水泥攪拌樁在公路軟基處理中的應(yīng)用

張啟凱

中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京 266600

1 水泥攪拌樁設(shè)計(jì)方案

1.1 工程概況

某公路工程位于重慶市，路基寬度26m。其中，一填方段落長(zhǎng)160m，橫跨一U 型溝谷，谷內(nèi)地形平緩。

根據(jù)地勘報(bào)告，場(chǎng)地沖溝內(nèi)上覆土層主要為第四系全新統(tǒng)殘坡積粉質(zhì)黏土，下伏基巖為侏羅系上統(tǒng)遂寧組泥巖。本場(chǎng)地特殊巖土主要為過(guò)濕土，為軟塑狀粉質(zhì)黏土層，主要分布于地表及其以下一定深度范圍內(nèi)，勘探揭露軟土層底深度約7.8m，物理力學(xué)性質(zhì)差。場(chǎng)地主要土層物理力學(xué)指標(biāo)如表1 所示。

表1 場(chǎng)地主要土層物理力學(xué)指標(biāo)

1.2 水泥攪拌樁加固方案

根據(jù)有關(guān)規(guī)范，水泥攪拌樁的長(zhǎng)度、直徑、間距應(yīng)根據(jù)穩(wěn)定、沉降計(jì)算確定。豎向承載樁的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對(duì)承載力和變形的要求確定，并宜穿透軟土層，到達(dá)承載力相對(duì)較高的土層。為提高抗滑穩(wěn)定性而設(shè)置的樁體，其樁長(zhǎng)應(yīng)超過(guò)危險(xiǎn)滑弧以下2m。

使用簡(jiǎn)化Bishop 法進(jìn)行滑坡搜索計(jì)算，可知滑面位于軟弱夾層底部，因此設(shè)計(jì)水泥攪拌樁長(zhǎng)應(yīng)至少穿透軟塑土層進(jìn)入硬塑層2m。圓弧滑面計(jì)算如圖1 所示。

圖1 圓弧滑面計(jì)算圖

根據(jù)穩(wěn)定和沉降計(jì)算結(jié)果，調(diào)整水泥攪拌樁樁徑、樁長(zhǎng)、布樁方式。在表1 地層參數(shù)條件下，使得該段路基穩(wěn)定系數(shù)及沉降指標(biāo)滿足規(guī)范要求的水泥攪拌樁設(shè)計(jì)參數(shù)如表2 所示。

表2 水泥攪拌樁處置設(shè)計(jì)參數(shù)

對(duì)于經(jīng)水泥攪拌樁處理后的路基沉降，應(yīng)包含由墊層壓縮變形量、加固區(qū)復(fù)合土層壓縮變形量（s1）和加固區(qū)下臥土層壓縮變形量（s2）組成。當(dāng)墊層壓縮變形量小，且在施工期已基本完成時(shí)，可忽略不計(jì)。復(fù)合土體的壓縮模量可采用式（1）計(jì)算。

式中：Ep——樁體壓縮模量；

Es——加固區(qū)土體壓縮模量；

m——樁土置換率。

對(duì)于經(jīng)水泥攪拌樁處理后的路基穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算，復(fù)合地基內(nèi)滑動(dòng)面上的抗剪強(qiáng)度應(yīng)采用復(fù)合地基抗剪強(qiáng)度，詳見(jiàn)式（2）。

式中：τp——樁體壓縮模量；

τs——加固區(qū)土體壓縮模量；

m——樁土置換率。

2 水泥攪拌樁施工準(zhǔn)備

2.1 施工設(shè)施預(yù)備

在公路軟基水泥攪拌樁施工中，經(jīng)常應(yīng)用到的機(jī)械設(shè)施主要有粉漿機(jī)、壓縮機(jī)等，成樁所使用的機(jī)械設(shè)備為鉆機(jī)。主要特點(diǎn)是動(dòng)力大、便于操控、可以在多種地質(zhì)情況下展開(kāi)鉆進(jìn)工作，且具有較為便利的移動(dòng)性能[1]。

2.2 試樁作業(yè)

不同軟基工點(diǎn)的地質(zhì)條件具有一定差異，為了保證公路軟基加固處理的施工質(zhì)量，就必須在施工前展開(kāi)試樁[2]。通過(guò)試樁，確定本段水泥攪拌樁施工時(shí)的水泥漿輸漿量、水泥漿經(jīng)輸漿管到達(dá)攪拌機(jī)噴漿口的時(shí)間和起吊設(shè)備提升速度等施工參數(shù)。

現(xiàn)場(chǎng)工作人員應(yīng)該經(jīng)由試樁，了解下鉆以及提升鉆頭時(shí)遇到的阻力情況，并明確鉆頭進(jìn)入硬土層之后電流的變化程度，從而設(shè)計(jì)高效合理的輸灰量；明確水泥粉末通過(guò)輸灰泵到達(dá)攪拌樁噴灰所需要的時(shí)間，據(jù)此明確下鉆的速度、攪拌樁設(shè)備提升速度、復(fù)攪等相關(guān)信息[3]。

試樁成樁后，現(xiàn)場(chǎng)工作人員還應(yīng)該對(duì)于樁的勻稱性以及成樁直徑展開(kāi)檢查測(cè)驗(yàn)，掌握適用于該地質(zhì)狀況的水灰比和各項(xiàng)施工參數(shù)，保障成樁滿足施工質(zhì)量要求。

3 水泥攪拌施工工序

3.1 清表

將施工區(qū)域內(nèi)的雜草以及雜物處理干凈，將區(qū)域內(nèi)低洼地段填平處理并壓實(shí)。如若施工區(qū)域處于水田環(huán)境，現(xiàn)場(chǎng)工作人員須先將區(qū)域內(nèi)的水排放干凈，再展開(kāi)清表處理工作。清表厚度應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，一般控制在0.3～0.5m。平整場(chǎng)地應(yīng)具有一定的外向橫坡，防止場(chǎng)地內(nèi)部積水。在場(chǎng)地兩側(cè)開(kāi)挖邊溝，在挖溝時(shí)，施工人員應(yīng)該注意鄰近的已有管道線路等，避免對(duì)管線造成破壞。場(chǎng)地平整之后，按照設(shè)計(jì)要求鋪設(shè)墊層，并在墊層中間夾鋪土工格柵。之后，現(xiàn)場(chǎng)工作人員需要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，使用全站儀進(jìn)行樁位確定，并在控制樁上設(shè)計(jì)顯著的標(biāo)識(shí)，并注意定時(shí)復(fù)查。

3.2 拌制水泥漿

施工單位必須嚴(yán)格依照相應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)配置水泥漿，為了保障配合比的精確科學(xué)，工作人員應(yīng)該嚴(yán)格把控水泥、添加劑等材料的使用量。借助試樁實(shí)驗(yàn)，對(duì)攪拌時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行確定。在水泥漿配置過(guò)程中，施工人員須規(guī)避結(jié)塊、成團(tuán)等情況發(fā)生。在實(shí)際施工中，工作人員不能應(yīng)用產(chǎn)生初凝狀況的水泥漿。每一次攪拌工作所產(chǎn)生的水泥漿量應(yīng)把控在一根水泥攪拌樁用量以上[4]。

制備好的漿液不得離析，不得長(zhǎng)時(shí)間放置，超過(guò)2h的漿液應(yīng)廢棄。漿液倒入集料斗時(shí)應(yīng)加篩過(guò)濾，避免漿內(nèi)塊狀物損壞泵體。

3.3 水泥攪拌設(shè)備安裝

施工人員應(yīng)該在施工現(xiàn)場(chǎng)將鉆機(jī)設(shè)施進(jìn)行細(xì)致嚴(yán)密的安裝，在機(jī)械設(shè)施首次運(yùn)轉(zhuǎn)到達(dá)場(chǎng)地工作時(shí)，必須標(biāo)定樁機(jī)深度測(cè)量?jī)x、留電表等設(shè)備的位置。在施工過(guò)程中，工作人員還應(yīng)該定時(shí)對(duì)其展開(kāi)檢查維護(hù)，特別是攪拌機(jī)鉆頭部位，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生一定的磨損情況，當(dāng)直徑磨損量大于10mm 時(shí)，必須更換鉆頭。如若工作人員對(duì)磨損鉆頭沒(méi)有足夠的關(guān)注與重視，也不對(duì)其進(jìn)行處理，那么長(zhǎng)此以往將會(huì)導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此當(dāng)磨損情況超出限制時(shí)，必須立刻對(duì)其更換，這樣才可以確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

3.4 攪拌與提升

鉆機(jī)正式開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)以后，鉆桿沿導(dǎo)向架方向保持勻速下沉，進(jìn)行切土拌和。同時(shí)，工作人員應(yīng)該發(fā)動(dòng)送漿泵，將水泥漿向著土體噴灑。雙軸葉片旋轉(zhuǎn)拌和，直至標(biāo)定深度。當(dāng)?shù)竭_(dá)標(biāo)定深度以后，工作人員還應(yīng)該操作此設(shè)備在樁端部位持續(xù)展開(kāi)噴漿攪拌處理，復(fù)攪速度宜為0.5～0.8m/ min。

提升攪拌可避免出現(xiàn)噴漿口被堵住的情況。提升鉆桿、噴漿攪拌時(shí)，應(yīng)使鉆頭反向邊旋轉(zhuǎn)、邊噴漿、邊提升，提升速度宜控制在0.5～0.8m/ min。當(dāng)鉆頭提升至距離地面1m 時(shí)，宜用慢速提升；當(dāng)噴漿口即將出地面時(shí)，應(yīng)停止提升，攪拌數(shù)秒，保證樁頭攪拌均勻。

3.5 檢測(cè)

根據(jù)水泥攪拌樁特點(diǎn)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注樁身的完整性、強(qiáng)度及樁長(zhǎng)。

不同規(guī)范對(duì)水泥攪拌樁檢測(cè)要求略有不同。根據(jù)《公路軟土地基設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/ T D31- 02- 2013），成樁28d 后進(jìn)行鉆探取芯。抽檢頻率應(yīng)為總樁數(shù)的1%～2%，取芯位置宜在樁直徑2/ 5 處。應(yīng)將代表性芯樣應(yīng)加工成直徑×高度為50mm×100mm 的圓柱體，進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。強(qiáng)度值應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。采用輕型動(dòng)力觸探、靜力觸探以及反射波、瑞利波等物理勘探方法，對(duì)樁的均勻性和完整性進(jìn)行檢查。水泥攪拌樁質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如表3 所示。

表3 水泥攪拌樁質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

3.6 監(jiān)測(cè)

地基處理完成并檢驗(yàn)合格后，應(yīng)按有關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行路基填筑過(guò)程中的沉降和位移觀測(cè)，沉降觀測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)布置如圖2 所示，并做好記錄。若路基填筑過(guò)程中變形超過(guò)設(shè)計(jì)允許值，應(yīng)立即停止施工。

圖2 沉降觀測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)布置

4 水泥攪拌樁施工要點(diǎn)

（1）根據(jù)軟基加固深度、水泥攪拌樁設(shè)計(jì)參數(shù)等情況進(jìn)行攪拌樁設(shè)備、漿液輸送設(shè)備以及配套設(shè)施的選取與應(yīng)用。

（2）必須應(yīng)用質(zhì)量達(dá)標(biāo)的施工材料，不能使用受潮嚴(yán)重或者變質(zhì)的加固材料。軟基施工過(guò)程中，所使用的固化劑以及其他類型的添加劑，必須與施工設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相適配。攪拌樁實(shí)施時(shí)，必須嚴(yán)格依據(jù)相應(yīng)規(guī)范要求，按從中間到邊緣的次序展開(kāi)工作[5]。

（3）施工中，若發(fā)現(xiàn)地層出現(xiàn)異常，如土層密實(shí)度不夠，或者樁孔吸漿量變少等，需及時(shí)尋找原因，不應(yīng)盲目施工，并針對(duì)原因提出應(yīng)對(duì)措施[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

水泥攪拌樁在我國(guó)公路工程軟基處理中具有應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟的特點(diǎn)，可以有效解決公路工程中的軟基問(wèn)題，增強(qiáng)公路安全質(zhì)量。水泥攪拌樁設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)復(fù)合地基物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)的取值，可結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)與有關(guān)規(guī)范確定，以保證路基穩(wěn)定和沉降滿足規(guī)范要求為目標(biāo)。在施工過(guò)程中，工作人員應(yīng)該做好準(zhǔn)備工作，選擇質(zhì)量合格的材料，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段，并做好工程記錄，保證攪拌樁成樁質(zhì)量。