軟土地基處理深層水泥攪拌樁施工技術(shù)探究

孫 鵬

中鐵二十一局一公司

1 引言

通過(guò)深層水泥攪拌法處理軟土地基在我國(guó)已經(jīng)有較長(zhǎng)時(shí)間的歷史，近年來(lái)隨著時(shí)代與科技的發(fā)展，深層水泥攪拌樁施工法在各種高速公路、鐵路、市政道路等建設(shè)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。雖然深層水泥攪拌施工法在我國(guó)的應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)、普及面廣、技術(shù)非常成熟，但是在實(shí)際的施工過(guò)程依舊會(huì)由于多種設(shè)備簡(jiǎn)陋、工藝流程不規(guī)范的一系列因素導(dǎo)致工程建設(shè)質(zhì)量差，甚至是事故發(fā)生的情況。相關(guān)部門與施工單位必須要對(duì)此給予足夠的重視，應(yīng)積極采取多種優(yōu)化策略措施，不斷強(qiáng)化軟深層水泥攪拌樁施工的質(zhì)量控制水平，從而保障軟土地基處理效率與質(zhì)量。

2 水泥攪拌樁加固

水泥攪拌樁一般用于軟土地基的處理以及加固，其主要是通過(guò)添加水泥加固后讓其產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的物理以及化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到滿足工程需求的目的。以下簡(jiǎn)單分析與介紹水泥攪拌樁的加固原理[1]。

2.1 水解反應(yīng)

水解反應(yīng)的原理是利用水泥攪拌樁進(jìn)行軟土加固，通過(guò)軟土與水泥的充分?jǐn)嚢?，然后結(jié)合在水泥表面的多種礦物質(zhì)與水進(jìn)行接觸后就會(huì)產(chǎn)生水解反應(yīng)，水解反應(yīng)后水泥的表面必會(huì)形成多種化學(xué)物，從而有效地降低軟土中的含水量，起到軟土加固的效果。

2.2 硬凝反應(yīng)

如果大量的二氧化硅與三氧化二鋁存在黏土礦物質(zhì)當(dāng)中，一旦其一水泥進(jìn)行接觸，即可與水泥水化產(chǎn)生大量的鈣離子進(jìn)行反應(yīng)，從而形成不溶于水且具有良好穩(wěn)定性的化合物。這些化合物隨著時(shí)間的推移可在逐漸硬化的同時(shí)，有效對(duì)水分形成阻擋的作用，從而充分提升水泥土的強(qiáng)度，形成具有良好硬度與穩(wěn)定性的水泥硬化土。

2.3 團(tuán)粒化與粒子交換

團(tuán)?；c粒子交換的主要原理是，當(dāng)土壤中的水分含量較高時(shí)，其表現(xiàn)為膠體的特點(diǎn)，黏土顆粒會(huì)通過(guò)某些從而形成膠體微粒。通常這種膠體微粒主要指的是大量鈉離子和鉀離子附著在二氧化硅表面的膠體微粒，其存在的主要作用是提升軟土的強(qiáng)度。膠體微粒的出現(xiàn)使得凝膠粒子所能附著的水泥顆粒數(shù)量大大提升，使凝膠粒子的表面形成強(qiáng)大的吸附能力，將周圍的土壤顆粒緊密的團(tuán)化在一起，從而形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且密閉空隙小的軟土。

3 深層水泥攪拌樁的應(yīng)用

3.1 工藝試樁

在充分考慮深層水泥攪拌樁適應(yīng)性的前提下，為保障工藝的科學(xué)性與合理性，滿足軟土地基加固的實(shí)際需求，在正式成樁錢應(yīng)通過(guò)工藝試樁的形式對(duì)深層水泥攪拌樁進(jìn)行可行性檢測(cè)。此外，還應(yīng)通過(guò)工藝試樁的形式，獲取多項(xiàng)施工參數(shù)，并且以此為參考對(duì)施工工藝進(jìn)行優(yōu)化處理[2]。

第一，影響水泥噴漿量的因素有：噴漿壓力、噴漿速度、噴漿時(shí)間等。第二，需要對(duì)預(yù)定的流程以及攪拌的均勻性進(jìn)行充分的驗(yàn)證，從而提升水泥攪拌的均勻性。第三，根據(jù)下鉆時(shí)的壓力與提鉆時(shí)的壓力參數(shù)對(duì)相關(guān)技術(shù)措施進(jìn)行優(yōu)化。第四，測(cè)試出最合理的膠體與水泥的配比用量。第五，根據(jù)單樁承載力測(cè)試出科學(xué)合理的施工摻入比，并且對(duì)地基的承載能力進(jìn)行測(cè)試與校對(duì)。

3.2 相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)

在實(shí)際開展水泥攪拌樁施工應(yīng)用時(shí)，應(yīng)注意以下技術(shù)要點(diǎn)：第一，在進(jìn)行鉆機(jī)安裝時(shí)，應(yīng)確保鉆機(jī)的穩(wěn)定且穩(wěn)定，還需對(duì)水平偏差以及垂直偏差進(jìn)行有效的控制，還需要配備相對(duì)應(yīng)的噴漿記錄儀對(duì)噴漿進(jìn)行記錄。第二，嚴(yán)格控制攪拌時(shí)間，在完成水泥漿制備后應(yīng)進(jìn)行過(guò)篩處理，從而保障水泥漿的穩(wěn)定性與質(zhì)量。如果需要額外加入添加劑，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)的方法確定添加劑的用量。第三，在進(jìn)行預(yù)攪拌下沉前，啟動(dòng)鉆機(jī)時(shí)應(yīng)調(diào)制鉆機(jī)的速度。再下沉過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格對(duì)速度進(jìn)行控制，等待鉆機(jī)參數(shù)調(diào)整至合適參數(shù)時(shí)，應(yīng)持續(xù)鉆到設(shè)計(jì)深度要求。在進(jìn)行是否鉆進(jìn)行層判斷時(shí)，應(yīng)根據(jù)鉆進(jìn)速度以及相關(guān)度數(shù)進(jìn)行綜合性的分析，確保達(dá)到設(shè)計(jì)要求。第四，當(dāng)下沉至預(yù)期深度時(shí)，應(yīng)及時(shí)開啟噴漿以及攪拌，在攪拌均勻后保持噴漿同時(shí)反轉(zhuǎn)鉆頭，然后將鉆頭提升至地表。為保證樁頭的強(qiáng)度，在噴漿距離地面還有0.3m～0.5m時(shí)應(yīng)停止噴漿且持續(xù)攪拌30s。第五，當(dāng)結(jié)束噴漿攪拌后，如果噴漿量達(dá)到預(yù)期目的時(shí)，應(yīng)保障混合物的攪拌均勻。施工人員應(yīng)在關(guān)閉噴漿有在此將鉆頭下沉至設(shè)計(jì)深度，然后通過(guò)反向旋轉(zhuǎn)的形式將鉆頭提升至地表。如果噴漿量沒(méi)有達(dá)到預(yù)設(shè)目的，應(yīng)在鉆頭二次下沉是打開噴漿口進(jìn)行補(bǔ)漿，等噴漿量滿足預(yù)設(shè)目的時(shí)再重復(fù)上述步驟。

4 深層水泥攪拌樁施工問(wèn)題及措施

4.1 深層水泥攪拌施工存在的問(wèn)題現(xiàn)狀

由于攪拌樁的強(qiáng)度和水泥及土是否混合均勻的息息相關(guān)，其混合均勻度越高，攪拌樁的強(qiáng)度則越好。而混合均勻度主要是由施工設(shè)備及工藝決定的，以下從設(shè)備、工藝等各方面對(duì)當(dāng)前的水泥攪拌施工存在的問(wèn)題現(xiàn)狀進(jìn)行分析。

4.1.1 施工設(shè)備存在的問(wèn)題現(xiàn)狀

第一，當(dāng)前絕大部分的施工單位使用的水泥攪拌樁施工設(shè)備存在簡(jiǎn)陋、滯后、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等問(wèn)題。其鉆頭依舊是傳統(tǒng)的鉆頭，并未與時(shí)代相匹配第二，鉆頭的材質(zhì)也存在較嚴(yán)重的問(wèn)題，部分施工單位的水泥攪拌施工鉆頭大多為廢舊金屬制作而成，其材質(zhì)較差。絕大部分的施工單位都沒(méi)用使用專業(yè)、專用的鉆頭。因此，在下鉆時(shí)產(chǎn)生的摩擦與磨損都非常大，其中撥土筋的磨損最為嚴(yán)重，實(shí)際施工往往只能堅(jiān)持下沉幾百米。第三，目前，大多數(shù)的施工單位的攪拌樁施工設(shè)備均存在功率較低，動(dòng)力不足的情況。由于攪拌下沉主要依靠葉片地?fù)芡两钚D(zhuǎn)以及電機(jī)的棟梁，缺少足夠的下驅(qū)力，此種做法會(huì)直接導(dǎo)致攪拌樁的下沉深度與攪拌深度都無(wú)法滿足實(shí)際需求，一旦遇到較為復(fù)雜的軟土地質(zhì)時(shí)，其下沉過(guò)程則會(huì)出現(xiàn)各種困難與問(wèn)題。

4.1.2 施工工藝存在的問(wèn)題現(xiàn)狀

在實(shí)際施工是需要根據(jù)地質(zhì)的實(shí)際情況合理的調(diào)整施工速度，但絕大部分的施工企業(yè)都只是采用傳統(tǒng)的工藝控制來(lái)控制施工速度，并未根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)的情況進(jìn)行分析與調(diào)整施工速度。因此，盲目的按照傳統(tǒng)工藝控制進(jìn)行施工時(shí)，無(wú)法很好地保障攪拌樁施工質(zhì)量，由于下沉速率、噴漿量、噴漿速度等因素都對(duì)施工質(zhì)量有著重要影響，如果不對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)的分析與研究是無(wú)法達(dá)到最佳的施工質(zhì)量，從而直接軟土質(zhì)量的質(zhì)量無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，對(duì)資源造成嚴(yán)重浪費(fèi)，還無(wú)法保證工程的建設(shè)質(zhì)量與安全。

4.2 深層水泥攪拌施工技術(shù)的改進(jìn)措施

施工技術(shù)的改進(jìn)是有效提升軟土地基處理質(zhì)量的重要措施，因此相關(guān)部門應(yīng)積極對(duì)當(dāng)前存在的問(wèn)題進(jìn)行研究與分析，采取科學(xué)有效的改進(jìn)策略措施有效強(qiáng)化深層水泥攪拌施工質(zhì)量[3]。

4.2.1 改進(jìn)施工設(shè)備

為了有效解決水泥攪拌樁施工存在的困難與問(wèn)題，首先應(yīng)對(duì)當(dāng)前的施工設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)。施工單位應(yīng)積極引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的施工設(shè)備，或者根據(jù)實(shí)際的情況自行研發(fā)施工設(shè)備。在自行研發(fā)是可從提升電機(jī)功率、改進(jìn)鉆頭強(qiáng)度等方面進(jìn)行針對(duì)性的研究。此外，我國(guó)絕大多數(shù)的施工設(shè)備其輸出功率都是恒定的，因此在對(duì)攪拌機(jī)鉆頭進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可考慮根據(jù)實(shí)際需求對(duì)鉆頭功率進(jìn)行調(diào)整的系統(tǒng)控制內(nèi)容。

4.2.2 改良施工工藝

對(duì)于施工工藝的改良，應(yīng)在保證施工質(zhì)量基礎(chǔ)上，達(dá)到加快施工進(jìn)度的目的。傳統(tǒng)的施工工藝是基于20世紀(jì)末的規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)的，當(dāng)下時(shí)代與科技在發(fā)展，傳統(tǒng)的施工工藝已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)下群眾對(duì)于施工效率的需求。當(dāng)前，部分專業(yè)人士已經(jīng)對(duì)施工工藝進(jìn)行提出了針對(duì)性的改良措施，但由于部分因素并未能進(jìn)行全面的推廣。國(guó)家、政府、施工單位等各個(gè)部門都應(yīng)對(duì)這些新技術(shù)與發(fā)明給予高度的重視，通過(guò)制定相關(guān)政策等措施，將高質(zhì)量、高效率的施工工藝進(jìn)行全面的推廣與實(shí)踐。

4.2.3 完善設(shè)計(jì)與管理

實(shí)際上，施工人員普遍覺(jué)得水泥攪拌樁施工存在較大的困難，尤其是對(duì)于含水量較高的軟土地基。實(shí)際的施工鉆進(jìn)非常的困難，施工的進(jìn)度也極其緩慢，其攪拌樁的施工質(zhì)量也無(wú)法做到有效的控制。此現(xiàn)象直接表面了設(shè)計(jì)構(gòu)思與實(shí)際施工往往存在嚴(yán)重的脫節(jié)。想要有效解決這一現(xiàn)象，則必須要對(duì)當(dāng)前的設(shè)計(jì)與管理進(jìn)行改良與完善。設(shè)計(jì)人員應(yīng)積極去了解與分析施工現(xiàn)象，不能一味地紙上談兵，照抄設(shè)計(jì)規(guī)范，應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，還需與施工人員進(jìn)行充分的溝通，從而不斷完善設(shè)計(jì)與管理質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前我國(guó)軟土地基的深層水泥攪拌樁施工存在一定的問(wèn)題，例如設(shè)備簡(jiǎn)陋、工藝不完善等。想要有效強(qiáng)化其施工質(zhì)量，施工單位則必須要積極采用改進(jìn)施工設(shè)備、改良施工工藝、完善設(shè)計(jì)與管理等科學(xué)合理的改良策略措施，從而有效的強(qiáng)化施工技術(shù)的應(yīng)用水平，提升軟土地基處理質(zhì)量。