淺談水泥土攪拌樁的設(shè)計與施工

熊強

摘要：本文介紹了采用水泥土攪拌樁法進行軟土地基處理的設(shè)計方法和基本步驟，對水泥土攪拌樁的施工進行了簡單闡述。

關(guān)鍵詞：單樁豎向承載力特征值；復(fù)合地基的承載力特征值；水泥土攪拌樁施工

1 前言

軟土含水量高、孔隙比大、抗剪強度低、壓縮性高、滲透性差、沉降穩(wěn)定時間長。由于軟基地質(zhì)條件較差，對路基沉降及穩(wěn)定性有較大影響，可采用水泥土攪拌法進行處理。水泥土攪拌樁最適宜于加固各種成因的飽和軟粘土，但對于塑性指數(shù)Ip>25的粘土、泥炭土、有機質(zhì)土、PH值小于4時，必須通過現(xiàn)場試驗確定其運用性。

2 設(shè)計要求及方法

固化劑宜選用強度等級為32.5級及以上的普通硅酸鹽水泥，水泥土攪拌樁法的水泥漿水灰比可選用0.45～0.55。水泥土攪拌樁法的設(shè)計，主要是確定攪拌樁的置換率和長度，豎向承載攪拌樁的長度應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對承載力和變形要求確定，并宜穿透軟弱土層到達承載力相對較高的土層。

2.1 單樁承載力計算

攪拌單樁的設(shè)計步驟一般可分為三種情況：

（1）當擬加固場地的土質(zhì)條件、施工機械因素等限制攪拌樁施工深度時，應(yīng)先確定樁長，根據(jù)樁長計算單樁容許承載力，然后再確定樁身強度，并根據(jù)水泥室內(nèi)強度試驗資料，選擇相應(yīng)的水泥摻入比；

（2）當攪拌加固深度不受限制時，可根據(jù)室內(nèi)強度試驗資料選擇水泥摻入比，確定樁身強度，再根據(jù)選定的強度，計算單樁承載力，然后求樁長；

（3）直接根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對地基的要求，先選定單樁承載力，即可求得樁長和樁身強度，然后根據(jù)室內(nèi)強度試驗資料，確定水泥摻入比。

單樁豎向承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場荷載試驗確定，初步設(shè)計時可按公式（2-1）估算，并同時滿足公式（2-2）的要求。

（2-1）

（2-2）

2.2 攪拌樁復(fù)合地基承載力計算

豎向承載水泥土攪拌樁復(fù)合地基的承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場單樁或多樁復(fù)合地基荷載試驗確定，初步設(shè)計時可按公式（2-1）估算。

（2-3）

2.3 樁數(shù)的計算

對于采用柱狀加固時，可采用正方形或者等邊三角形進行布樁，總樁數(shù)可按公式（2-4）計算。

（2-4）

3 設(shè)計示例

某工程要求單樁復(fù)合地基承載力≥150kPa，樁身無側(cè)限抗壓強度R90=2.0MPa。處理范圍為60m×40m，相關(guān)數(shù)據(jù)如表3-1所示：

表3.1 各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標表

3.1 單樁豎向承載力特征值及樁長計算

采用水泥土攪拌樁法進行地基處理取η=0.3，取樁徑d=0.5m。

不考慮樁端土承載力，則有：

，可得 ，故取設(shè)計樁長為L=10m。

3.2 復(fù)合地基承載力特征值計算

取單樁承載力發(fā)揮系數(shù)λ=1，取樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)β=0.7。取樁間距s=1.1m，按等邊三角形布樁，則一根樁分擔的處理地基面積的等效園直徑為dc=1.05s。

則面積置換率 =（0.5/（1.05×1.1））2=0.1874

則

樁數(shù)

4 水泥土攪拌樁施工

水泥土攪拌樁施工場地應(yīng)予以平整，清除地上和地下的障礙物。遇有池塘及洼地時應(yīng)抽水和清淤，回填粘性土，并壓實，不得回填雜填土和生活垃圾。攪拌頭翼片數(shù)、寬度、與攪拌軸的垂直夾角、攪拌頭的回轉(zhuǎn)數(shù)、提升速度相互匹配，以確保加固深度范圍內(nèi)土體的任何一點均能經(jīng)過20次以上的攪拌。豎向承載水泥土攪拌樁施工時，停漿面應(yīng)高于樁頂設(shè)計標高300～500mm。在開挖基坑時，應(yīng)將水泥土攪拌樁頂端施工質(zhì)量較差的樁段用人工挖除。施工中應(yīng)保持攪拌樁機地盤的水平和導(dǎo)向架的豎直，樁體垂直偏差不得超過1%，樁位偏差不得大于50mm，成樁直徑和樁長不小于設(shè)計值。

4.1 施工組織

（1）施工準備

根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料，進行室內(nèi)配合比實驗，結(jié)合設(shè)計要求，選擇最佳水泥插入比，確定施工工藝參數(shù)。清理施工現(xiàn)場地面、地下及空中障礙，場地低洼時應(yīng)抽干積水和挖除表面淤泥。按設(shè)計要求進行現(xiàn)場測量放線，定出施工樁位，并在施工樁位處打入小木樁。

（2）場地布置

根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況，要因地制宜搭設(shè)安裝灰漿拌制的操作棚。且考慮泵送距離不宜大于100m。

（3）勞動組織

每臺攪拌樁機械由班長、機械操作手、泵送工、記錄員、拌漿工及供料工7人組成。此外還應(yīng)配置機修工和電工，保證施工的正?？焖龠M行。

（4）正式施工前的工藝性試樁

工藝性試樁的目的是：確定滿足設(shè)計固化劑摻入量的各種操作參數(shù)；驗證攪拌均勻程度及成樁直徑；了解下鉆阻力情況，并采取相應(yīng)措施。

因施工現(xiàn)場土質(zhì)、含水量、水泥品種及標號不同，因而在正式施工前應(yīng)組織進行工藝性試樁，再最后確定水泥摻入比、攪拌機鉆進/提升速度、復(fù)攪深度、攪拌轉(zhuǎn)速及管道壓力等參數(shù)。

4.2 施工順序

（1）就位

攪拌機械運至工地后，先安裝調(diào)試，待轉(zhuǎn)速、空氣壓力及計量設(shè)施正常后，攪拌機械到達指定樁位，使鉆頭中心對準設(shè)計樁位。

（2）預(yù)攪下沉

鉆頭對準設(shè)計樁位后，待攪拌頭轉(zhuǎn)速正常后，邊旋轉(zhuǎn)邊切土下沉，直至加固深度。

（3）制備水泥漿

待攪拌機下沉到一定深度時，即開始按設(shè)計確定的配合比拌制水泥漿，壓漿前將水泥漿倒入泥漿池。

（4）噴漿攪拌提升

待下沉到設(shè)計深度后，開始噴漿，邊噴漿邊旋轉(zhuǎn)攪拌鉆頭，并嚴格按設(shè)計確定參數(shù)控制攪拌機的提升速度。

（5）重復(fù)攪拌下沉和提升

為使軟土和水泥漿攪拌均與，可再次使攪拌機邊旋轉(zhuǎn)邊沉入土中，至設(shè)計加固深度后再將攪拌機邊旋轉(zhuǎn)邊提升至地面。

（6）移位

將攪拌機移至下一施工樁位，重復(fù)（1）～（5）的操作，進行下一根樁施工。

5 質(zhì)量保證措施

（1）水泥漿液嚴格按配比控制。制備好的漿液不得離析，不得放置時間過長（時間不超過兩小時）。每個水泥漿拌制點配備水泥漿比重測定儀，便于隨時檢查水泥漿濃度是否符合要求。

（2）施工樁位處必須打入小木樁進行標記，確保按設(shè)計樁位施工。通過在鉆桿支架上懸掛吊錘的方式控制鉆桿垂直度，保證樁體豎直度。

（3）泵送漿液前，管路應(yīng)保持潮濕，以利于漿液的輸送。每臺漿泵必須配置壓力表，保證按確定的管道壓力參數(shù)進行施工。

（4）根據(jù)工藝性試樁確定的時間參數(shù)進行施工，嚴格控制鉆進速度、提升速度及復(fù)攪速度。

（5）供漿必須連續(xù)，漿液拌和均勻。一旦因故停漿，應(yīng)將攪拌頭下沉至停漿點一下0.5處，待恢復(fù)供漿時再進行施工。如停機超過三小時，應(yīng)先拆卸輸漿管路，并加以清洗。

（6）噴漿量及攪拌深度必須采用國家計量部門認證的監(jiān)測儀器進行自動記錄。

參考文獻：

[1]張永鈞.《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》GJ79-2002內(nèi)容簡介[J].施工技術(shù)，2003，32（1）：63-64.

[2]佚名.《地基處理手冊》（第三版）出版[J].地基處理，2008（2）：69-69.