淺談濕噴樁在軟弱路基橋頭段的應(yīng)用

錢小梅

[摘要]本文提出了對軟弱路基橋頭段采用濕噴樁進行路基處理的方法，該方法對提高地基承載力、控制工后沉降、減少側(cè)向位移和解決橋頭“跳車”具有明顯的效果。另外介紹了濕噴樁路基處理的設(shè)計理論及施工工序、質(zhì)量控制要點。

[關(guān)鍵詞]軟弱路基；橋頭填土；沉降；濕嘖樁施工；質(zhì)量控制

0引言

濕噴樁是加固軟土地基比較理想的加固方法，隨著該方法的推廣和改進，越來越受到設(shè)計部門和建設(shè)單位的重視和歡迎。其應(yīng)用也日益廣泛。除用于深基坑支護和止水、河岸擋土、設(shè)備基礎(chǔ)、多層建筑的地基加固外，還應(yīng)用于道路軟土處理以及橋梁工程橋頭高填路基的處理。因此，濕噴樁的質(zhì)量檢驗也成為工程界十分關(guān)注的問題，如何有效地控制濕噴樁的成樁質(zhì)量，確保軟基處理的效果是我們在工程實踐中探索的一個課題。

本文根據(jù)多年來從事工程技術(shù)管理的經(jīng)歷，以濕噴樁在某道路軟土和橋頭路基處理為例，就濕噴樁的設(shè)計施工和質(zhì)量檢驗方面談一些體會與建議。

1概述

泰州地貌單元為長江三角洲沖積平原與里下河沉積平原過渡段，地質(zhì)情況變化較大，在很多地區(qū)地表表層均有較厚的軟弱路基，對道路橋梁施工不利。特別對于橋頭高填土段，在遇到軟弱路基土層較厚的情況，采用常規(guī)的碎石換填工程代價較大，采用排水固結(jié)法達不到理想的效果，這時采用濕噴樁進行處理，會起到較好的作用。根據(jù)公路工程實例及理正路基設(shè)計軟件計算證明，濕噴樁能有效地減少地基的總沉降量，與排水固結(jié)法相比總沉降量能減少25%-49%，這對控制工后沉降和解決橋頭“跳車”具有明顯的效果，具體表現(xiàn)在地基加固深度內(nèi)沉降量的大幅度減少。經(jīng)加固后路基在填筑過程中側(cè)向位移明顯減少。另外與排水固結(jié)法在相同條件下相比，側(cè)向位移減少60%-70%，而且在較短時間內(nèi)即趨穩(wěn)定。側(cè)向位移的減少，不僅能增加路基的穩(wěn)定，特別在橋涵與路堤連接處保護橋臺樁基不受過大的側(cè)向推力，而且也減少地基的沉降。

2濕噴樁路基處理設(shè)計理論

2.1濕噴樁加固軟土地基施工質(zhì)量控制

濕噴樁是深層攪拌法的一種，是近幾年用于加固軟粘土地基的一種新興常用方法，它是利用水泥作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機械，在地基深處就地將軟土和水泥漿強制攪拌，利用水泥和軟土產(chǎn)生的一系列物理一化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的優(yōu)質(zhì)復(fù)合地基。

2.2濕噴樁加固原理

濕噴樁加固軟土地基實際上就是水泥加固土的過程，即采用機械深層攪拌軟土與水泥漿進而發(fā)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)形成復(fù)合地基的過程。

2.3水泥的水解和水化反應(yīng)

濕噴樁施工是首先將水泥拌和成水泥漿，水泥中各種鈣質(zhì)礦物和水完成部分水解和水化反應(yīng)后，再和軟土中的水繼續(xù)進行水解和水化反應(yīng)，生成鈣質(zhì)化合物，這是形成復(fù)合地基強度的主導(dǎo)因素。

2.4粘土顆粒與水泥水化物的作用

當(dāng)水泥中的各種水化物生成后，一部分自身繼續(xù)硬化，形成水泥骨架：另一部分則與其周圍具有一定活性的粘土顆粒發(fā)生反應(yīng)。離子交換和團粒化作用粘土中的化合物表面帶有各種離子，它們和水泥水化生成的鈣離子進行當(dāng)量吸附交換，從而提高土體強度：又由于軟土本身具有膠凝性，再和水泥水化作用形成的凝膠粒子結(jié)合起來，形成水泥土堅固聯(lián)結(jié)的團粒結(jié)構(gòu)，使水泥土的強度大大提高。凝硬反應(yīng)，隨水泥水化作用生成的鈣離子超出交換所用的數(shù)量時，這部分鈣離子就與組成粘土的化合物反應(yīng)，生成許多不溶于水的結(jié)晶化合物并逐漸硬化，同樣大大的增強了水泥土的強度和水穩(wěn)性。從上述水泥加固土的原理可以看出。使水泥土保持足夠的強度，一要有相應(yīng)數(shù)量的水泥，二是必須使水泥與土充分接觸，即用機械充分拌和水泥和土。這為濕噴樁施工指明了控制要點。

濕噴樁復(fù)合地基的平均允許承載力公式為：

式中：

3濕噴樁在工程實踐中的應(yīng)用

某道路在橋頭和路基勘查中發(fā)現(xiàn)2-2層淤泥質(zhì)土，厚0-14.30m，設(shè)計采用濕噴樁進行處理。

濕噴樁處理樁徑為50em，梅花形布置，間距1.1-1.3m不等，設(shè)計水泥用量55kg/m，實施用量由試驗確定，樁長根據(jù)沉降計算以及軟土層厚度等確定，樁身強度要求為：7d不小于0.6MPa，28d不小于1MPa，90d不小于1.8MPa。

1）進行濕噴樁施工的場地，事先應(yīng)整平，整平高程見設(shè)計圖表，必須清除地面以下的一切障礙物（包括石塊、樹根和垃圾等），準確地進行樁位放樣，場地低洼或水塘地段應(yīng)先排水清淤后再回填黏性土（素土，不得回填雜填土）至整平高程，壓實度要求≥85%。

2）濕噴樁施工機械應(yīng)配有電腦記錄并打印噴漿量設(shè)備。

3）濕噴樁施工操作步驟如下：①濕噴樁機械就位；②預(yù)攪下鉆，速度≤1.0m/min：③到達硬層后提前噴漿，間歇一定時間再提升鉆具，速度≤0.8m/min，確保底部有足夠的灰量（也可在預(yù)攪下鉆時同時噴漿）；④噴漿攪拌提升至離地面0.3m（或規(guī)定標(biāo)高）處停噴；⑤重復(fù)攪拌下沉；⑥重復(fù)攪拌提升，直至離地面0.3m；⑦當(dāng)復(fù)攪發(fā)生空洞或意外事故（如停電、灰管堵塞等）影響樁身質(zhì)量，鉆具提升后應(yīng)立即回填素土，進行重新噴漿復(fù)攪，在12h內(nèi)補救。搭接長度不小于1.0m；⑧關(guān)閉攪拌機械；⑨移位；⑩回填石灰處治土或砂墊層并壓實。

4）濕噴樁樁徑50cm，設(shè)計水泥用量55kg/m。濕噴樁除固化劑采用水泥漿液外，還需加外摻劑（如木質(zhì)素、磺酸鈣和生石膏等，用量大約分別為水泥用量的0.2%和2.0%，起堿水作用和提高水泥強度作用），水泥漿制備必須有充分的時間（大于4min），以保證水泥漿液攪拌的均勻和水泥的活化。每延米水泥用量及水灰比應(yīng)根據(jù)室內(nèi)試驗和試樁的參數(shù)確定（水灰比一般為0.5左右），漿液進入噴漿池中必須隨時攪拌以保證漿液不離析。施工結(jié)束時，水泥漿液必須全部用完。質(zhì)量檢驗可采用鉆孔取芯做抗壓強度試驗的方法進行。

5）幾個允許偏差值：①水泥用量的誤差不得大于1%；②為保證攪拌樁的垂直度，應(yīng)注意起吊設(shè)備的平整度和導(dǎo)向架對地面的垂直度，垂直度偏差不得大于1%；③樁位偏差不得大于5cm，深度誤差不得大于5cm；④攪拌機下沉或提升的時間應(yīng)有專人記錄。時間誤差不得大于5s；⑤成樁7d后，應(yīng)進行開挖檢查。觀測樁體成型情況及攪拌均勻程度，檢查頻率為2%，且最少不得少于2根。樁身無側(cè)限抗壓強度（7d齡期）不低于0.6MPa：⑥成樁28d后進行鉆孔取芯試驗，抽檢比例1-2%，取芯進行抗壓強度試驗，并統(tǒng)一換算成90d抗壓強度標(biāo)準。

6）注意事項：①樁機必須配置噴入計量裝置，并打印出噴漿量，嚴禁無噴入計量裝置的樁機投入使用，并記錄水泥漿液的瞬時噴入量和計噴入量。漿液罐容量應(yīng)不小于一根樁的用漿量加50kg，當(dāng)重量不足時，不得開始下一根樁的施工：②嚴格控制噴漿標(biāo)高，不得中斷噴漿，確保樁體長度；嚴禁在尚未噴漿的情況下進行鉆桿提升作業(yè)；③施工中發(fā)現(xiàn)噴漿量不足，實行整樁復(fù)打，復(fù)打的噴漿量仍應(yīng)不小于設(shè)計用量；④漿液的制備應(yīng)配備比重儀，以確保漿液的質(zhì)量；⑤普通硅酸鹽水泥應(yīng)確保質(zhì)量，嚴禁使用過期、受潮、結(jié)塊、劣質(zhì)水泥；⑥濕噴樁施工時，為確保濕噴樁的成樁質(zhì)量，應(yīng)在濕噴樁的全長范圍內(nèi)進行復(fù)攪：當(dāng)施工過程中遇到停電、機械故障原因中斷噴漿時，應(yīng)在12h內(nèi)復(fù)攪復(fù)噴，保證二次復(fù)攪復(fù)噴搭接長度不小于1.0m；⑦樁身施工時，應(yīng)采用中—低速鉆進（或提升）；切勿采用高速擋快速鉆進（或快速提升）。⑧箱涵底部濕噴樁處理時需先對河道進行排水清淤，然后用素土回填至整平高程后再進行濕噴樁施工。

7）樁長控制原則：①設(shè)計樁長；②勘察報告中的土層情況；③鉆進時電流變化，一般應(yīng)達電流明顯劇增處后下鉆50cm為止。

4施工控制要點

1）濕噴樁施工前必須進行成樁試驗。①掌握滿足設(shè)計噴漿量（由水泥摻量及水泥漿水灰比換算得出）的各種技術(shù)參數(shù)，如鉆進速度、提升速度、攪拌速度、噴漿壓力等，建議水灰比為0.4-0.5；②掌握下鉆和提升的阻力情況，選擇合理的技術(shù)措施；③檢驗室內(nèi)試驗所確定的水泥土配合比是否適用于現(xiàn)場，建議一般情況下水泥摻入量為55-60kg/m，若含水量在60%以上、天然孔隙比在2.00以上水泥摻入量應(yīng)為70kg/m；④檢測樁身的無側(cè)限抗壓強度是否滿足設(shè)計要求，即28d齡期的強度不得低于0.8MPa，90天齡期的強度不得低于1.2MPa：⑤檢驗單樁允許承載力和雙樁允許復(fù)合地基承載力（28d）能否分別達到300kPa和130kPa；⑥檢驗加固劑分布的均勻性和有效加固長度能否符合設(shè)計要求。

工藝性試驗樁數(shù)量10-15根或根據(jù)需要確定。

2）根據(jù)水泥土反應(yīng)機理和施工的實踐結(jié)果來看，水泥摻入量達到一定值時，單純提高水泥用量對強度提高不顯著，提高攪拌的均勻性對樁的強度影響較大。對于不同的類型和不同性質(zhì)軟土，必須在現(xiàn)場采取有代表性芯樣進行配合比試驗，才可以達到設(shè)計的加固效果，如實反映設(shè)計要求。

5質(zhì)量檢驗

由于濕樁樁對施工工藝要求較高，在竣工驗收時難以直觀的檢查樁的質(zhì)量，而只能借助其他手段進行間接判定。目前，常用的檢查施工記錄、輕便觸探、靜力觸探試驗、鉆孔取芯和靜載荷試驗等問題是間接判斷的主要手段，也是質(zhì)量檢驗的重點。

5.1施工記錄

施工記錄是現(xiàn)場隱蔽工程施工的實錄（現(xiàn)場記錄必須信息完整）。建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ79-2002）規(guī)定中的每一延米的施工情況必須如實記錄，不得事后回憶補錄。施工記錄項目眾多，但每一項都有其特殊意義。例如，預(yù)攪下沉?xí)r間反映了土層軟硬程度，可以驗證地質(zhì)報告的準確性，也是施工操作的依據(jù)。如對于下沉速度快的特軟土加強重復(fù)攪拌，保證均勻，保證噴漿量。一般重點檢查以下幾點：①工程材料用量，總噴漿時間是否符合規(guī)定工藝要求：②噴漿提升過程中發(fā)生故障的工程樁經(jīng)過處理有無缺漿、斷漿的可能性：③特殊地質(zhì)條件如暗塘、溝、渠是否采用相應(yīng)的工藝；④施工記錄上的樁的垂直偏差是否小于1.5%。抓住這幾個重點，結(jié)合施工開挖時的樁位、樁頭、樁體的外觀：一般都能得出比較客觀的質(zhì)量評定。

5.2輕便觸探試驗

攪拌樁成樁7d可采用輕便觸探法進行樁身質(zhì)量檢驗，①檢驗攪拌均勻性：用輕便觸探器中附帶的勺鉆。在攪拌樁身中心鉆孔，取出樁芯，觀察其顏色是否一致，是否存在水泥漿富集的“結(jié)核”或未被攪勻的土團；②觸探試驗：根據(jù)現(xiàn)有的輕便觸探擊數(shù)（N10）與水泥土強度對比關(guān)系來看，當(dāng)樁身1d齡期的擊數(shù)N10大于15擊時，樁身強度已能滿足設(shè)計要求：或者7d齡期的擊數(shù)N10大于30擊時，樁身強度也能達到設(shè)計要求。輕便觸探的深度一般不超過4m，缺乏對深部強度和樁身完整性的判斷。

5.3觸探試驗

靜力觸探試驗需在7d齡期內(nèi)進行，水泥土強度不能太高，樁體周圍不易有溢漿，否則探險頭貫入較困難。采用該方法工效較高，操作簡易，能連續(xù)對樁體進行檢測，測試深度不受限制，能自動采集數(shù)據(jù)和處理。通過靜力觸探曲線分析能判定加固效果和成樁質(zhì)量。

5.4鉆孔取芯

攪拌樁成樁28d后，用鉆孔取芯的方法檢查其完整性、樁土攪拌均勻程度及樁的施工長度，每根樁取出的芯樣由監(jiān)理工程師現(xiàn)場指定相對均勻部位，送試驗室做（3個一組）28d齡期的無側(cè)限抗壓強度試驗，留一組試件做3個月齡期的無側(cè)限抗壓試驗，以測定樁身強度。鉆孔取芯頻率為1%-1.5%，如果某段或某一橋頭水泥攪拌樁取芯檢測結(jié)果不合格率小于10%，則可認為該段水泥攪拌樁整體滿足要求：如果不合格率為10%-20%時，則應(yīng)在該段同等補樁：如果不合格率大于30%，則該段水泥攪拌樁為不合格。對攪拌樁取芯后留下空間應(yīng)采用同等強度的水泥砂漿回灌密實。

5.5載荷試驗

載荷試驗可以比較準確、直觀反映出樁的質(zhì)量，并可提供驗證設(shè)計和必要修改的依據(jù)。但是，工程樁和復(fù)合地基載荷試驗要等很長時間和花費較多費用。對于工期緊迫、數(shù)量較多的道路橋梁工程，進行載荷試驗量為單樁或復(fù)合地基設(shè)計荷載的兩倍。

5.6外觀鑒定

1）樁體圓勻，無縮頸和回陷現(xiàn)象。

2）攪拌均勻，凝體無松散。

3）群樁樁頂齊，間距均勻。

對本道路濕噴樁軟基處理的質(zhì)量主要通過檢查施工記錄、開挖后外觀鑒定和鉆孔取芯三種方式進行。通過檢驗，該道路的軟基處理達到設(shè)計要求，并經(jīng)過一年多的運行，橋頭和路基均沒有發(fā)生較大的沉降。

6結(jié)束語

公路軟基處理方法有多種，攪拌樁作為一種加固軟土地基比較理想的加固方法，應(yīng)在道路和橋梁工程中積極推廣應(yīng)用，軟基處理都屬于隱蔽工程，如施工質(zhì)量不好，一旦被路堤等構(gòu)筑物所覆蓋，便構(gòu)成隱患且不好檢查及補救。因此，按設(shè)計要求，緊抓施工環(huán)節(jié)，嚴格施工過程的管理非常重要，只有在施工過程中嚴格控制才能達到設(shè)計要求確保工程質(zhì)量。同時，施工后的質(zhì)量檢驗方法多種多樣，要結(jié)合相應(yīng)的實際情況，采取相應(yīng)的檢驗措施，才能保證檢驗質(zhì)量的經(jīng)濟合理與公正、公平。

[責(zé)任編輯：王偉平]