水泥深層攪拌樁在軟基加固中的應用與檢測

楊海燕

(江蘇路翔交通工程有限公司，江蘇 如皋 226500)

隨著公路施工技術(shù)的發(fā)展，需要在濱海、湖沼、谷地、河灘等地開發(fā)公路工程，在各種軟土中修建公路，首先要解決的是軟土地基問題。軟土地基的地下水位高，其上的填方及構(gòu)造物穩(wěn)定性差且易發(fā)生沉降。而路基處理不好，則會造成路基開裂或路面起伏不平，造成大量的經(jīng)濟損失和資源浪費。因此，提出公路軟基的處理技術(shù)是一項重要課題。

1 水泥深層攪拌樁加固原理

水泥深層攪拌法是利用水泥作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機械，在地基深處就地將軟土和固化劑強制拌和，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理—化學反應，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的優(yōu)質(zhì)地基。深層攪拌法加固軟土所形成的樁柱體是一種介于剛性樁與柔性樁之間具有一定壓縮性的樁，樁身強度越高，其特性越接近剛性樁；反之越接近柔性樁。樁越長，對樁身強度要求越高，但過高的樁身強度對復合地基承載力的提高以及樁間土承載力的發(fā)揮是不利的。因此，為了充分發(fā)揮樁間土的承載力和復合地基的潛力，通常使土對樁的支承力近似相等或略小于樁身強度所確定的單樁承載力，這樣就可以使樁身強度與承載力相協(xié)調(diào)，使樁身強度充分發(fā)揮作用。

2 水泥深層攪拌樁在我市沿江地區(qū)的應用

2.1 如皋市沿江地區(qū)地質(zhì)水文情況

如皋市沿江地區(qū)位于長江北岸，是典型的長江漫灘地區(qū)，地勢平坦低洼，軟土分布廣泛，根據(jù)地質(zhì)勘測成果表明，本地區(qū)地下水水質(zhì)良好，軟土為淤泥質(zhì)亞粘土及粘土，飽和，呈流塑狀，高壓縮性，高孔隙比，厚度較大，呈層狀分布，層厚 1.50～9.0m 不等，最大達約 20m。

2.2 應用情況

近年來如皋市在沿江地區(qū)陸續(xù)新建了一批公路工程項目，對深、厚軟土地基的處理廣泛采用了水泥深層攪拌樁技術(shù)。一般來說，當軟基處理深度大于15m，均采用深層攪拌樁，樁徑一般為50cm，呈梅花型布置，樁心間距根據(jù)置換率不同介于1.0～1.5m之間不等，水泥土無側(cè)限抗壓強度設(shè)計值≥1.5MPa。

3 水泥深層攪拌樁的施工

深層攪拌樁是隱蔽工程，質(zhì)量管理難度很大，首先是有個別施工單位質(zhì)量意識薄弱，質(zhì)量保證體系不健全；其次因受地質(zhì)條件、施工工藝等技術(shù)因素的影響，有時成樁質(zhì)量不如人意。如何確保深層攪拌樁的施工質(zhì)量，使復合地基承載力達到設(shè)計要求，是我們在工程實踐中一直關(guān)注的問題。下文就水泥深層攪拌樁的施工工藝及質(zhì)量控制進行探討。

3.1 施工準備

(1)水泥深層攪拌樁施工場地應事先清表整平，清除樁處地上和地下的塊石、樹根、生活垃圾等障礙。使用全站儀測量放樣，現(xiàn)場打十字樁，放出中心點，并按設(shè)計圖紙布置樁位，等邊三角形梅花型排列，并用小木樁或竹片樁定位，做好醒目標志。

(2)為了便于計算水泥用量，水泥深層攪拌樁采用32.5級硅酸鹽水泥。使用前，承包人將水泥的樣品送中心試驗室(主要檢驗水泥標號、凝結(jié)時間、安定性等)或監(jiān)理工程師指定的試驗室檢驗，合格后方可使用。

(3)為了解和控制水泥漿用量及噴漿均勻程度，承包人配備上海探礦機械廠生產(chǎn)的PH-5C型單軸打深層攪拌機2臺，樁機機身應用油漆顯著標明進尺刻度(1m一畫)，以便同深度計隨時校核，配套機械主要有灰漿拌制機、灰漿泵2臺、灰漿地2個，同時配有性能良好的能顯示鉆桿進時電流變化的電流表、顯示管道壓力的壓力表、計量漿液噴入量的水泥漿量監(jiān)測記錄儀和水泥漿比重器，并配備相應的電腦記錄儀和打印設(shè)備。以上機械設(shè)備性能良好、穩(wěn)定，在施工前經(jīng)過計量檢定合格，報監(jiān)理工程師審核批準后準予開工。

(4)室內(nèi)配方試驗：在需要加固處理的軟基范圍內(nèi)，選擇有代表性的土層，鉆探取樣采集必要數(shù)量的試料土，試料土含水量必須在同一土層不同部位至少3處取樣判定。水泥用量應按照設(shè)計文件要求取中值、+5kg·m-1和-5kg·m-13個水泥用量進行試驗，地質(zhì)情況復雜時可再適當增加+10kg·m-1等水泥用量的試驗；采用外摻劑時要根據(jù)設(shè)計要求選擇外摻劑的品種和用量。最終根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果來確定實際施工時的水泥用量以及外摻劑的品種和用量。本地區(qū)水泥用量一般在50～60kg·m-1之間。

(5)正式施工前，應根據(jù)現(xiàn)場實際情況，進行成樁試驗，取得各種機械參數(shù)，以確保大面積施工質(zhì)量。成樁試驗要求達到以下目的：①掌握滿足設(shè)計噴漿量(由水泥摻量及水泥漿水灰比換算得出)的各種技術(shù)參數(shù)，如鉆進速度、提升速度、攪拌速度、噴漿壓力等；②掌握下鉆和提升的阻力情況，選擇合理的技術(shù)措施；③試驗室所確定的水泥土配合比是否適用于現(xiàn)場；④檢測樁身的無側(cè)限抗壓強度是否滿足設(shè)計要求；⑤檢驗加固劑分布的均勻性和有效加固長度能否符合設(shè)計要求。

3.2 施工工藝流程

水泥深層攪拌樁施工工藝為：原地面平整→樁位放樣→鉆機就位→檢驗、調(diào)整鉆機→制漿、正循環(huán)鉆進至設(shè)計深度→打開高壓注漿泵→反循環(huán)提鉆并噴水泥漿→至工作基準面以下0.3m→重復攪拌下鉆并噴水泥漿至設(shè)計深度→反循環(huán)提鉆至地表→成樁結(jié)束→鉆機移位至下一根樁。

根據(jù)本地區(qū)試樁結(jié)果，要高度重視復攪的作用。早期施工中，我們曾發(fā)現(xiàn)有樁體成型不理想的情況，最初我們試圖通過增加單位噴漿量來解決，但效果卻并不佳，后來在并未增加單位噴漿量的情況下，通過增加復攪次數(shù)，取得了較好的成樁效果。本地區(qū)復攪次數(shù)一般都達到超過3次，有些段落復攪次數(shù)甚至達到6次。一般來說全程復攪次數(shù)越多，拌和越均勻，成樁效果也越好。

3.3 施工中常見問題及質(zhì)量控制要點

(1)進入施工現(xiàn)場的水泥應具備出廠合格證、質(zhì)保書等質(zhì)量證明文件。水泥的堆放必須符合防雨、防潮的要求，不使用過期、受潮、結(jié)塊的水泥。

(2)開機前必須先檢查導向管的垂直度，施工中要隨時觀察和保持攪拌機底盤的水平和導向架的豎直。攪拌樁垂直度偏差≯1%，樁位偏差≯50mm，樁徑偏差≯4%，攪拌頭的直徑應每天檢查一次，確保樁頭磨損量不超過10mm，成樁直徑和樁長不得小于設(shè)計值。

(3)按已確定的施工工藝要求控制好水泥漿液，可采用泥漿比重計每臺班檢查4次。

(4)水泥漿制備：采用專用水泥漿攪拌機進行制漿，把漿液臨時儲在儲蓄罐內(nèi)，且利于人工或機械進行擺動，防止離析或沉淀。水泥漿制備應以單根樁儲料為單位，按設(shè)計配合比計量投料并有富余量，攪拌時間大于4min，以保證水泥漿攪拌的均勻和水泥的活化。泵送必須連續(xù)，控制漿液的罐數(shù)、水泥和外加劑的用量及噴送漿液的時間，并有專人記錄，形成技術(shù)資料歸檔。

(5)施工、監(jiān)理單位應嚴格核查水泥、石膏等材料的入庫、消耗、剩余情況，并與當日施工延米數(shù)和水泥等空袋子數(shù)目進行復核，各項數(shù)目應保持一致。

(6)正循環(huán)下沉鉆進攪拌：第一次下鉆時為避免堵管應帶漿下鉆，嚴禁帶水下鉆。采用低檔，下沉速度由電機的電流監(jiān)測表控制，工作電流控制在70A以內(nèi)。攪拌桿有效長度應大于施工樁長，葉片直徑不小于設(shè)計樁徑，以保證滿足設(shè)計樁長和樁徑的需要。

(7)反循環(huán)上提噴漿攪拌：第一次噴漿應小于總漿量的1/2。嚴格控制噴漿時間和停漿時間，為保證水泥攪拌樁樁底、樁頂及樁身質(zhì)量，第一次提鉆噴漿時應在樁底部、樁頂部分別停留30s，進行坐漿攪拌，余漿上提過程中全部噴入樁體。噴漿壓力控制在0.5～0.7MPa。施工時應連續(xù)噴漿，若因故停漿，應將攪拌機下沉到停漿點以下0.5～0.8m處，等恢復供漿時再噴漿提升。

(8)重復攪拌：在水泥摻入比達到一定程度時 (一般為10%～15%)，保證攪拌程度比增加水泥含量對承載力的提高更有效。為了保證水泥漿與土充分拌勻，在電動機功率允許的前提下，應盡量多裝幾把葉片。在水泥摻量、噴漿壓力和機具轉(zhuǎn)速相同時，提升速度慢的樁身強度較高。

(9)施工過程中若發(fā)現(xiàn)噴漿量不足，應按規(guī)定進行整樁復打，復噴的漿液量仍應不小于設(shè)計用量。

(10)深層攪拌樁施工完畢后需養(yǎng)生28d，達設(shè)計強度后才能填筑路基和進行構(gòu)造物的施工。

4 質(zhì)量檢驗

水泥深層攪拌樁施工后的質(zhì)量檢查一般常用以下幾種方法：

(1)對深層攪拌樁成樁7d后樁身質(zhì)量的檢查，可以及時反映成樁效果，便于調(diào)整施工方案，確保施工的整體質(zhì)量。具體的檢測方法有：①樁7d后外觀鑒定。柱體圓勻，無縮頸和回陷現(xiàn)象；攪拌均勻，凝體無松散；群樁樁頂齊，間距均勻。②成樁7d可采用輕便觸探法進行樁身質(zhì)量檢驗。檢驗攪拌均勻性：用輕便觸探器中附帶的鉆頭，在攪拌樁身中心鉆孔，取出樁芯，觀察其顏色是否一致，是否存在水泥漿富集的“結(jié)核”或未被攪勻的土團。

觸探試驗：根據(jù)現(xiàn)有的輕便觸探擊數(shù)(N10)與水泥土強度對比關(guān)系(見表1)來判別樁身強度是否滿足設(shè)計要求。輕便觸探器的深度一般不超過4m，水泥土7d強度一般為90d強度的0.25～0.5之間。

表1 輕便觸探擊數(shù)(N10)與水泥土強度對比關(guān)系

(2)全斷面鉆芯檢測樁身無側(cè)限抗壓強度試驗。在檢測工作基礎(chǔ)上，按統(tǒng)一的檢測標準與評分方法，結(jié)合地質(zhì)條件變化情況和樁身水泥土強度時間效應及深度變化情況，分別按現(xiàn)場描述特征、軟硬情況、標貫擊數(shù)、無側(cè)限抗壓強度等特征參數(shù)，并將不同齡期統(tǒng)一換算成28d齡期抗壓強度進行綜合評分。這種方法符合客觀實際，大大減少主觀因素，結(jié)論可靠，目前我省高等級公路均采用該方法對被檢測樁進行質(zhì)量評定。

5 結(jié)束語

從我市沿江地區(qū)高等級公路的施工和運營期間路基沉降觀測結(jié)果來看，水泥深層攪拌樁對我市沿江地區(qū)深、厚軟土地基的處理達到了預期效果，取得了良好的社會經(jīng)濟效益。在多年工程建設(shè)實踐中，通過對該項技術(shù)的施工管理，有如下幾點建議供工程界同行參考：

(1)軟土地基處理在公路建設(shè)中為首要環(huán)節(jié)，軟基處理屬于隱蔽工程，且被路堤等構(gòu)造物覆蓋，構(gòu)成隱患不便檢查與補救。水泥攪拌樁是一種有效處理軟基的辦法，對公路建成后降低工后不均勻沉降、路的側(cè)向移位和橋頭跳車等都有顯著的效果。

(2)根據(jù)水泥土反應機理和施工的實踐結(jié)果來看，水泥摻入量達到一定值時，單純提高水泥用量對強度提高不顯著，提高攪拌的均勻性對樁的強度影響較大。對于不同的類型和不同性質(zhì)軟土，必須在現(xiàn)場采取有代表性芯樣進行配合比試驗，才可以達到設(shè)計的加固效果，如實反映設(shè)計要求。

(3)施工前做試驗樁是必要的，以此確定的施工參數(shù)對大面積施工的質(zhì)量控制很關(guān)鍵。制備好的漿液不得離析，泵送必須連續(xù)。拌制漿液的罐數(shù)、固化劑和外摻劑的用量以及泵送漿液的時間等應有專人真實記錄。

(4)施工過程中的攪拌質(zhì)量(鉆桿轉(zhuǎn)速和復攪次數(shù))對成樁質(zhì)量影響大，作為質(zhì)量控制的關(guān)鍵除了水泥用量以外，攪拌質(zhì)量應作為重點來管理。因軟土地基在不同地段、不同土層土質(zhì)不同，為了能客觀有效地評價深層攪拌樁施工質(zhì)量和處理效果，質(zhì)量檢測宜采用多種方式綜合測定、綜合評分。

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