雙向水泥土攪拌樁在平原湖區(qū)軟土地基加固處理中的應(yīng)用

王康明，趙光紅，彭 念，尤鵬程，王佳宇,3

（1.聯(lián)投·湖北省路橋集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430000；2.湖北省公路水運(yùn)工程咨詢監(jiān)理公司，湖北 武漢 430000；3.武漢工程大學(xué)交通研究中心，湖北 武漢 430073）

雙向水泥土攪拌樁在平原湖區(qū)軟土地基加固處理中的應(yīng)用

王康明1，趙光紅1，彭 念1，尤鵬程2，王佳宇1,3

（1.聯(lián)投·湖北省路橋集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430000；2.湖北省公路水運(yùn)工程咨詢監(jiān)理公司，湖北 武漢 430000；3.武漢工程大學(xué)交通研究中心，湖北 武漢 430073）

雙向水泥攪拌樁是眾多軟土地基處理中有效的一種方法，與傳統(tǒng)的地基處理方法相比，效果明顯。依托武漢城市圈環(huán)線高速公路孝感南段實(shí)際工程，對平原湖區(qū)軟土地基進(jìn)行加固處理。通過對雙向水泥土攪拌樁的水平位移、沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)及其處治軟土地基效果分析，結(jié)果表明：雙向水泥土攪拌樁具有樁身攪拌均勻、成樁質(zhì)量好、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，其承載能力及工后沉降均滿足設(shè)計和規(guī)范要求，經(jīng)濟(jì)效果顯著，具有很好的推廣前景。

雙向水泥土攪拌樁；平原湖區(qū)；軟土地基；加固處理

0 引言

水泥土攪拌樁（粉噴樁）是深層攪拌樁的一種，是在軟土地基中輸入粉狀加固材料 (水泥粉或生石灰粉)，不再向地基內(nèi)注入水分，使其與原位軟弱土混合、壓密。通過加固料與軟弱土之間的離子交換作用，硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的柱體，又稱加固土樁。它與原位軟土層組成復(fù)合地基，從而提高地基承載力，減少地基沉降和增加地基的穩(wěn)定性。

常規(guī)粉噴樁 (單向攪拌)加固軟土地基普遍存在著水泥土攪拌不均勻、樁身不連續(xù)、樁身強(qiáng)度低等問題，且施工過程中容易出現(xiàn)“沉樁”現(xiàn)象。針對此種現(xiàn)象東南大學(xué)巖土工程研究所劉松玉教授在成功將我國濕噴樁技術(shù)改為雙向攪拌法后，經(jīng)過多年探索，又對常規(guī)粉噴樁機(jī)的鉆頭和動力設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，并對常規(guī)粉噴樁的施工工藝進(jìn)行科學(xué)整合，提出了一套雙向粉噴樁的成樁操作方法，使上述問題得到了解決研制出雙向水泥土攪拌樁。雙向水泥土攪拌樁是加固飽和軟土地基的較新的一種地基處理方法，它采用粉體狀固化劑來進(jìn)行軟基攪拌處理來達(dá)到加固處理的效果[1-5]。

1 工程概況

武漢城市圈環(huán)線高速公路孝感南段3標(biāo)，起點(diǎn)位于應(yīng)城市漢北河特大橋，途經(jīng)漢川等縣（市），路線向南跨漢江進(jìn)入仙桃境內(nèi)，終點(diǎn)位于漢川市沉湖鎮(zhèn)上游擬建漢江大橋主橋與南岸引橋分界處，路線全長約39.625km。

本合同段位于平原湖區(qū)，不良地質(zhì)為軟土地基，路線全線軟土，池塘、小湖泊較為發(fā)育。主要為流塑狀淤泥和軟塑—流塑狀淤泥土。為保證路基的穩(wěn)定和滿足施工后沉降的要求，對軟土深度13m以下的橋頭路基段落（臺后30m，臺前10m范圍）和涵洞基礎(chǔ)采取雙向水泥攪拌樁復(fù)合地基處理措施。

2 施工方案

首樁試驗(yàn)前對現(xiàn)場取樣在試驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)試試驗(yàn)結(jié)果，含水比大于1.0，故采用干噴法施工。

根據(jù)擬定水泥用量50kg/m施工6根、55kg/m施工7根、60kg/m施工7根，一個20根，采用三排布置。該段雙向水泥土攪拌樁設(shè)計樁間距1.5m，按正三角形布置，樁徑0.5m、樁長12m，復(fù)合地基承載力不小于130kPa，單樁極限承載力不小于100kN，樁體強(qiáng)度以樁身28d齡期鉆芯無側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行評判。具體樁位布置見圖1。

圖1 樁位布置圖

對雙向攪拌樁施工控制參數(shù)做以下要求：

（1）鉆進(jìn)速度：V＜1.2m/min；

（2）平均提升速度：0.5～0.8m/min；

（3）攪拌速度：R=30～50轉(zhuǎn)/min；

（4）鉆進(jìn)噴灰、提升攪拌時管道壓力：0.2MPa＜P＜0.7MPa；

（5）內(nèi)鉆桿電流：20～30A，外鉆桿電流：60～100A。

3 施工工序及質(zhì)量控制

3.1 施工工序

（1）場地平整

首樁試樁前首先對場地進(jìn)行平整，見圖2。

圖2 場地平整

（2）雙向攪拌樁定位

雙向攪拌樁機(jī)移動，將鉆頭對準(zhǔn)樁位。

（3）下鉆

先啟動內(nèi)鉆桿鉆頭（反向），后啟動外鉆桿鉆頭（正向），然后啟動加壓裝置，加壓裝置中的鏈條同時對內(nèi)外鉆桿加壓，使內(nèi)外鉆桿沿導(dǎo)向架向下，內(nèi)鉆頭先切土、入土，外鉆頭后入土、攪拌，見圖3。

圖3 下鉆

（4）噴灰、攪拌

開啟粉噴裝置，在內(nèi)鉆頭（反向）入土后噴灰，其二層旋轉(zhuǎn)液作用為：下面一層破土，上面一層攪拌：外鉆頭（正向）入土后，其二層旋轉(zhuǎn)葉片作用為攪拌、壓漿：直到設(shè)計深度，停止噴灰，見圖4。

圖4 噴灰、攪拌

（5）提升、攪拌

在達(dá)到設(shè)計深度時，先將外鉆桿鉆頭換向（反向），后對內(nèi)鉆桿鉆頭換向（正向），同時對加壓裝置換向，鏈條將鉆頭提升至設(shè)計樁頂標(biāo)高，完成雙向攪拌粉噴樁施工，見圖5。

圖5 雙向水泥攪拌樁施工工藝流程圖

3.2 質(zhì)量控制

（1）設(shè)備選型：施工水泥攪拌樁機(jī)械具有雙向攪拌功能，性能良好，能滿足現(xiàn)場施工要求。記錄儀必須有國家計量部門的認(rèn)證，計量裝置在施工前必須標(biāo)定。

（2）設(shè)備定期檢查：對輸灰管要經(jīng)常檢查，不得泄漏及堵塞管道長度60～80m為宜，對使用的鉆頭要定期檢查，其直徑磨耗量不得大于10mm，但也不宜采用直徑過大的鉆頭。

（3）樁位控制：施工前要清表，平整場地，挖好排水溝，繪制布樁圖。

（4）垂直度控制：施工人員通過調(diào)平鉆臺，以鉆盤水平來保證鉆桿垂直度。采用水平尺及吊線雙向檢查垂直度。

（5）樁長控制：除了根據(jù)鉆進(jìn)速度等檢驗(yàn)判斷外，還需通過鉆機(jī)的內(nèi)外鉆桿電流變化來定量確定是否進(jìn)入持力層。隨鉆進(jìn)深度的增加，電流均衡升高，進(jìn)入堅硬土質(zhì)的地層，鉆進(jìn)阻力突然增大，電流隨之也會發(fā)生突然增強(qiáng)現(xiàn)象，由此判斷鉆頭已進(jìn)入持力層。

（6）提鉆控制：攪拌鉆頭的形狀要保證在反向旋轉(zhuǎn)提升時，對樁中土體有壓密作用，而不是將灰、土向地面翻升而降低樁體質(zhì)量。

4 成樁質(zhì)量檢測

4.1 檢測方法

常見的粉噴樁施工竣工后的質(zhì)量檢測方法有以下幾種：

（1）淺部開挖樁頭，目測檢查攪拌的均勻性；

（2）成樁3d內(nèi)，可用輕型動力觸探檢查每米樁身的均勻性；

（3）鉆孔取芯樣并進(jìn)行現(xiàn)場的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和室內(nèi)的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)；

（4）現(xiàn)場的靜載荷試驗(yàn)方法檢驗(yàn)。

4.2 質(zhì)量通病及其改進(jìn)措施

本工程雙向水泥攪拌樁施工過程中存在的質(zhì)量通病包括：攪拌不夠均勻、噴灰量不足、樁長不夠、樁間距不均勻。

（1）攪拌不均勻：嚴(yán)格控制鉆機(jī)鉆進(jìn)速度，雙向攪拌，提鉆換向。

（2）噴灰量不足：及時對原樁復(fù)鉆復(fù)噴。

（3）樁長不夠：除了根據(jù)鉆進(jìn)速度等檢驗(yàn)判斷外，還需通過鉆機(jī)的內(nèi)外鉆桿電流變化來定量確定是否進(jìn)入持力層。

（4）樁間距不均勻：施工前繪制詳細(xì)的布樁圖，嚴(yán)格按布樁圖進(jìn)行測量放樣。

為確保工程質(zhì)量，在符合設(shè)計要求及有關(guān)規(guī)范的規(guī)定的前提下，實(shí)行過程控制為主，工后檢測為輔的方法，從人員、設(shè)備、材料、施工前的準(zhǔn)備、工程施工過程等方面對工程質(zhì)量進(jìn)行預(yù)控。

5 首樁總結(jié)

通過對雙向水泥土攪拌樁（粉噴樁）首樁的施工，確定了施工方案的可行、施工工藝的合理。所配備的人員、設(shè)備、材料等能滿足施工的需要。相關(guān)的檢驗(yàn)、檢測均能為現(xiàn)場施工提供指導(dǎo)依據(jù)。將在施工過程存在的問題進(jìn)行改進(jìn)后，可以用于指導(dǎo)后期雙向水泥攪拌大面積施工。

具體指導(dǎo)參數(shù)如下：

根據(jù)首樁試驗(yàn)結(jié)果，粉噴樁配合比采用55kg/m；

雙向攪拌樁施工控制參數(shù)如施工方案中；

輸送粉料的管道不宜太長，控制在60m以內(nèi)。

通過首件對粉噴樁施工發(fā)現(xiàn)了施工中存在的問題，具體表現(xiàn)及處理措施如下：

（1）首樁施工采用袋裝水泥，存在水泥袋內(nèi)壁牛皮紙削，難以清理。后期施工中采用灌裝水泥。

（2）首樁施工采用鉆頭與噴灰同步進(jìn)行，存在水泥外漏，污染環(huán)境。后期施工中采用先啟動鉆頭，待鉆頭噴灰口入土后在噴灰。

（3）回氣管采用開挖沉淀池注水，回氣管浸入沉淀池水中，存在部分氣體外漏，對環(huán)境造成污染。后期施工采用采用開挖沉淀池注水，回氣管浸入沉淀池水中，沉淀池頂部增加彩條布密封覆蓋。

通過首件工程的施工，使全體施工人員加深了對施工工藝的理解，增強(qiáng)了質(zhì)量意識。在今后的施工中，我們會發(fā)揚(yáng)首件工程的優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)施工中的不足，力爭優(yōu)質(zhì)、高效、安全的完成所有粉噴樁的施工。

6 結(jié) 語

本文結(jié)合武漢城市圈環(huán)線高速公路孝感段工程實(shí)際制定了雙向水泥土攪拌樁（粉噴樁）施工方案，介紹了雙向水泥土攪拌樁（粉噴樁）的施工工藝及質(zhì)量控制方法，并對首樁施工中存在的問題進(jìn)行了改進(jìn)。結(jié)果顯示：經(jīng)過檢驗(yàn)、檢測，首樁成樁效果較為明顯、樁身強(qiáng)度及承載力均滿足設(shè)計和規(guī)范要求，處置效果較好。本次首樁的順利實(shí)施對指導(dǎo)本地區(qū)軟土地基樁基的施工提供了很好的技術(shù)支持，同時也為類似地質(zhì)情況下的樁基施工提供參考，值得在平原湖區(qū)軟土地基處理中大面積推廣。

[1]《地基處理手冊》編寫委員會.地基處理手冊(第三版)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[2]劉松玉,儲海巖,宮能和,等.雙向攪拌樁的成樁操作方法[P].中國專利：200410065862.

[3]席培勝,劉松玉.水泥土深層攪拌法加固軟弱地基新技術(shù)研究[J].施工技術(shù),2006,35(1)：2-5.

[4]劉松玉,錢國超,章定文.粉噴樁復(fù)合地基理論與工程應(yīng)用[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2006.

[5]劉松玉,席培勝,儲海巖,等.雙向水泥土攪拌樁加固軟土地基試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué),2007,28(3)：560-564.

U416.1

：B

：1009-7716（2017）02-0130-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.02.039

2016-11-09

王康明（1984-），男，湖北宜昌人，工程師，從事路橋施工管理工作。