淺談水泥砂漿樁在灃保高速鐵路中的應(yīng)用

代勤飛

摘要：介紹中鐵二局承建津保鐵路第4標(biāo)段概況，對(duì)水泥砂漿樁在軟土地基中的加固機(jī)理及特點(diǎn)進(jìn)行說明，并結(jié)合津保鐵路實(shí)例，對(duì)水泥砂漿樁加固松軟土施工方法進(jìn)行探討，總結(jié)出水泥砂漿樁施工中的控制要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：津保；水泥砂漿樁；加固；要點(diǎn)

1.工程概況

中鐵二局集團(tuán)公司承建的津保鐵路4標(biāo)段，正線長(zhǎng)度41.57公里（DK55+244.3-DK96+816.7），其中路基工程長(zhǎng)度21公里，橋梁工程長(zhǎng)度20.57公里。路基工程地基處理其中水泥砂漿樁264.7萬米，文章以DK71+660-DK74+992里程段地基處理水泥砂漿樁工點(diǎn)為例，對(duì)水泥砂漿樁加固松軟土施工方法進(jìn)行探討。

2.地質(zhì)水文情況

2.1地形及地質(zhì)情況

DK71+660-DK74+992里程段地基處理水泥砂漿樁工點(diǎn)位于跨大廣高速公路特大橋小里程端，線路以填方通過，地形平坦、開闊，多為耕地。

0-4.4m——粉質(zhì)粘土：軟塑～堅(jiān)硬，夾砂土透鏡體；粘土：硬塑，偶見螺殼；a=140kpa。

4.4-10.7m——粉質(zhì)粘土：軟塑，含銹斑；a=120-140kpa。

10.7-15m——質(zhì)粘土：軟塑；a=140kpa。

2.2水文地質(zhì)情況

該段路基地下水為第四系空隙潛水，埋深10-12.9m，變幅1-2m。主要靠大氣降水補(bǔ)給。地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具硫酸鹽侵蝕性，環(huán)境作業(yè)等級(jí)H2，地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有氯鹽侵蝕性，環(huán)境作用等級(jí)H1。土壤最大凍結(jié)深度0.7m。

2.3該段路基地震動(dòng)峰值加速度：0.1g。

3.水泥砂漿樁作用機(jī)理、特點(diǎn)

3.1水泥沙漿樁作用機(jī)理

水泥砂漿攪拌樁是采用水泥、沙、外加劑和水?dāng)嚢瓒傻乃嗌皾{作為固化劑主劑，利用水泥砂漿攪拌樁機(jī)的攪拌葉片，在葉片直徑的范圍內(nèi)將水泥砂漿和土進(jìn)行充分?jǐn)嚢?。為達(dá)到使軟土凝結(jié)硬化，形成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的土中柱體的目的，該固化劑和軟土之間所產(chǎn)生了一系列物理、化學(xué)反應(yīng)；所形成的土中柱體并與周圍的地基土一起構(gòu)成復(fù)合地基，以提高軟基的承載能力。

3.2水泥砂漿樁特點(diǎn)

水泥砂漿樁對(duì)于飽和軟黏土、砂類土、黃土、淤泥、淤泥質(zhì)土、黏土和亞黏土等都具有較好的加固效果，具有廣泛的適用性，不但施工工藝簡(jiǎn)單，而且施工質(zhì)量容易控制。

4.水泥砂漿樁施工技術(shù)

4.1水泥砂漿樁施工準(zhǔn)備

4.1.1技術(shù)準(zhǔn)備

設(shè)計(jì)圖紙的學(xué)習(xí)和審核必須在項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人主持下，相關(guān)人員全員參加并形成會(huì)審記錄。我部該工點(diǎn)設(shè)計(jì)樁平面布置形式為正方形布置，樁間距為1.5m，樁直徑為0.5m，樁長(zhǎng)為15m（穿透松軟土至硬層）。樁身無側(cè)限抗壓強(qiáng)度必須大于等于2.5MPa，復(fù)合地基承載力必須大于等于180kpa。

4.1.2物資裝備

（1）設(shè)計(jì)對(duì)材料的要求。

水泥：采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥或地下水具侵蝕性時(shí)使用32.5級(jí)礦渣硅酸鹽水泥作固化劑，水泥摻入量比值應(yīng)大于等于15%，推薦選用0.45-0.7范圍的水泥漿水灰比。

砂：水泥沙漿中砂采用粉細(xì)砂，建議采用1：0.3-0.5范圍的灰砂比。外加劑：根據(jù)工程土質(zhì)條件和需要選用緩凝早強(qiáng)，減水等作用效果和節(jié)省水泥的材料。

（2）設(shè)備選用。水泥砂漿樁設(shè)備選用SJB40型，電動(dòng)機(jī)功率2×40km、攪拌轉(zhuǎn)速43r/min、額定扭矩2×8500n*m、采用“十字”型多向噴頭，攪拌頭直徑700mm、加固深度15-18m。配備水泥砂漿壓力監(jiān)測(cè)儀和漿量自動(dòng)記錄儀。壓漿泵最大壓力1.5MPa。

4.1.3現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備

施工場(chǎng)地應(yīng)具備“三通一平”條件，場(chǎng)地地表植物根系應(yīng)在施工前挖除并將場(chǎng)地整平，設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高加0.3m作為整平標(biāo)高。取樣復(fù)測(cè)場(chǎng)地內(nèi)地下水和地表水，以及施工用水的水質(zhì)，施工用水不得使用有侵蝕性水。根據(jù)專業(yè)設(shè)計(jì)文件對(duì)路基范圍內(nèi)管線進(jìn)行調(diào)查核實(shí)和遷改并在施工前完成該項(xiàng)工作，加強(qiáng)對(duì)沒有遷改而施工中又可能對(duì)其造成影響管線的施工防護(hù)工作。設(shè)計(jì)交底、交樁給定的工程測(cè)量控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，做好設(shè)計(jì)、勘測(cè)的交樁和交線工作并進(jìn)行測(cè)量放樣。

4.1.4試樁工藝參數(shù)

水泥砂漿樁施工前應(yīng)編制工藝性試樁方案，選擇具有代表性的地段按照審批后的試樁方案進(jìn)行工藝性成樁試驗(yàn)，每個(gè)工點(diǎn)試樁數(shù)量大于等于3根以便確定施工的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)和實(shí)際成樁效果。我部在里程DK74+700處進(jìn)行工藝性試樁6根，因?yàn)榈叵滤咔治g性所以選用P032.5級(jí)礦渣硅酸鹽水泥，按照試驗(yàn)配合比所確定水泥：粉細(xì)砂：水=1：0.48：0.45現(xiàn)場(chǎng)拌制漿液，水泥摻入量為20.5%即每米水泥砂漿樁摻入水泥量為70kg/m。確定后的試驗(yàn)工藝參數(shù)：下鉆鉆進(jìn)速度控制在0.8-1.2m/min，轉(zhuǎn)速40-80r/min；提升攪拌速度控制在0.8M.5m/min，轉(zhuǎn)速80-120r/min，噴漿壓力控制在0.6-1.0MPa，進(jìn)入持力層電流60-70A，樁底持續(xù)噴漿攪拌時(shí)間30-40s，水泥砂漿漿液制備攪拌時(shí)間3-5min。

4.2水泥沙漿樁施工工藝

4.2.1水泥沙漿樁施工工藝流程

根據(jù)設(shè)計(jì)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在進(jìn)行工藝性試樁的基礎(chǔ)上，確定水泥沙漿樁施工采用兩噴四攪的施工工藝，其流程：施工準(zhǔn)備-原地面處理-測(cè)量放樣-鉆機(jī)就位-檢查鉆桿垂直度及對(duì)位偏差-預(yù)攪拌鉆進(jìn)-確認(rèn)鉆進(jìn)設(shè)計(jì)深度-噴射水泥砂漿、攪拌并提升鉆頭至樁頂-重復(fù)攪拌下沉至設(shè)計(jì)深度-重復(fù)噴射水泥砂漿、攪拌并提升鉆頭至樁頂-樁頭攪拌-鉆機(jī)移位-樁頭處理-成樁質(zhì)量檢驗(yàn)。

4.2.2鉆機(jī)就位

測(cè)量放樣樁位采用竹條進(jìn)行定位，定位誤差應(yīng)符合要求并用石灰進(jìn)行標(biāo)示。鉆機(jī)行進(jìn)至樁位處，為保證鉆桿垂直并且對(duì)準(zhǔn)已經(jīng)測(cè)量放樣好的樁位，采用調(diào)整鉆機(jī)自身的調(diào)平裝置配合調(diào)平儀表調(diào)平塔身導(dǎo)桿的方式。并利用垂球線檢查垂直度和樁位偏差，確保水泥砂漿樁機(jī)鉆桿垂直度偏差小于等于1%，樁位偏差小于等于50mm的要求范圍內(nèi)。鉆機(jī)調(diào)整到位后進(jìn)行低壓射水試驗(yàn)，檢查噴嘴暢通及壓力情況。

4.2.3預(yù)攪拌下沉

開鉆前即鉆機(jī)初始狀態(tài)下用白色油漆把鉆桿上端頭橫向?qū)?yīng)在鉆機(jī)塔身上作白色粗橫線標(biāo)記，按照設(shè)計(jì)水泥砂漿樁長(zhǎng)h=15m，外加30cm標(biāo)高鉆進(jìn)總長(zhǎng)度H，根據(jù)設(shè)計(jì)要求則（H=h+0.3=15.3）m，用卷尺從塔身白色橫線油漆處，沿塔身向下H=15.3m處，用紅色油漆在塔身劃粗橫線作紅色醒目標(biāo)記，以便于攪拌下沉?xí)r控制樁長(zhǎng)滿足設(shè)計(jì)要求。啟動(dòng)攪拌機(jī)放松起吊鋼絲繩，使攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架下沉，待攪拌鉆頭接近地面時(shí)啟動(dòng)自動(dòng)記錄儀；在樁頂以上30cm處開始鉆進(jìn)攪拌下沉，攪拌速度控制在50-60r/min范圍，下沉速度控制在0.8-1.0m/min范圍。下沉過程中的工作電流應(yīng)小于等于額定值，采取增加攪拌機(jī)自重并啟動(dòng)加壓裝置方式來解決較硬地層的下沉。鉆進(jìn)接近設(shè)計(jì)深度即鉆桿上端伴隨攪拌下沉接近塔身劃粗橫線紅色醒目標(biāo)記時(shí)，宜用低速慢鉆。鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)深度即鉆桿上端與塔身劃粗橫線紅色醒目標(biāo)記齊平時(shí)停止鉆進(jìn)，并記錄好鉆進(jìn)過程。

4.2.4噴漿攪拌提升

（1）制作水泥砂漿，采用砂漿攪拌機(jī)每盤最大攪拌3.5m3砂漿，采用二次攪拌工藝。先由配合比計(jì)算用水體積，根據(jù)用水體積和儲(chǔ)水桶直徑計(jì)算出液面高度并在該處用紅色油漆劃粗橫線做醒目標(biāo)記，將儲(chǔ)水桶中規(guī)定量的水注入到砂漿攪拌機(jī)。然后啟動(dòng)攪拌機(jī)邊攪拌邊摻入規(guī)定量的水泥，水泥為袋裝水泥，不足一袋的用臺(tái)秤稱量，攪拌時(shí)間不少于1min。接著加入砂桶和臺(tái)秤稱量的規(guī)定量的砂，攪拌時(shí)間不應(yīng)少于3min。最后將砂漿從攪拌桶經(jīng)過過濾網(wǎng)放入二次攪拌桶內(nèi)進(jìn)行二次攪拌，二次攪拌桶內(nèi)攪拌均勻的水泥砂漿經(jīng)過設(shè)濾網(wǎng)進(jìn)漿口，通過高壓灰漿泵以供應(yīng)水泥砂漿樁機(jī)的砂漿使用。

（2）深層攪拌機(jī)下沉到設(shè)計(jì)深度，開啟正常檔位砂漿泵，壓漿壓力穩(wěn)定在0.7Mpa左右，保證樁端噴漿攪拌30s后勻速攪拌提升攪拌頭。提升過程中保持注漿泵壓力為0.7Mpa附近，始終保持連續(xù)送漿。提升速度控制在0.9-1.0m/min范圍，攪拌速度控制在80-90r/min范圍；提升至樁頭處必須持續(xù)攪拌噴漿不少于30s，攪拌噴漿直至樁頂向上30cm并做好過程記錄。

4.2.5重復(fù)攪拌下沉

按工藝流程圖，重復(fù)前次4.2.3作業(yè)。

4.2.6重復(fù)噴漿攪拌提升

按工藝流程圖，重復(fù)前次4.2.4作業(yè)。在成樁過程中因故停漿，繼續(xù)施工時(shí)必須重疊大于等于0.5m的接樁長(zhǎng)度。如果停機(jī)超過3h，應(yīng)該拆卸并清洗干凈輸漿泵管路，繼續(xù)施工時(shí)在原位旁邊補(bǔ)樁。

4.2.7樁機(jī)移位

樁機(jī)完成一樁位移至下一樁位，重復(fù)進(jìn)行上述4.2.2-4.2.6步驟施工，采用從線路中心向線路兩側(cè)施打順序推進(jìn)。

4.2.8樁機(jī)清洗

作業(yè)完成或者需停機(jī)3小時(shí)，必須進(jìn)行鉆頭和鉆桿、砂漿泵清洗，向集料斗中注入適量清水，開啟灰漿泵清洗全部管路中剩余的水泥漿，直到管內(nèi)和機(jī)內(nèi)沒有漿液殘留，并清洗干凈黏附在攪拌頭的軟土。

4.2.9水泥砂漿樁頭截除

水泥砂漿樁作業(yè)完成并養(yǎng)護(hù)28天后，清除樁頂保護(hù)土層，截除樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上樁頭，采用截樁機(jī)從四面水平切割樁體，然后將4根鋼釬在切縫內(nèi)按同一角度對(duì)稱放置，用大錘同時(shí)擊打鋼釬直至將樁頭截?cái)?。樁頭截?cái)嗪髽俄攽?yīng)平整，不能出現(xiàn)斜面，我部施工的水泥砂漿樁頂高程允許偏差控制在0-+20mm。

4.2.10水泥砂漿樁質(zhì)量控制及成樁檢驗(yàn)

主控項(xiàng)目：水泥砂漿樁加固用水泥、加固料及外加劑等原材料必須滿足《高速鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（后文簡(jiǎn)稱《驗(yàn)標(biāo)》）檢驗(yàn)要求。水泥砂漿樁漿液按照試驗(yàn)確定的配合比制備，檢驗(yàn)符合《驗(yàn)標(biāo)》要求。水泥砂漿樁的數(shù)量、布樁形式、樁長(zhǎng)、單樁加固量用量、樁身完整性、均勻性等應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，并按照《驗(yàn)標(biāo)》檢驗(yàn)方法和數(shù)量檢驗(yàn)。水泥砂漿樁無側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求（大于等于2.5MPa），復(fù)合地基承載力應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求（大于等于180kpa）。并按照《驗(yàn)標(biāo)》檢驗(yàn)方法和數(shù)量檢驗(yàn)。

一般項(xiàng)目：水泥砂漿樁施工的檢驗(yàn)方法、檢驗(yàn)數(shù)量及允許偏差應(yīng)符合以下規(guī)定。檢驗(yàn)項(xiàng)目樁位（縱橫向）采用測(cè)量?jī)x器或鋼尺丈量的檢驗(yàn)方法，允許偏差50mm。檢驗(yàn)項(xiàng)目樁體垂直度采用經(jīng)緯儀或吊線測(cè)鉆桿傾斜度的檢驗(yàn)方法，允許偏差1%。檢驗(yàn)項(xiàng)目樁體有效直徑采用開挖50-100cm深后，鋼尺丈量的檢驗(yàn)方法，允許偏差不小于設(shè)計(jì)值（0.5m）。施工單位檢驗(yàn)數(shù)量按成樁總數(shù)的10%抽樣檢驗(yàn)，且每檢驗(yàn)批大于等于5根。

5.結(jié)語

水泥砂漿樁與樁間土及褥墊層構(gòu)成復(fù)合地基，大幅度提高軟基的地基承載力，沉降變形小。且施工方法簡(jiǎn)單易于控制質(zhì)量，在津保高速鐵路施工中，我部嚴(yán)格按照經(jīng)審批的既定施工方案作業(yè)，認(rèn)真執(zhí)行《驗(yàn)標(biāo)》，水泥砂漿樁施工取得了優(yōu)良的作業(yè)效果。