深層攪拌樁在浸水路堤軟基處理中的應(yīng)用

高為民 劉宗志 陳文鋒

(中電建路橋集團有限公司，北京 100048)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，以及對交通便捷需求的日益增長，高速公路交通網(wǎng)不斷擴增，在解決道路交通阻塞問題和縮短運輸時間方面起到關(guān)鍵作用。隨著我國高速公路的發(fā)展，各種復(fù)雜地形、地貌、沿河、沿岸、庫周路線在公路建設(shè)中經(jīng)常出現(xiàn)，在這些地區(qū)，大量軟土地基的存在對高速公路路基穩(wěn)定性帶來較大影響[1-3]。為保證路基施工質(zhì)量，需要對軟土地基進行特殊處理。本文結(jié)合高速公路軟基處理工程實例，對深層攪拌樁法施工工藝和施工質(zhì)量控制進行總結(jié)分析。

1 工程概況

廣東某高速公路工程項目K41+000～K41+160段位于地方水庫范圍，且周圍山體匯水量較大，該段地基長期受水浸泡。根據(jù)地質(zhì)勘查結(jié)果顯示，此段地基存在軟弱土層，軟土類型為淤泥與淤泥質(zhì)土，軟土厚度為4 m～6 m，一般呈流塑狀，承載力低，其主要的物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。若此段軟土地基不進行處理，則容易導(dǎo)致上部路堤出現(xiàn)不均勻沉降、基底失穩(wěn)等現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)路面開裂與塌陷，危及行車安全，因此需根據(jù)該段軟土地基類型和埋深選擇合適的處理技術(shù)。該高速公路沿線主要為剝蝕殘丘與丘陵地貌，軟土分布范圍與規(guī)模較小，在庫區(qū)段軟土厚度大于3 m，通過綜合比選分析，選用深層攪拌樁法對軟基進行處理。

表1 軟土層主要的物理力學(xué)指標(biāo)

深層攪拌法是目前經(jīng)常采用、施工簡單且效果較好的軟基處理方法之一[4]。在處理該段軟基時，利用水泥作為固化材料，與軟土進行充分的攪拌混合，從而形成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的加固體[5-7]。該法可以充分利用軟土，并在施工時無噪聲、無污染、無振動，且由于其施工較為簡便，因此應(yīng)用十分廣泛。

2 施工工藝

深層攪拌法雖施工較為簡便，但其施工應(yīng)該嚴(yán)格遵循相關(guān)施工工藝流程進行，且處理質(zhì)量必須滿足相應(yīng)的規(guī)范要求，以保證處理效果。其施工工藝流程見圖1。

2.1 施工準(zhǔn)備

1)施工前校驗圖紙。核對圖紙和具體的工作內(nèi)容，避免后續(xù)工作失誤造成工期延誤。在確保圖紙等無誤后，制定合理的施工組織設(shè)計，為后續(xù)施工提供依據(jù)。

2)場地準(zhǔn)備。施工現(xiàn)場需在鉆機就位前進行整平、碾壓和夯實工作，清除所有雜物，以保證樁機定位移動，鉆孔垂直。同時備好拌和用水，使用拌和站內(nèi)水井供水，為飲用水質(zhì)。上述準(zhǔn)備完成后，根據(jù)場地需要準(zhǔn)備好水泥攪拌樁機、發(fā)電機、起重機、裝載機、灑水機和挖掘機等機械設(shè)備，合理布置其位置。

3)材料進場檢驗。抽樣檢測水泥和鋼筋等材料，確保其參數(shù)和質(zhì)量符合規(guī)范要求。

4)管道清洗。利用清水清洗相應(yīng)管道，并檢查管道是否堵塞或發(fā)生破壞，避免施工時出現(xiàn)漏漿、漿液堵塞等問題。

2.2 試樁

深層攪拌樁通過攪拌頭將水泥漿和軟土進行強制拌和，雖然水泥土的強度會隨著拌和次數(shù)的增加而提高，但攪拌次數(shù)過多時會導(dǎo)致較長的施工時間，工效降低。且針對不同的軟土地區(qū)，需確定不同的工藝參數(shù)，因此需借助試樁作業(yè)的開展來確定合理的技術(shù)參數(shù)。

采用三根試樁尋求到最佳的攪拌次數(shù)、確定水泥漿的水灰比、泵送時間、泵送壓力、攪拌機提升速度、下鉆速度以及復(fù)攪深度等參數(shù)，同時掌握下鉆和提升的阻力情況，以指導(dǎo)下一步水泥攪拌樁的大規(guī)模施工。

2.3 參數(shù)設(shè)計

通過試驗計算，水泥攪拌樁樁徑設(shè)計為50 cm，樁間距1.2 m，樁長為5.5 m～7 m，攪拌樁的水泥摻入量暫定為65 kg/m，采用強度等級42.5級的普通硅酸鹽水泥，水灰比宜為0.45～0.55。成樁28 d后取樣檢查，無側(cè)限抗壓強度不能小于0.6 MPa-1，且單根試驗樁的承載力需大于70 kN，復(fù)合地基承載力需大于100 kN。

2.4 放線定位、樁機就位和預(yù)攪下沉

根據(jù)基準(zhǔn)點進行放線定位工作，并控制測量誤差在1 cm范圍內(nèi)。樁位復(fù)核無誤后方能使樁機就位，就位時需保證無其他阻力影響。移動結(jié)束后檢查定位情況，用水平尺校正基座水平來保證樁機的基座平穩(wěn)、周正，同時鉆桿垂直度偏差不能大于1%。對準(zhǔn)孔后進行預(yù)攪下沉，通過放松起重機鋼絲繩使攪拌機沿導(dǎo)向逐漸下沉，下沉的速度應(yīng)嚴(yán)格控制在0.8 m/min～1 m/min，同時電流指數(shù)不大于70 A，以防燒毀電機。

2.5 制備灰漿

制備灰漿前，檢查水泥的參數(shù)是否合格，并查驗其是否在存放過程中出現(xiàn)受潮、結(jié)塊和變質(zhì)等現(xiàn)象，以保證后續(xù)軟基處理的效果。在攪拌頭預(yù)拌下沉?xí)r，嚴(yán)格根據(jù)水灰比為0.45～0.55、水泥摻入量65 kg/m的要求進行灰漿制作，同時灰漿攪拌的時長不得低于2 min以充分拌合漿液，并做好防離析的措施?；覞{制備好后即可導(dǎo)入集料斗中，便于壓漿時使用。

2.6 注漿提升攪拌和下沉攪拌

第一次注漿提升攪拌時，當(dāng)攪拌頭下沉至設(shè)計樁底標(biāo)高時需立即提升攪拌頭0.2 m，泵送水泥漿并使其到達出漿口，此時進行噴漿，同時攪拌20 s～30 s。之后便以0.5 m/min的速度提升攪拌頭并噴漿攪拌直至設(shè)計樁頂。為了充分拌合水泥和軟土，需進行第二次下沉攪拌，放松鋼絲繩并停止壓漿，進行沉鉆和復(fù)攪，其下沉速度可控制在0.5 m/min～0.8 m/min，下沉?xí)r攪拌直至設(shè)計樁底標(biāo)高。此后需進行第二次注漿提升攪拌，以小于0.5 m/min的速度旋轉(zhuǎn)提升攪拌頭，同時注漿攪拌，當(dāng)樁機提升至孔口時應(yīng)停留攪拌數(shù)秒鐘，以保證樁頭質(zhì)量，最后將攪拌頭提出地面，至此完成了一根樁的施工。

2.7 清洗、樁機移位和試塊制作

施工完一根樁后，需及時清洗全部管路中殘留的水泥漿和攪拌頭上的殘留軟土，便于保證下一根樁的施工質(zhì)量。后開行深層攪拌機至新的樁位，重復(fù)上述施工步驟，進行下一根樁的施工。

為確保水泥攪拌樁的施工效果，需在成樁28 d后采用抽芯取樣的方法進行試塊制作，其數(shù)量應(yīng)大于3根，并按照總量的2%，對樁體進行無側(cè)壓抗壓試驗，從而檢測其抗壓強度和承載力是否滿足要求。

3 施工質(zhì)量控制

浸水路堤的軟基處理是一項專業(yè)性的技術(shù)作業(yè)，若處理不當(dāng)，則會嚴(yán)重影響其上部高速公路的整體質(zhì)量和使用年限，因此，在深層攪拌法施工時，除了遵循以上施工流程外，還需注意以下方面，以確保軟基處理質(zhì)量達到預(yù)期效果。

3.1 施工現(xiàn)場質(zhì)量管理

在施工現(xiàn)場，需遵循具體施工方案設(shè)定的工藝參數(shù)和流程逐步實現(xiàn)各工序的施工要求，從而確保了軟基處理的效果。同時，在施工過程中要控制好施工節(jié)奏，確保每一環(huán)節(jié)的銜接順暢，保證施工效率，需要做到以下方面：

1)需對施工過程中可能出現(xiàn)的問題準(zhǔn)備好應(yīng)急預(yù)案，避免出現(xiàn)問題后施工進度受到影響，并做好施工技術(shù)的交底工作，保證施工過程連續(xù)；

2)需在施工過程中做好測量和校核工作，避免出現(xiàn)問題的疊加現(xiàn)象，從而保證軟基處理的效果；

3)在每一環(huán)節(jié)都應(yīng)做到精細(xì)操作，例如保證配比的精確性、預(yù)拌混合料的固化時間、強夯的高度等，以保證每一環(huán)節(jié)的質(zhì)量都符合軟基處理的要求，最終達到預(yù)期目標(biāo)。

3.2 施工質(zhì)量控制要點

1)預(yù)攪下沉?xí)r，若下沉速度過慢，可采用清水從輸漿系統(tǒng)進行補給，從而加快鉆進。同時應(yīng)注意，攪拌機預(yù)攪下沉?xí)r不得沖水，當(dāng)遇到較硬土層時，可通過適量沖水來加快鉆進，但沖水會影響最終的成樁強度。當(dāng)同時遇到較硬土層且下沉速度過慢時，也可通過中心管加壓的方式使攪拌頭下沉至樁底設(shè)計標(biāo)高。

2)第一次注漿提升攪拌時，需保證噴漿速度和攪拌頭的提升速度相互協(xié)調(diào)，從而確保水泥漿在樁長方向均勻分布。當(dāng)攪拌頭提升到樁頂設(shè)計標(biāo)高處時，應(yīng)減慢提升速度，從而確保樁頭處均勻密實。

3)泵送漿液前，需使管路保持潮濕的狀態(tài)，同時泵送漿液時泵壓應(yīng)控制在0.4 MPa～0.6 MPa，可利于輸漿。此外，拌和必須均勻，供漿必須連續(xù)。如果輸漿過程中出現(xiàn)了堵塞的情況，必須立即拆卸輸漿管道進行清洗，才能進行后續(xù)的輸漿。若因故需停止輸漿，為防止缺漿后導(dǎo)致樁身強度不足甚至斷樁，應(yīng)將攪拌機下沉至停漿面以下0.5 m處，在恢復(fù)施工后再繼續(xù)噴漿提升。

4)若因土質(zhì)較密導(dǎo)致攪拌頭提升時未能將水泥漿全部噴完，可在重復(fù)下次攪拌時予以補噴，但補噴的水泥漿不宜過少，在單樁噴漿量的30%～40%為宜，以保證水泥漿可以均勻地沿樁長分布。

5)需合理控制樁間搭接的時間間隔，不宜超過24 h；若超過的時間不長，則需在第二根樁施工時增加約為20%的注漿量，同時提升的速度應(yīng)減慢；若超過的時間太長，第二根樁已經(jīng)無法成功進行搭接，可在設(shè)計許可下采取局部補樁或注漿措施來進行搭接。

6)為避免施工時樁端因漿量不足而導(dǎo)致質(zhì)量下降，當(dāng)漿液到達出漿口時，柱底噴漿時間應(yīng)不小于30 s，如此可保證漿液完全到達樁端。

7)所有施工均完成后，需保證施工場地附近無重物堆放，以防樁體產(chǎn)生形變。

4 結(jié)語

該段高速公路所經(jīng)過的水庫地區(qū)，常年浸水出現(xiàn)了軟土地層，采用深層攪拌樁進行處理。經(jīng)成樁28 d后進行抽芯取樣檢測，無側(cè)限抗壓強度為0.78 MPa-1，單樁的承載力為86 kN，復(fù)合地基承載力為127 kN，檢測結(jié)果表明處理效果良好。因此采用深層攪拌樁法可以有效改善水庫地段軟基的強度特性，提高地基承載力，滿足高速公路路基修建標(biāo)準(zhǔn)。