砼芯水泥攪拌樁在常溧高速軟土地基中的應(yīng)用

王愛青

摘要：砼芯水泥土攪拌樁是在單向水泥攪拌樁插入預(yù)制鋼筋混凝土芯樁而形成的一種高強(qiáng)度樁體，以其新型的設(shè)計(jì)和獨(dú)特的施工工藝在常溧高速軟土地基中應(yīng)用，實(shí)踐證明，砼芯攪拌樁工藝簡(jiǎn)單，單樁承載力高，地基工后沉降量小，且施工對(duì)周圍環(huán)境擾動(dòng)小，在軟土地基施工中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。文章主要對(duì)砼芯水泥攪拌樁在常溧高速軟土地基中的施工工藝進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：砼芯水泥攪拌樁；軟土地基；常溧高速

中圖分類號(hào)：TU473 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）15-0091-02

單向水泥攪拌樁是一種工藝較為成熟的軟基處理方式，但其攪拌均勻性差、漿液上冒、樁身強(qiáng)度不均等難題在施工中日顯突出，砼芯水泥土攪拌樁是在單向水泥攪拌樁中插入預(yù)制鋼筋混凝土芯樁而形成的一種新型復(fù)合材料樁，工藝簡(jiǎn)單，施工方便，尤其對(duì)黑色淤泥狀粉質(zhì)粘土有十分明顯的加固效果。在常規(guī)水泥攪拌樁樁體中心處插入高強(qiáng)度的預(yù)制鋼筋混凝土樁，可以大幅度提高強(qiáng)度，減小地基工后沉降量。

1 工程概況

常溧高速CL-7標(biāo)段水文地質(zhì)情況相對(duì)較差，沿線主要水塘、魚塘、蟹塘占沿線面積70%，沿線土質(zhì)均為黑色淤泥狀粉質(zhì)粘土，針對(duì)本標(biāo)段軟土和液化土的地質(zhì)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)全線采用單向水泥攪拌樁、雙向水泥攪拌樁、PC管樁、高壓旋噴樁及砼芯水泥攪拌樁等處理，其中K52+410-K52+490段采用砼芯攪拌樁新型軟基處理方式，砼芯攪拌樁設(shè)計(jì)總量1.8萬(wàn)延米，樁長(zhǎng)17m，樁徑500mm，采用梅花形布置形式。

2 砼芯混凝土攪拌樁施工

2.1 樁型構(gòu)造

砼芯水泥攪拌樁由單向水泥攪拌樁外芯與預(yù)制混凝土方樁內(nèi)芯組成。

（1）單向水泥攪拌樁外芯。單向水泥攪拌樁采用常規(guī)成熟的施工工藝，樁徑500mm，樁長(zhǎng)L1=17m，水灰比1.0，外加劑采用生石膏粉及木質(zhì)素磺酸鈣，施工過程中嚴(yán)格按照常規(guī)水泥攪拌樁“四攪兩噴”工藝施工，過程中加強(qiáng)垂直度、樁長(zhǎng)、樁徑、鉆進(jìn)提升速度、段漿量等質(zhì)量指標(biāo)控制，確保單樁成樁施工質(zhì)量，為砼芯攪拌樁樁體質(zhì)量提供保障。

（2）小直徑預(yù)制混凝土方樁內(nèi)芯。預(yù)制混凝土方樁采用C30鋼筋混凝土，在預(yù)制場(chǎng)集中制作，砼芯采用200mm×200mm截面尺寸，砼芯長(zhǎng)度L2=13m，分上、中、下三段預(yù)制，長(zhǎng)度分別為4m、4m、5m，膠接方式采用硫磺膠泥膠接。

2.2 砼芯水泥攪拌樁的優(yōu)點(diǎn)

砼芯攪拌樁內(nèi)芯采用預(yù)制混凝土方樁，施工方便，預(yù)制成本低，結(jié)合常溧高速公路工藝性試樁情況，砼芯水泥攪拌樁具有提高復(fù)合地基承載力，減小路基不均勻沉降，降低工程造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)在以下方面：

（1）作為受力重心，預(yù)制芯樁具有強(qiáng)度高，彈模高的特點(diǎn)。預(yù)制混凝土方樁強(qiáng)度高，彈性模量高，壓縮量小，根據(jù)常溧高速河海大學(xué)檢測(cè)資料證明，砼芯攪拌樁上部荷載主要由預(yù)制方樁承擔(dān)，該荷載向下傳遞的同時(shí)，應(yīng)力也逐步向外擴(kuò)散，通過水泥攪拌樁外芯擴(kuò)散到整個(gè)樁周土層中，以起到復(fù)合地基加固軟土地基的作用。

（2）以大面積的水泥土攪拌樁提供摩擦力。結(jié)合本標(biāo)段水文地質(zhì)情況，原地面以下0～20m均為黑色淤泥狀粘土，20～35m為強(qiáng)風(fēng)化砂巖持力層。本標(biāo)段砼芯水泥攪拌樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)17m，作為軟土層上的摩擦樁使用，在一定程度上對(duì)軟土層強(qiáng)度提高有限，而在水泥攪拌樁中插入預(yù)制方樁內(nèi)芯，提高了樁體對(duì)軟土層的作用強(qiáng)度，因此砼芯攪拌樁在復(fù)合地基處理中具有以大面積的水泥土攪拌樁提供摩擦力。

（3）中間強(qiáng)度高，四周強(qiáng)度逐漸降低，受力均勻，樁身結(jié)構(gòu)合理。內(nèi)芯采用鋼筋砼預(yù)制方樁，強(qiáng)度遠(yuǎn)高于四周普通水泥土強(qiáng)度，同時(shí)預(yù)制方樁內(nèi)芯長(zhǎng)度小于水泥攪拌樁外芯長(zhǎng)度4m，造價(jià)低廉，樁身結(jié)構(gòu)合理。

3 施工工藝

本標(biāo)段砼芯水泥攪拌樁利用了單向水泥攪拌樁的施工機(jī)械和施工方法，采用新型專用砼芯攪拌樁機(jī)，將水泥攪拌樁機(jī)和靜壓樁機(jī)的功能有機(jī)地結(jié)合在一起，只是在原來的攪拌樁樁機(jī)上增加一套預(yù)制芯樁靜壓設(shè)備，通過導(dǎo)槽把靜壓裝置中的導(dǎo)向架恰好移位至水泥攪拌樁的中心，即可完成成樁過程，施工流程具體如下：

攪拌機(jī)械就位、調(diào)平→預(yù)攪下沉至設(shè)計(jì)加固深度→邊噴漿邊攪拌提升至預(yù)定的停漿面→重復(fù)攪拌下沉至設(shè)計(jì)加固深度→靜力壓入預(yù)制鋼筋混凝土芯樁→移位重復(fù)上述步驟進(jìn)行下一根樁施工（施工結(jié)束28d后進(jìn)行復(fù)合地基靜載試驗(yàn)，以確定地基承載力及荷載傳遞機(jī)理）。

3.1 施工工藝

（1）清表。原地面清除地表15cm耕植土，場(chǎng)地平整，清除時(shí)必須清除一切地表障礙物。

（2）放樣。用小竹簽準(zhǔn)確定位每根基樁樁位，并按施工順序在施工布樁圖上編出行列編號(hào)。

（3）樁機(jī)就位。設(shè)置起吊塔架，安裝起吊裝置和導(dǎo)向架，吊裝砼芯水泥攪拌樁機(jī)，安置噴漿機(jī)等設(shè)備，然后試運(yùn)行。注意起吊設(shè)備的平整度和導(dǎo)向架對(duì)地面的垂直度，垂直度偏差不大于1.0%。

（4）漿液配制。水泥漿在漿液攪拌機(jī)內(nèi)攪拌，先加入試驗(yàn)確定的用水量，按照水灰比加入相應(yīng)量的水泥，同時(shí)加入相應(yīng)的生石膏粉和木質(zhì)素磺酸鈣配置水泥漿，攪拌時(shí)間>4min，攪拌均勻后注入噴漿池內(nèi)，注入時(shí)水泥漿應(yīng)過篩，防止水泥塊損壞泵體、堵塞輸漿管。

（5）鉆進(jìn)。預(yù)攪下鉆，鉆進(jìn)速度≤1.0m/min。

（6）提升噴漿。鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)高程后，開動(dòng)灰漿泵進(jìn)行送漿，間歇30s后再提升鉆機(jī)，確保底部有足夠的灰漿量。提升速度0.6～0.8m/min，噴漿攪拌提升至地面以下1.0m時(shí)，用慢速，提升至地面0.25m時(shí)，停止噴漿，攪拌數(shù)秒以保證樁頭均勻密實(shí)。

（7）復(fù)攪下沉并局部補(bǔ)漿至樁底，進(jìn)行樁身全長(zhǎng)復(fù)攪。

（8）重新攪拌提升，直至離整平高程0.25m（或規(guī)定?；颐娓叱蹋┨帯?/p>

（9）關(guān)閉攪拌機(jī)械，靜力壓入預(yù)制鋼筋混凝土芯樁。完成后移位至下一樁位處繼續(xù)施工。施工中下沉或提升的時(shí)間設(shè)置專人記錄，時(shí)間誤差不大于5s。

（10）砼芯水泥攪拌樁施工結(jié)束28d后進(jìn)行復(fù)合地基靜載試驗(yàn)，以確定地基承載力及荷載傳遞機(jī)理。

3.2 芯樁的制作、接樁

芯樁預(yù)制廠統(tǒng)一預(yù)制，模板采用鋼模；混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%方可起吊，達(dá)到100%才可以運(yùn)輸；樁段之間采用硫磺膠泥錨接，硫磺膠泥配合比通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，為了保證硫磺膠泥鉚接質(zhì)量，應(yīng)做好以下幾個(gè)工作：錨筋清刷并調(diào)直，錨筋孔內(nèi)做好螺紋，無(wú)積水、雜物和油污，接樁時(shí)接點(diǎn)的平面和錨筋孔內(nèi)灌滿膠泥，硫磺膠泥的灌注時(shí)間不超過2min，灌注后停歇時(shí)間控制在5min之內(nèi)，膠泥試塊每班組不少于1組。

4 砼芯混凝土攪拌樁質(zhì)量檢測(cè)

對(duì)于砼芯混凝土攪拌樁成樁質(zhì)量檢測(cè)，與單向水泥攪拌樁一樣，常規(guī)方法主要有以下四種：

（1）強(qiáng)度檢測(cè)：對(duì)部分樁體不插入預(yù)制方樁內(nèi)芯，通過鉆芯取樣，對(duì)外芯水泥攪拌樁28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和標(biāo)貫試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)。

（2）低應(yīng)變檢測(cè)：采用低應(yīng)變反射波法對(duì)混凝土芯樁完整性進(jìn)行檢測(cè)。

（3）靜載荷試驗(yàn)：對(duì)單樁承載力進(jìn)行檢測(cè)。

（4）復(fù)合地基承載力載荷試驗(yàn)。

結(jié)合水文地質(zhì)情況，本標(biāo)段采用復(fù)合地基承載力載荷試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)。本標(biāo)段靜載試驗(yàn)3組，主要選取在雙向水泥攪拌樁及砼芯攪拌樁過渡段路段，樁間距2m。砼芯攪拌樁施工結(jié)束28d后方能進(jìn)行靜載試驗(yàn)，復(fù)合地基承載力極限值280kPa，上部堆載500kN，載荷板面積1.6m2。

5 結(jié)語(yǔ)

砼芯水泥攪拌樁綜合了水泥攪拌樁和預(yù)制混凝土方樁的優(yōu)點(diǎn)，既利用預(yù)制混凝土芯樁壓縮量小、強(qiáng)度高的特點(diǎn)承擔(dān)荷載，又利用常規(guī)水泥攪拌樁的大面積來提供摩擦力，其內(nèi)外芯分工盡可能地充分發(fā)揮了樁身材料的強(qiáng)度，同時(shí)砼芯水泥攪拌樁施工噪音低、無(wú)振動(dòng)、無(wú)擠土破壞和造價(jià)低等優(yōu)勢(shì)，能有效控制工后的沉降問題，具有一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

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京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.