淺談水泥攪拌樁在黃驊港礦石碼頭軟基處理中的應(yīng)用

李玉磊

(交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所 天津300456)

淺談水泥攪拌樁在黃驊港礦石碼頭軟基處理中的應(yīng)用

李玉磊

(交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所 天津300456)

水泥攪拌樁具有施工方便、費用低廉、加固軟弱土厚度大等特點，在國內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，取得了較好的經(jīng)濟和社會效益。但是對其加固機理和破壞機理的研究還不夠完善，在實際工程中經(jīng)常會出現(xiàn)一些問題，導(dǎo)致工程的進展不夠順利。結(jié)合黃驊港礦石碼頭軌道梁基礎(chǔ)的施工情況，如場地的工程地質(zhì)、軟土土層的分布情況，經(jīng)專家進行現(xiàn)場工藝研討和指導(dǎo)及科學(xué)的檢測方案，對成樁工藝進行優(yōu)化，總結(jié)出單軸雙向攪拌樁機“兩噴四攪”的施工工藝，并提出了影響水泥攪拌樁強度的因素。

水泥攪拌樁 軟土 地基處理 檢測

軟土具有含水量高、高壓縮性、高靈敏度、易觸變等特性，在天然狀態(tài)下稍有強度，一旦擾動，土體結(jié)構(gòu)極易破壞，強度急驟降低，不宜直接作為基礎(chǔ)持力層。水泥攪拌樁是軟基處理的一種方法，利用水泥作為固化劑的主劑，用攪拌樁機將水泥漿噴入土體并充分攪拌，使水泥漿與土發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，軟土硬結(jié)從而提高基礎(chǔ)強度。水泥攪拌樁在軟土地基上的應(yīng)用，對改善施工場地環(huán)境，避免場地擁堵，保證人、車正?；顒拥扔休^好效果，它具有施工方便、費用低廉、加固軟弱土厚度大等特點，在我國得到了廣泛的應(yīng)用，取得了較好的經(jīng)濟和社會效益。

1 工程概況

本工程屬于黃驊港散貨港區(qū)礦石碼頭一期工程——堆場道路及軌道基礎(chǔ)部分，設(shè)計陸域縱深為800,m，本工程堆存區(qū)域 1～5# 堆場占用陸域縱深411,m，南側(cè)為預(yù)留續(xù)建工程 6～10# 堆場，最南側(cè)陸域為進出港主要通道。堆場選用堆取分開設(shè)備方案，布置6條大機行走壩基基礎(chǔ)，其中3條堆料線、3條取料線，總長 6,680,m。共布置 5條堆場，總面積約34萬 m2。生產(chǎn)輔助場地布置在堆場兩側(cè)的堆、取料線之間的區(qū)域，采用聯(lián)鎖塊鋪面結(jié)構(gòu)，面積約17.86萬 m2。聯(lián)鎖塊鋪面結(jié)構(gòu)道路面積約10.62萬 m2。場地地基在采用 80,kPa的真空預(yù)壓進行地基處理的基礎(chǔ)上再采用水泥攪拌樁復(fù)合地基二次加固，以滿足堆取料機行走荷載及堆場礦石荷載的要求。

2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告，場區(qū)地層根據(jù)成因主要分為 3層：①第四系全新統(tǒng)上組以河床-河漫灘相沉積層(Q43al)的粉質(zhì)粘土層，以陸相沉積為主，層厚約2,m；②第四系全新統(tǒng)中組以海相沉積層(Q42m)的淤泥質(zhì)土為主，該層土屬于高含水量、高壓縮性、高孔隙比的軟土層，且其厚度較大(10,m左右)，是場區(qū)內(nèi)控制沉降、穩(wěn)定因素的關(guān)鍵性土層，需要著重、認真分析；③第四系全新統(tǒng)下組以沼澤相沉積層(Q41h)的粉土為主，層厚約 1,m。根據(jù)鉆探揭示的地層自上而下分述如下：①粉質(zhì)粘土，黃褐色，飽和，流-軟塑，含鐵質(zhì)，局部相變?yōu)榉弁粒瑯素灀魯?shù) 1～4，平均標貫擊數(shù)N＝3擊，物理力學(xué)性質(zhì)較差，平均厚度為2,m。淤泥質(zhì)土，灰色，飽和，流塑，含有機質(zhì)及貝殼碎片，夾粉土薄層，平均標貫擊數(shù)N＝2擊，物理力學(xué)性質(zhì)差，平均厚度 10,m。粉土，淺灰色，濕，稍密，含云母，局部相變?yōu)榉圪|(zhì)粘土，標貫擊數(shù) 6～10，平均標貫擊數(shù)N＝8擊，物理力學(xué)性質(zhì)一般，平均厚度1,m。

表1 主要土層的物理力學(xué)指標Tab.1 Physical mechanical indicators of main soil layers

3 軌道梁地基處理設(shè)計

軌道梁基礎(chǔ)地基與堆場地基采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法進行地基處理，承載力達到 80,kPa。后續(xù)打入水泥攪拌樁形成具有一定強度的復(fù)合地基，使軌道梁基礎(chǔ)地基得到二次加固，復(fù)合地基承載力要求不小于200,kPa，能夠承擔(dān)堆取料機作用下的垂直及水平荷載。

本工程在堆場穩(wěn)定性驗算時把復(fù)合地基中樁和土當(dāng)作整體，采用復(fù)合地基應(yīng)力應(yīng)變程序進行計算，在工程試驗過程中，應(yīng)力、應(yīng)變、沉降、位移等項目的監(jiān)測同時進行，以保證工程的順利進行。

4 施工方案

本工程水泥攪拌樁為連續(xù)搭接布置，較為密集，施工區(qū)域地質(zhì)條件較復(fù)雜，地下土層主要為淤泥質(zhì)土、粉土、粉質(zhì)粘土，含有碎貝殼、有機質(zhì)、碎石、排水板等雜物，土質(zhì)不均勻，分部不連續(xù)，攪拌樁施工較困難，易發(fā)生鉆進困難、攪拌不均、冒漿等異常情況。因此，在水泥攪拌樁正式施工前組織多種機型、不同功率攪拌樁機進場進行試樁、典型施工。在此期間，業(yè)主多次組織監(jiān)理、設(shè)計單位及專家進行現(xiàn)場工藝研討和指導(dǎo)，對成樁工藝進行優(yōu)化，由最初的雙軸攪拌樁機“三噴六攪”工藝調(diào)整為單軸雙向攪拌樁機“兩噴四攪”工藝，并采取數(shù)控制漿、專用電腦平臺記錄成樁過程措施，形成了科學(xué)合理的攪拌樁施工方案，保證成樁質(zhì)量。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，為滿足后續(xù)工作的正常開展，攪拌樁施工按軌道基礎(chǔ)軸線方向分區(qū)、流水進行。

5 水泥攪拌樁強度的影響因素

5.1 水泥摻入比

水泥土的強度隨水泥摻入比增加而增大，水泥摻入比每增加2%,，水泥強度就增加5%～20%,。水泥土摻入比過小時(＜5%,)，水泥土的離散性很大，說明過小的摻量施工時很難掌握質(zhì)量，因此摻入量在實際工程時應(yīng)大于 5%,，一般控制在 8%,～20%,內(nèi)較為合理。但因場地土質(zhì)與施工條件的差異，摻入比應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況決定。

5.2 齡期

水泥土的強度隨齡期的增大而增大，在齡期超過28,d后，強度仍有明顯增長，為了降低造價，對承重攪拌樁試塊國內(nèi)外采用 90,d齡期為標準齡期，對起支檔作用的受水平荷載的攪拌樁，為了縮短養(yǎng)護期，水泥土強度標準取 28,d齡期為標準齡期。當(dāng)水泥土超過 3個月后，水泥土強度增長緩慢，180,d的水泥土強度為90,d的1.25倍，而180,d后水泥土強度增長仍未終止。二者之間大致呈冪函數(shù)關(guān)系。

5.3 土層及土層含水率的影響

不同的土層在水灰比、水泥摻量、含水量相同的情況下，其無側(cè)限抗壓強度相差較大，資料顯示，在上述相同情況下，粉質(zhì)粘土(Ip＝13.3)無側(cè)限抗壓強度比粉土(Ip＝7.6)及淤泥質(zhì)土要高，淤泥質(zhì)土強度最低。[2]

水泥土的無側(cè)限抗壓強度隨著土樣含水量的增大而降低，表 2為含水量與強度的關(guān)系，可以看出水泥土含水量的大小對無側(cè)限抗壓強度的影響很大。當(dāng)水泥土配比相同時，其強度隨土樣的天然含水量降低而增大。當(dāng)含水量在50%,～85%,之間變化時，含水量每降低10%,，水泥土強度提高20%,以上。

表2 含水量與無側(cè)限抗壓強度的關(guān)系Tab.2 Relation of water content with unconfined compressive strength

5.4 有機質(zhì)含量對強度的影響

有機質(zhì)可使土壤具有較大的水溶性和塑性，較大的膨脹性和低滲透性，并使土壤具有酸性，這些因素都阻礙水泥水化反應(yīng)的進行。有機質(zhì)含量不同，其水泥土強度隨齡期的變化規(guī)律也不同，有機質(zhì)含量越高強度隨齡期增長越慢。工程實踐證明，加入 5%,磷石膏，水泥土的強度可提高數(shù)倍。

6 檢測方案

為滿足設(shè)計要求，充分驗證設(shè)計方案的可行性，保證工程的成樁質(zhì)量，主要進行了水泥攪拌樁取芯試驗和靜載荷試驗。

6.1 水泥攪拌樁取芯試驗

沿整樁長進行連續(xù)鉆孔取芯，每 1,m取 1個試件，試件進行室內(nèi)無側(cè)限抗壓強度試驗。取芯采用雙管單動鉆具，盡量減少對芯樣的擾動。樁身強度檢測以 90,d齡期無側(cè)限、抗壓強度平均值大于 1.5,MPa為標準，但考慮到工期緊張，也可以在 7～90,d內(nèi)取芯，進行短期強度試驗，即可知道是否滿足90,d齡期的強度要求。

6.2 水泥攪拌樁靜荷載試驗

靜荷載試驗分為單樁及復(fù)合地基靜載試驗，當(dāng)單樁豎向承載力特征值 Ra≥180,kN，復(fù)合地基承載力特征值 fspk≥200,kPa，沉降在允許范圍內(nèi)時，即滿足設(shè)計要求。

7 結(jié) 語

水泥攪拌樁在軟基處理上既滿足安全性要求，又可以取得一定的經(jīng)濟效益。本文通過工程實踐總結(jié)出適應(yīng)場地特點的單軸雙向攪拌樁機“兩噴四攪”的施工工藝，并充分考慮影響樁體強度的各種因素，利用科學(xué)的檢測方案，大大提高了施工的效率，保證了成樁的質(zhì)量。

［1］ JGJ 79—2012. 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［2］ 唐文軍. 水泥攪拌法加固軟弱土層主要影響因素的研究[J]. 路基工程，2005(5)：63-65.

［3］ 孫治林. 水泥攪拌樁施工及檢測方法探討[J]. 港工技術(shù)，2005，22(1)：52-53.

Application of Cement Mixing Pile in Soft Foundation Treatment in Huanghua Port Ore Terminal

LI Yulei

(Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering，Tianjin 300456，China)

Due to its characteristics of convenient construction，low cost and strong soft soil strengthening capacity， cement mixing pile has been widely used in China and has achieved good economic and social benefits．However，researches on its reinforcement mechanism and failure mechanism are yet to be completed. In practical engineering，problems occur frequently，resulting in unfavorable project progress．Combined with the construction status of track beam foundation in Huanghua Port Ore Terminal，such as geological engineering and soft soil layer distribution in sites，the pile forming process was optimized and a “Two Four Jet Mixing” construction process by asingle axis bidirectional mixing pile machine was adopted according to on-site technical seminars，experts’ guidance and detection schemes．In the end，factors influencing the strength of cement mixing piles were also presented.

cement mixing pile；soft soil；ground handling；detection

TU473.1+4

A

1006-8945(2016)01-0037-03

2015-12-14