地質(zhì)勘探，持力層地基承載力為95kPa，小于涵洞設(shè)計(jì)基底應(yīng)力160kPa，需做地基加固處理?，F(xiàn)將K59+550涵洞地基處理方案簡(jiǎn)介如下，該涵為排洪涵，常年有水流，設(shè)計(jì)流量0.5m3/s。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 地質(zhì)條件

工程為河湖相沉積平原，在勘探深度范圍內(nèi)揭露土層均為第四紀(jì)全新世沉積的土層，施工場(chǎng)地微地貌不發(fā)育，從鉆探資料所揭示的地層來(lái)看，地層分布如下：

第一層：耕土，以粉土為主，伴有植物根等，均厚0.83m。

第二層：粉土，黃褐色，含鐵質(zhì)氧化物及云母片，低干強(qiáng)度，低韌性，含水量23.1%，干重度19.3kN/m3，孔隙比0.686，液性指數(shù)0.38，自然地基承載力95kPa，均厚3.41m。

第三層：粘土，棕褐色，褐色，含鐵質(zhì)結(jié)核，中等干強(qiáng)度，中等韌性，含水量34.0%，干重度18.4kN/m3，孔隙比0.967，液性指數(shù)0.68，自然地基承載力90kPa，均厚3.86m。

第四層：粉土，灰黃色，黃褐色，含鐵錳質(zhì)氧化物及云母片，低干強(qiáng)度，低韌性，含水量24.4%，干重度19.4kN/ m3，孔隙比0.691，液性指數(shù)0.37，自然地基承載力120kPa，均厚1.26m。

該場(chǎng)地地下水的類(lèi)型為第四系孔隙潛水，補(bǔ)給來(lái)源以大氣降水為主?？辈旃ぷ鹘Y(jié)束后統(tǒng)一測(cè)了地下水位，勘察時(shí)平均水位埋深平均值為1.50m，穩(wěn)定水位標(biāo)高平均值為7.57m，水位變化受季節(jié)影響明顯，變化幅度在0.80m～2.00m左右。

2.2 地基處理設(shè)計(jì)

2.2.1 確定方案

通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，②層頂為涵洞流水面，天然地基承載力僅為95kPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于涵洞設(shè)計(jì)基底應(yīng)力160kPa，顯然需采取加固措施。設(shè)計(jì)中曾考慮按常規(guī)基底換填砂夾碎石方案，但該工程距線(xiàn)路近，對(duì)既有線(xiàn)路路基影響較大，需考慮線(xiàn)路加固措施，對(duì)線(xiàn)路運(yùn)輸干擾大，且費(fèi)用高。為找到更合理的設(shè)計(jì)方案，查閱大量的相關(guān)資料，最后決定采用水泥土攪拌樁加固地基。水泥土攪拌樁是利用攪拌樁機(jī)，將水泥（漿）及外摻劑噴入軟弱基土中，并在原位進(jìn)行強(qiáng)制攪拌，通過(guò)水泥和土的一系列復(fù)雜的物理化學(xué)作用形成水泥土樁體，與基土共同作用形成復(fù)合地基，達(dá)到提高承載力和減少沉降的目的，這種樁的優(yōu)點(diǎn)：可加固改良地基，提高地基承載力和水穩(wěn)性，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，且施工時(shí)無(wú)噪聲，對(duì)相鄰建筑物無(wú)影響，機(jī)具設(shè)備簡(jiǎn)單，液壓操縱，技術(shù)易于掌握，成樁效率高（8m長(zhǎng)樁，每臺(tái)樁機(jī)每天可完成100根），加固所需費(fèi)用較低，只要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求控制進(jìn)尺及水泥摻入量，采用全程復(fù)攪使樁身均勻，同時(shí)解決好樁底水泥土與下臥硬土層的結(jié)合問(wèn)題，該方案完全可以滿(mǎn)足本涵的承載力和沉降要求。

2.2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)水泥土攪拌樁的作用機(jī)理可知，所形成的水泥土樁體與樁周土組成復(fù)合地基共同承擔(dān)建筑物荷載，由于二者剛度相差較大，樁體與樁間土如何分擔(dān)建筑物荷載是較為復(fù)雜的問(wèn)題，目前，可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算加固后水泥土攪拌樁復(fù)合地基容許承載力。

式中：σsp——復(fù)合地基容許承載力（kPa）；

σs——樁間土天然地基容許承載力（kPa）；

m ——置換率；

Ap——樁身截面積（m2）；

β ——樁間土承載力拆減系數(shù)，當(dāng)樁底為軟弱土層時(shí)，可取0.5～1.0，樁底為硬土?xí)r，可取0.1～0.4；

[P] ——單樁容許承載力（kN）。

單樁豎向承載力可按下面兩公式計(jì)算，并取其較小值：

式中：η——樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，粉體攪拌樁可取0.2～0.3，漿體攪拌樁可取0.25～0.33；

Pf——與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下90d齡期的立方體抗壓強(qiáng)度平均值（kPa）；

Up——樁身周長(zhǎng)（m）；

qi——樁周第i層土的容許摩阻力，對(duì)淤泥質(zhì)土可取6～12kPa；對(duì)軟塑狀態(tài)的粘性土可取10～15kPa；對(duì)可塑狀態(tài)的粘性土可取12～18kPa；

Li——樁周第i層土的厚度（m）；

α ——樁底地基土容許承載力拆減系數(shù)，可取0.4～0.6，承載力高時(shí)取低值；

qp——樁端地基土容許承載力（kPa）。

通過(guò)擬定不同樁徑、樁距和樁長(zhǎng)做了試算比較，在大量試算基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最后采用樁徑0.5m，等邊三角形布樁，樁間距1m設(shè)計(jì)，以涵洞流水面做為②層頂，基礎(chǔ)厚1.2m，砂墊層0.3m，按6m樁長(zhǎng)計(jì)算，②層樁長(zhǎng)1.9m，qi=12kPa，③層樁長(zhǎng)3.8m，qi=12kPa，④層樁長(zhǎng)0.3m ，qi=15kPa。

單樁承載力[P]=1.57×（12×1.9+12 ×3.8+15×0.3）+0.5×120×0.196= 126.2kPa

則Pf需大于等于126.2/0.25/0.196= 2576kPa

復(fù)合地基容許承載力σsp=0.227× 126.2/0.196+0.3×（1-0.227）×90=167.0kPa＞160kPa，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的地基承載力。

3 .施工控制

水泥土攪拌樁地基加固技術(shù)成本地、工效快，大量運(yùn)用于工民建工程，因噴漿量、攪拌均勻性等不易控制，如何保證施工質(zhì)量是該涵地基加固處理的關(guān)鍵所在。

3.1 工藝性試樁

在正式施工前選取一定數(shù)量的樁進(jìn)行試打，從而確定樁機(jī)在本工程地質(zhì)條件下的施工技術(shù)參數(shù)（樁機(jī)鉆進(jìn)速度、提升噴攪速度和復(fù)攪速度、刮灰器轉(zhuǎn)速與噴攪提升速度的配合、空壓機(jī)風(fēng)壓和風(fēng)量等）。工藝性試樁所確定的參數(shù)，為施工、監(jiān)理單位提供了操作性很強(qiáng)的量比指標(biāo)，為保證工程質(zhì)量提供了可靠的依據(jù)。

3.2 工程樁施工

采取24h質(zhì)監(jiān)員跟班檢查服務(wù)業(yè)，重點(diǎn)檢查每米的噴漿量、樁長(zhǎng)、樁位垂直度及樁機(jī)下鉆、上提速度，此外，采用電子秤（計(jì)量裝置）對(duì)每根樁的噴漿量進(jìn)行控制，并每米記錄一次噴漿量，以準(zhǔn)確跟蹤每根樁從下到上的質(zhì)量情況，一旦在某個(gè)深度出現(xiàn)灰量不足或斷灰情況，可以準(zhǔn)確地進(jìn)行補(bǔ)噴。

3.3.1 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

成樁28d后，應(yīng)采用雙管單動(dòng)取樣器在樁徑方向1/4處、樁長(zhǎng)范圍內(nèi)垂直鉆孔取芯，觀(guān)察樁體完整性、均勻性，取不同深度的不少于3個(gè)試樣作無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。檢驗(yàn)數(shù)量為施工總樁數(shù)的2‰，且不少于3根。

3.3.2 載荷試驗(yàn)

成樁28d后應(yīng)進(jìn)行單樁或復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，根據(jù)《鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程》（TB10106—2010）所規(guī)定的試驗(yàn)方法，確定水泥土攪拌樁復(fù)合地基容許承載力σsp＞160kPa。隨著齡期增長(zhǎng)，地基承載力仍有一定程度的提高。

4 結(jié)束與體會(huì)

水泥土攪拌樁是一種高效、經(jīng)濟(jì)和安全的地基處理技術(shù)，不僅可用于一般橋涵工程，也可用于大型公路，設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

4.1 適當(dāng)?shù)貙訔l件

擬加固的軟土地層厚度一般應(yīng)小于10m，且下臥硬土層天然地基承載能力以大于150 kpa為宜，樁底進(jìn)入硬土層的深度應(yīng)視硬土層含水量、強(qiáng)度、通過(guò)工藝樁取樣試驗(yàn)確定，務(wù)必保證硬土層內(nèi)樁體攪拌均勻、固結(jié)良好和樁尖與硬土層的良好接觸，絕非進(jìn)入硬土層越深越佳，避免因固結(jié)差而導(dǎo)致削弱樁體強(qiáng)度。

4.2 樁身均勻控制

一般操作規(guī)程規(guī)定，水泥土攪拌樁復(fù)攪深度為1/2樁長(zhǎng)或1/3樁長(zhǎng)，從工藝樁取芯結(jié)果看，一次噴漿提升成樁樁體水泥土攪拌均勻性差，影響了樁身強(qiáng)度，為保證樁身均勻性應(yīng)采用全程復(fù)攪工藝成樁。

4.3 鉆桿提升時(shí)間

為保證樁尖成樁質(zhì)量，鉆至樁底后，鉆機(jī)應(yīng)在原地旋轉(zhuǎn)1～2分鐘，打開(kāi)漿罐后，應(yīng)等漿體從噴嘴噴出后才能提升，漿體從鉆口到噴嘴的時(shí)間與連接兩者的皮管長(zhǎng)度和空氣壓力有關(guān)，應(yīng)由試驗(yàn)確定。

4.4 精心施工

水泥土攪拌樁為隱蔽工程，成樁質(zhì)量不易認(rèn)定，極易造成噴漿量不足，進(jìn)尺不夠，攪拌不均勻等質(zhì)量事故。因此，必須要有一支高度責(zé)任感和高素質(zhì)的施工隊(duì)伍，監(jiān)理單位應(yīng)全程旁站，逐一記錄，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)和工藝試樁參數(shù)施工。

[1]水泥土攪拌樁施工中常見(jiàn)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)和處理[J].西部探礦工程，2006.

TU47 < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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