施工工藝方法對(duì)攪拌樁質(zhì)量的影響分析

張家柱　代世軍（安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站合肥230088安徽省·水利部淮河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究院蚌埠233000）

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施工工藝方法對(duì)攪拌樁質(zhì)量的影響分析

張家柱代世軍
（安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站合肥230088安徽省·水利部淮河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究院蚌埠233000）

相同水泥摻入量情況下，采用不同施工工藝方法來(lái)加固軟土地基，通過對(duì)加固后的樁身質(zhì)量檢測(cè)和單樁復(fù)合地基承載力的檢測(cè)成果的對(duì)比分析得出：高含水率和地下水位以下的軟土地基加固處理，不適合采用水泥漿攪拌法，而應(yīng)選擇粉體噴射攪拌法進(jìn)行處理。

攪拌樁復(fù)合地基施工方法效果分析

根據(jù)勘察報(bào)告揭示勘察深度范圍內(nèi)某場(chǎng)地建筑物基礎(chǔ)底面以下的土層分為①層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土、淤質(zhì)粉質(zhì)黏土，灰色，流～軟塑狀，飽和，具有高壓縮性。厚度5.0m左右，天然含水率為28.1%～42.8%；孔隙比0.921～1.546，液性指數(shù)0.96～1.182，壓縮系數(shù)a1～2=0.785～1.336MPa-1，抗剪強(qiáng)度c=8～15kPa，φ=1.0°～3.0°，天然地基的承載力特值fk=60kPa。②層粉質(zhì)黏土，黃～棕黃色，可塑狀，結(jié)構(gòu)致密，具有中偏低壓縮性，該層未鉆穿，揭露最大層厚4.5m，天然含水率為15.8%～21.2%；孔隙比為0.609～0.889，液性指數(shù)為0.39～0.70，壓縮系數(shù)a1～2=0.122～0.284MPa-1，抗剪強(qiáng)度c=37.0kPa，φ=14.2°，該層土的承載力特征值fk=200kPa。對(duì)上述①層軟土的加固分別按照設(shè)計(jì)要求選擇漿液攪拌法（濕法）和粉體攪拌法（干法）進(jìn)行處理。

1　攪拌樁的布置及特征參數(shù)

地基加固采用水泥攪拌樁，樁徑500mm，樁中心距為0.95m，呈梅花型布樁，樁身穿過①層進(jìn)入②層粉質(zhì)黏土層的深度1.0m。有效樁長(zhǎng)6.0m。處理后的復(fù)合地基承載力特征值fak=120kPa。為了便于分析和比較，在正式施工之前，在場(chǎng)地上分別采用濕法和干法進(jìn)行了攪拌樁的施工，施工控制參數(shù)見表1。

2　攪拌樁的主要施工工藝及質(zhì)量控制

2.1施工場(chǎng)地平整

清除樁位范圍內(nèi)的障礙物。采用粘性土回填，回填厚度1.2m，壓實(shí)度部低于80%。

2.2施工材料選用

攪拌樁采用經(jīng)檢驗(yàn)合格的R32.5級(jí)普通硅酸鹽袋裝水泥。

2.3施工工藝流程

水泥漿攪拌的主要施工順序?yàn)椋簶段环艠印@機(jī)就位→檢驗(yàn)、調(diào)整鉆機(jī)→正循環(huán)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)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(zhǔn)面以下0.3m→重復(fù)攪拌下鉆并噴水泥漿至設(shè)計(jì)深度→反循環(huán)提鉆至地表→成樁結(jié)束→施工下一根樁。

水泥粉噴樁攪拌的主要施工順序?yàn)椋簶段环艠印@機(jī)就位→檢驗(yàn)、調(diào)整鉆機(jī)→正循環(huán)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度→開啟粉體發(fā)送器→反循環(huán)提鉆并噴灰→提升至設(shè)計(jì)樁頂以上0.5m→重復(fù)攪拌下鉆至設(shè)計(jì)深度→反循環(huán)提鉆至地表→成樁結(jié)束→施工下一根樁。

2.4水泥摻入量

濕法攪拌配合比為水灰比0.45～0.50、水泥摻量15%、每米摻灰量55kg、高效減水劑0.5%，噴漿壓力不小于0.4MPa；干法攪拌水泥摻量15%、每米摻灰量55kg，噴粉壓力控制在0.5～0.7MPa。

2.5提升速度

濕法攪拌先用攪拌樁機(jī)在樁位鉆孔，至設(shè)計(jì)要求深度后，將鉆頭以0.45～0.5m/min的速度邊攪拌、邊提升，同時(shí)邊通過水泥漿輸送系統(tǒng)將水泥漿液通過鉆桿端噴咀連續(xù)地向攪動(dòng)的土體噴水泥漿液，使土體和水泥漿液進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌旌?，形成水泥漿、水、土混合體。

干法攪拌先用攪拌樁機(jī)在樁位鉆孔，至設(shè)計(jì)要求深度后，將鉆頭以0.45～0.5m/min的速度邊攪拌、邊提升，同時(shí)邊通過噴粉系統(tǒng)將干粉水泥通過鉆桿端噴咀定時(shí)定量向攪動(dòng)的土體噴粉，使土體和水泥進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌旌希纬伤喔煞?、土混合體。

2.6樁深度

攪拌的深度按照設(shè)計(jì)要求確定在鉆桿上標(biāo)線控制。

表1　攪拌樁主要工序參數(shù)表

表2　觸探錘擊數(shù)統(tǒng)計(jì)成果表

3　加固效果檢驗(yàn)

3.1水泥土樁身質(zhì)量檢測(cè)

水泥土攪拌樁施工完成后，當(dāng)齡期達(dá)到1d齡期后，采用輕便觸探試驗(yàn)，對(duì)樁身水泥土進(jìn)行檢測(cè)。表2是根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出的樁身3.0m深度范圍內(nèi)的輕便觸探錘擊數(shù)的統(tǒng)計(jì)成果。圖1顯示的是典型的原天然地基土、濕法、干法樁身水泥土貫入度為10cm的錘擊數(shù)隨深度的變化曲線。

3.2樁身開挖檢查

攪拌樁施工完成28d后，將樁體開挖至設(shè)計(jì)樁頂以下1.5～2.0m，觀察和檢查樁身水泥土的狀況。檢查結(jié)果見表3。

3.3單樁復(fù)合地基承載力檢測(cè)

在場(chǎng)地上進(jìn)行了單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)，采用的壓板為0.93m×0.93m的正方形板，試驗(yàn)采用慢速維持荷載試驗(yàn)法，分級(jí)加卸荷載，最大試驗(yàn)荷載按240kPa，表4是代表性的兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的結(jié)果。依據(jù)表4的結(jié)果得出的典型曲線見圖2。

4　加固效果對(duì)比分析

1d齡期的輕便觸探試驗(yàn)試驗(yàn)成果顯示：濕法施工樁身水泥土的錘擊數(shù)僅為原天然地基土的1.36倍；而干法施工樁身水泥土的錘擊數(shù)為原天然地基土的5.34倍，增加幅度較大。干法施工水泥土樁身的錘擊數(shù)是實(shí)發(fā)施工近4倍，隨著靈氣的增長(zhǎng)，這種差距會(huì)更大。主要是水泥漿液中含有較多的水分與水泥發(fā)生水化反應(yīng)，在含水率較高的土層中會(huì)有較多的自由水，不能形成完整、均勻的水泥土結(jié)石體；而干法施工攪拌后水泥和軟土能比較均勻地?fù)胶显谝黄?，在樁身?nèi)形成了穩(wěn)定的水泥石骨架包裹著軟土，同時(shí)水泥吸收軟土中的水分使得土體的強(qiáng)度得以提高。

因攪拌樁是從不斷回轉(zhuǎn)的中空軸的端部向周圍已被攪松的土中噴出水泥漿，經(jīng)過葉片的攪拌而形成水泥土樁。因軟土的含水率高，呈致密狀，水泥漿既不能夠滲入其中，而且又不能附著于軟土上，淤泥質(zhì)黏土容易包裹攪拌頭導(dǎo)致噴漿和攪拌困難，水泥漿液與軟土不能摻合在一起。水泥漿液一般均滯留在葉片的行徑軌跡上，從而形成了水泥漿“富集”現(xiàn)象，導(dǎo)致水泥漿與軟土分離，不能形成完整、均勻的水泥土樁身。而干粉能夠較好地吸附于高含水率的軟土上，并且吸收軟土中的水份，降低了攪拌頭與土之間阻力，凝結(jié)硬化以后能夠形成比較均勻的水泥土樁身。

由圖2的p～s曲線得出：濕法攪拌后的復(fù)合地基極限承載力特征值fu約為140kPa，承載力特征值為fak為70kPa，與加固前的天然地基相比，承載力基本相差不大，加固后的效果不明顯。而干法施工的單樁復(fù)合地基極限承載力特征值fu≥240kPa，承載力特征值為fak≥120kPa，而且沉降量較小，僅為1.58mmm，是原天然地基承載力特征值的2倍以上。產(chǎn)生這種效果的原因是由于干法施工時(shí)再軟土中形成的水泥土樁身強(qiáng)度高、連續(xù)性好，起到了增強(qiáng)體的作用。

圖1　典型的地基土、樁身錘擊數(shù)（N10）關(guān)系曲線圖

圖2　典型的p～s關(guān)系曲線圖

表3　水泥土攪拌樁樁身檢測(cè)結(jié)果

表4　單樁復(fù)合地基承載力試驗(yàn)點(diǎn)結(jié)果表

5　結(jié)語(yǔ)

高含水率軟土地基中在采用相同的水泥摻入量情況下，但采用不同的施工工藝方法將得出不同的效果。通過對(duì)采用濕法和干法加固后的攪拌樁身的質(zhì)量檢測(cè)、單樁復(fù)合地基承載力的檢測(cè)成果的比較分析得出：高含水率和地下水位以下的軟土地基加固處理，不適合采用水泥漿攪拌法進(jìn)行處理，而應(yīng)選擇干法攪拌法進(jìn)行處理。對(duì)地下水位以上的軟土地基加固處理應(yīng)根據(jù)工程的土質(zhì)和含水率情況決定選用合適的處理方法■

（專欄編輯：顧梅）