水泥土攪拌樁施工方法探討

梁　偉　喬愛英　林彬彬

(1.山東東平湖管理局東平管理局， 山東 泰安　271500;2.福建省江海工程管理有限公司， 福建 泉州　362000)

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水泥土攪拌樁施工方法探討

梁偉1喬愛英1林彬彬2

(1.山東東平湖管理局東平管理局， 山東 泰安271500;2.福建省江海工程管理有限公司， 福建 泉州362000)

水泥土攪拌樁施工方法分干法(粉體攪拌法)和濕法(漿液攪拌法)，按照規(guī)范規(guī)定“當?shù)鼗恋奶烊缓啃∮?0%、大于70%時不應采用干法”，馬山頭排水涵洞重建工程施工方法為濕法施工。本文主要探討水泥土攪拌樁在無法嚴格執(zhí)行規(guī)范施工的情況下，改進施工工藝及施工順序，將規(guī)范規(guī)定的“三攪二噴”或“四攪一噴”工藝變?yōu)椤八臄囁膰姟?，有效將水泥漿液均勻、足量噴入土體中，保證水泥土攪拌樁施工質(zhì)量。

地質(zhì)概況及技術(shù)要求；試驗樁施工；設備及施工方案選擇；參數(shù)確定；質(zhì)量控制

馬山頭排水涵洞位于山東省東平縣銀山鎮(zhèn)馬山頭村東北角，山東黃河堤防東平段銀馬堤樁號0+432處，為黃河丁莊揚水站的穿堤建筑物。該涵洞始建于1967年，至今運行40多年，由于水閘經(jīng)長期運行，老化嚴重，設計對其進行拆除重建。重建內(nèi)容主要包括閘門及閘室拆除、土方開挖、土方填筑、石方砌筑、混凝土與鋼筋混凝土工程、閘門安裝及金屬結(jié)構(gòu)安裝等。

馬山頭排水涵洞設計為涵洞式排水閘，共1孔，孔口尺寸1.5m×2.5m，閘室長8m，涵洞長30m，共3節(jié)。閘前鋪蓋、閘室底板、涵洞底板和護坦段基礎(chǔ)范圍內(nèi)布置水泥土攪拌樁，并布置水泥土攪拌樁連續(xù)墻進行圍封，深入液化層以下1m，以提高地基基礎(chǔ)承載力，解決地基地震液化問題。

1　場地巖土地質(zhì)概況及技術(shù)要求

1.1地質(zhì)概況

該工程地質(zhì)中水泥土攪拌樁及連續(xù)墻有效樁范圍內(nèi)為砂壤土、夾壤土、壤土、黏土，持力層為黏土層。

1.2工程設計圖紙技術(shù)要求

a.該基礎(chǔ)處理工程采用水泥土攪拌樁與連續(xù)墻，水泥土攪拌樁單樁直徑600mm，沿軸線布置，樁距1.5m。水泥土連續(xù)墻沿基礎(chǔ)周邊布置，由樁徑600mm的水泥土單樁連續(xù)搭接形成，搭接長度0.1m。

b.單樁豎向承載力特征值應通過單樁豎向靜荷載試驗確定。

c.水泥強度等級選用P.O42.5級及以上的普通硅酸鹽水泥，水泥摻入比不低于18%、攪拌樁抗壓強度不低于2.5MPa。

d.試樁的施工條件應與工程樁的施工條件相同，單樁豎向靜載試驗數(shù)量為3根。要求單樁豎向承載力特征值不小于145kN，復合地基承載力特征值不小于140kPa。

e.水泥土攪拌樁設計及施工依據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JTG 79—2012)、《水閘施工規(guī)范》(SL 27—2014)。

2　水泥土攪拌樁試驗樁施工

為確保工程樁施工方案的經(jīng)濟可行，在水泥土攪拌樁施工前，先進行現(xiàn)場工藝性試樁。

水泥土攪拌試驗樁施工的主要目的為：通過工藝性試驗確定施工設備和施工工藝，以確定最佳施工參數(shù)，用以指導大批量水泥土攪拌樁和連續(xù)墻施工。成樁質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到地基處理的效果，其關(guān)鍵是注漿量、水泥漿與軟土攪拌的均勻程度。

根據(jù)設計圖紙要求并結(jié)合以往工程的施工經(jīng)驗和施工現(xiàn)場的具體情況，選擇打樁機，通過試驗確定施工工藝參數(shù)的最優(yōu)值，固定最優(yōu)參數(shù)和其他參數(shù)。

3　施工設備及施工方案選擇

3.1設備選型

該次試驗樁施工采用ZGZ-A型攪拌樁鉆機施工，主要機械設備見右側(cè)表。

施工機械設備表

3.2施工方案確定

水泥土攪拌樁施工方法分干法(粉體攪拌法)和濕法(漿液攪拌法)，按照規(guī)范規(guī)定“當?shù)鼗恋奶烊缓啃∮?0%、大于70%時不應采用干法”，該工程地基范圍內(nèi)土體天然含水量為10.3%～20.1%，均小于30%，施工方法采用濕法施工，試驗樁按照設計要求利用3根進行試驗。

3.2.1方案1

a.水灰比選擇。按照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JTG 79—2012)7.3.1第6條規(guī)定：“濕法的水泥漿水灰比可選用0.45～0.55”，該工程方案選擇水灰比為0.5。

b.《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JTG 79—2012)7.3.3第6條規(guī)定水泥土攪拌法施工主要步驟應為：

?攪拌機械就位、調(diào)平；

?預攪下沉至設計加固深度；

?邊噴漿、邊攪拌提升直至預定的停漿面；

?重復攪拌下沉至設計加固深度；

?根據(jù)設計要求，噴漿或僅攪拌提升直至預定的停漿面；

?關(guān)閉攪拌機械。

在預(復)攪下沉時，也可采用噴漿的施工工藝，必須保證全樁長上下至少再重復攪拌一次。

規(guī)范規(guī)定的施工方法可簡單概括為“三攪二噴”法或“四攪一噴”法。

為保證樁體均勻性，該工程初步方案采取“三攪二噴”法施工，并得到監(jiān)理工程師可行性批復，其施工工藝見圖1。

圖1　“三攪二噴”施工工藝

c.實際施工中遇到以下問題。

問題一，漿液配制問題：水灰比為0.5，根據(jù)1m直徑制漿桶計算出每桶漿液配制比例為300kg水(加水深度0.382m)∶600kg水泥(袋裝水泥12袋)=0.5∶1，攪拌均勻后實測配制的漿液比重達到1.810g/cm3，且無法自流到儲漿桶內(nèi)，無法通過加壓泵進行水泥土攪拌樁施工。

問題二，按照施工工藝，首先進行鉆機鉆進施工，實際情況是由于該工程基礎(chǔ)范圍高于地下水位，地基土體含水量較低(10.3%～20.1%)，鉆機根本無法實現(xiàn)干土鉆進。

鑒于以上兩個主要問題，及時調(diào)整施工方案如下。

3.2.2方案2

a.將規(guī)范規(guī)定的水泥漿比重調(diào)整為1∶1，則每次攪拌比例為300kg水∶300kg水泥。

b.鉆機初次下鉆時即開始邊噴漿、邊鉆進施工。

c.為保證攪拌均勻，增加2次噴漿次數(shù)和1次攪拌次數(shù)，變“二噴三攪”為“四噴四攪”，即將原方案2次噴漿變?yōu)?次噴漿，稀釋1/2水泥漿漿液后增加兩倍噴漿次數(shù)，保證噴入土體的水泥干粉量不變。

調(diào)整后的施工工藝見圖2，其步驟為：

?定位。樁機到達指定樁位，對中(鉆機的鉆桿須垂直并對準樁位)；

?制備水泥漿。在攪拌機下沉之前，組織按確定的配合比攪拌水泥漿，攪拌均勻后前將水泥漿倒入二次攪拌池中；

?邊下鉆、邊噴漿至設計加固深度；

?邊噴漿、邊攪拌提升直至預定的停漿面；

?重復邊下鉆、邊噴漿至設計加固深度；

?邊噴漿、邊攪拌提升直至預定的停漿面；

?樁機移至下一樁位，重復進行上述步驟的施工。

圖2　“四噴四攪”施工工藝

4　試驗樁施工計算、施工過程、試驗報告統(tǒng)計分析及參數(shù)確定

4.1參數(shù)確定計算

水泥摻量18%，水灰比為1∶1。水泥采用P.O42.5級的普通硅酸鹽水泥，采用工藝參數(shù)為水泥摻入量設計為18%。每米摻灰量計算如下：

每米土的體積：

=3.14×0.32×1

=0.2826m3

每米土重：

該工程地層土濕密度為1.91g/m3。

G=Vδ=0.2826×1.91=0.5398t

18%的水泥摻入量：

M=0.5398×1000×18%=97.2kg

12m樁長， 水泥干粉質(zhì)量：

97.2×12=1166kg

水灰比1∶1時，12m樁長的水質(zhì)量應為1166kg。

12m樁長，水泥漿液總質(zhì)量：

1166×2=2332kg

12m樁長，水灰比為1∶1的水泥漿液體積：

1166kg/(3.1g/cm3) +1166kg/(1g/cm3)=1542L

鉆機噴漿量60L/min。

每棵樁一次噴漿總時間：

1542/60=25.7min

為保證水泥土攪拌樁均勻性，采用“四噴四攪”施工方法，12m樁長每次邊提升、邊噴漿的總速度為：

25.7min/4次=6.4min

施工時每米提升速度為：

12m/6.4min=1.875m/min

4.2試驗過程

依照調(diào)整后報批的《黃河下游防洪工程(山東段)東平湖防洪工程馬山頭涵洞水泥土攪拌樁試樁專項試驗方案》，選定在涵洞上游南側(cè)10m處基坑底進行水泥土攪拌樁試樁施工，試樁3根，施工時按照“四噴四攪”工藝進行施工，項目部于2016年3月3日16：45開始施工，當日18：44噴漿結(jié)束。

4.3工程試驗

試樁完成后按照規(guī)范7d天進行開挖檢測成樁的直徑及均勻性，經(jīng)實測，1號樁平均直徑0.613m，2號樁平均直徑0.616m，3號樁平均直徑0.613m(詳見成孔直徑測量表)。成孔28d委托某工程質(zhì)量檢測中心依次進行水泥土攪拌樁單樁豎向抗壓承載力試驗、復合地基豎向抗壓靜載試驗及強度檢測，檢測從2016年3月31日開始，至2016年4月7日試驗結(jié)束，歷時8d，實驗結(jié)果如下：

a.單樁豎向抗壓承載力：實測單樁豎向抗壓極限承載力均不小于290kN，全部合格。

b.復合地基豎向靜載試驗：試驗時首先對1號樁及樁間土進行復合地基豎向靜載試驗，加載至設計兩倍設計承載力特征值時終止加荷，實測值遠遠大于設計要求的地基承載力特征值140KPa。

c.鑒于以上試驗遠遠超過設計要求，只對1號樁分別在1m處、4m處、11m處取芯做強度試驗，強度最小3.22MPa，最大6.41MPa，均滿足設計強度2.5MPa要求。

4.4試驗方法及參數(shù)確定

水泥土攪拌樁施工采用“四噴四攪”施工方法，水泥摻量18%、水灰比為1∶1，提升速度為1.875m/min。

5　質(zhì)量控制

施工過程中，隨時檢查作業(yè)記錄和計量記錄。樁體的施工作業(yè)過程質(zhì)量檢驗包括樁位，樁頂、樁底高程，樁身垂直度，漿液水灰比，樁身水泥摻入比，水泥用量，攪拌頭上提噴漿速度，復攪次數(shù)，復攪深度，停漿處理方法及每樁施工作業(yè)全過程檢驗。

a.攪拌機噴漿提升的速度和次數(shù)必須符合試驗工藝的要求并有專人記錄，每完成一根樁，施工人員須在記錄上簽字，并將其交給技術(shù)人員。

b.拌制水泥漿按有關(guān)參數(shù)嚴格執(zhí)行，控制水泥漿的比重，禁止在拌制完的漿液中加水或水泥。

c.施工到頂端0.3～0.5m范圍時,因上覆土壓力較小，攪拌質(zhì)量較差。因此，其場地整平標高應比設計確定的基底標高再高出0.3～0.5m。

d.所使用的水泥過篩，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)、水泥摻入量以及泵送漿液的時間等由專人記錄。

e.為保證樁端施工質(zhì)量，當漿液達到出漿口后，應靜噴30s，使?jié){液完全到達樁端。

f.當噴漿口到達樁頂標高時，停止提升，攪拌數(shù)秒，以保證樁頭的均勻密實。

在大面積水泥土攪拌樁施工時，嚴格按照試驗樁確定的方法和參數(shù)進行施工，經(jīng)實體檢驗，水泥土攪拌樁單樁樁徑、均勻性、強度、單樁承載力、復合地基承載力全部滿足設計要求，水泥土攪拌樁連續(xù)墻連續(xù)性、搭接長度、強度均符合設計要求。

6　結(jié)　論

在土體比較干燥且土體內(nèi)夾雜黏土時，選取施工方法時宜采用“四噴四攪”法施工，更加容易保證水泥土攪拌樁施工質(zhì)量。

Discussion on soil-cement mixing pile construction method

LIANG Wei1, Qiao Aiying1， LIN Binbin2

(1.ShandongDongpingLakeAdministrationDongpingManagementBureau,Tai’an271500,China;2.FujianJianghaiEngineeringManagementCo.,Ltd.,Quanzhou362000,China)

Soil-cement mixing pile construction methods are divided into dry method (powder mixing method) and wet method (slurry mixing method). It is regulated in the specification that ‘dry method should not be adopted when the natural water content of foundation soil is less than 30% and more than 70%). Wet method is adopted as construction method in Mashantou Discharge Culvert Rebuild Project. In the paper, the improvement of construction process and construction sequence is mainly discussed under the condition that specified construction cannot be implemented strictly. ‘Three-mixing and two-injection’ or ‘four-mixing and one-injection’ process regulated in the specification is changed into ‘four-mixing and four-injection’, so that the cement slurry is efficiently injected into soil evenly and sufficiently to ensure the construction quality of cement-soil mixing pile.

geological survey and technical requirements; test pile construction; equipment and construction plan selection; parameter determination; quality control

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.10.003

TV223

A

1005-4774(2016)10- 0009- 04