水泥摻量對水泥攪拌樁成樁質(zhì)量的影響分析

付寶寧

(江西贛禹工程建設(shè)有限公司，南昌 330209)

1 工程概況

某重點(diǎn)圩堤除險(xiǎn)加固項(xiàng)目共包括8條圩堤，分別為九合聯(lián)圩、三角聯(lián)圩、永北圩、郭東圩、萬青聯(lián)圩、高橋圩、馬口聯(lián)圩、立新圩，每條圩堤分為一個(gè)施工區(qū)。圩堤堤線總長為181.81km，建設(shè)內(nèi)容主要包括堤基、堤身等的垂直防滲、水平防滲，脫坡和滑坡處理，護(hù)岸護(hù)坡等。該重點(diǎn)圩堤除險(xiǎn)加固項(xiàng)目所用的水泥攪拌樁是當(dāng)前較為常用的軟弱地基加固處理措施，在控制沉降變形，提升地基承載力等方面效果十分顯著，但是巖土工程本身不確定性較大，水泥攪拌樁的成樁及施工質(zhì)量也受到地質(zhì)、地形等的較大影響，為有效解決現(xiàn)場施工質(zhì)量不良的問題，保證成樁質(zhì)量，在該工程施工開始前于施工現(xiàn)場展開工藝試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)方案

為進(jìn)行水泥摻量影響水泥攪拌樁成樁質(zhì)量的分析，將水泥摻量分別設(shè)定為90kg/m、110kg/m和120kg/m，并在每種摻量下分別制備2根直徑600mm的試樁，將分別編號為1#、2#、3#、4#、5#和6#的6根試樁均按照1500mm間距打入砂層，再按照四攪四噴[1]的成樁工藝進(jìn)行水泥攪拌樁施工。攪拌桿設(shè)計(jì)沉降速率和提升速率分別為0.8～1.0m/min和0.6～0.8m/min，并將最末尾一次的提升速度控制在0.5m/min左右。通過沉降和提升速度的控制，達(dá)到軟土分層加固的目的，純淤泥質(zhì)土層應(yīng)盡可能取提升速度的較小值，砂層則應(yīng)取提升速度的較大值，通過控制注漿泵出口壓力，確保提升速度與輸漿速度的一致性。

3 不同水泥摻量下的水泥攪拌樁質(zhì)量

3.1 水泥摻量90kg/m

成樁連續(xù)性和單軸抗壓強(qiáng)度是評價(jià)水泥攪拌樁成樁質(zhì)量的兩個(gè)基本指標(biāo)，單軸抗壓強(qiáng)度主要以水泥攪拌樁抽芯強(qiáng)度為參考。此水泥摻量下的3#樁在長度15.5m以內(nèi)有效，芯樣呈塊狀和柱狀，局部有松散，膠結(jié)程度一般，連續(xù)性不良；6#樁在長度18.2m以內(nèi)有效，芯樣堅(jiān)硬完整，呈柱狀，僅部分呈塊狀，連續(xù)性一般。攪拌樁樁深及抽芯強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果主要見表1。

表1 3#和6#樁樁深及抽芯強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表中試驗(yàn)結(jié)果所得到的水泥摻量為90kg/m且成樁工藝四攪四噴的水泥攪拌樁強(qiáng)度隨樁深變動的趨勢具體見圖1。從圖中可以看出，隨著樁深的增大，水泥攪拌樁強(qiáng)度呈較為離散的變化趨勢，最大和最小強(qiáng)度分別為2.25MPa和0.12MPa；樁身10m以下比10m以上抽芯抗壓強(qiáng)度值更低。

為更進(jìn)一步分析水泥攪拌樁樁深和強(qiáng)度的關(guān)系，分別統(tǒng)計(jì)樁深為0～10m、10～20m的強(qiáng)度特征值，并以此值作為水泥攪拌樁強(qiáng)度均值的最低限[2]。根據(jù)分析，樁深為0～10m的情況下取0～3.3m、3.3～6.6m、6.6～10m的單軸抗壓強(qiáng)度均值，3#樁和6#樁抽芯強(qiáng)度特征值分別為1.28MPa和1.19MPa，28d設(shè)計(jì)強(qiáng)度為0.65MPa；而樁深為10～20m的情況下取10～13.3m、13.3～16.6m、16.6～20m的單軸抗壓強(qiáng)度均值，3#樁和6#樁抽芯強(qiáng)度特征值分別為0.09MPa和1.41MPa，28d設(shè)計(jì)強(qiáng)度為0.80MPa。3#水泥攪拌樁樁深為10～20m的整體抽芯強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)值，而3#水泥攪拌樁樁深為0～10m以及6#攪拌樁的整體抽芯強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 水泥摻量110kg/m

此水泥摻量下2#樁在長度18.3m以內(nèi)有效，芯樣呈塊狀和柱狀，局部有松散，膠結(jié)程度一般，連續(xù)性不良；5#樁在長度25.0m以內(nèi)有效，芯樣堅(jiān)硬完整，呈柱狀，僅部分呈塊狀，連續(xù)性一般。攪拌樁樁深及抽芯強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果主要見表2。

表2 2#和5#樁樁深及抽芯強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表中試驗(yàn)結(jié)果，水泥摻量為110kg/m且成樁工藝四攪四噴的水泥攪拌樁強(qiáng)度與樁深的關(guān)系曲線具體見圖2。從圖中可以看出，隨著樁深的增大，水泥攪拌樁強(qiáng)度也呈離散型變化，最大和最小強(qiáng)度分別為3.0MPa和0.02MPa；樁身10m以下比10m以上抽芯抗壓強(qiáng)度值低。

為更進(jìn)一步分析水泥攪拌樁樁深和強(qiáng)度的關(guān)系，采用相同的操作分別統(tǒng)計(jì)樁深0～10m、10～20m的強(qiáng)度特征值，并以此值作為水泥攪拌樁強(qiáng)度均值的最低限。樁深0～10m時(shí)取0～3.3m、3.3～6.6m、6.6～10m的單軸抗壓強(qiáng)度均值，2#樁和5#樁抽芯強(qiáng)度特征值分別為0.17MPa和1.19MPa，28d設(shè)計(jì)強(qiáng)度為0.64MPa；而樁深10～20m時(shí)下取10～13.3m、13.3～16.6m、16.6～20m的單軸抗壓強(qiáng)度均值，2#樁和5#樁抽芯強(qiáng)度特征值分別為0.12MPa和1.40MPa，28d設(shè)計(jì)強(qiáng)度為0.80MPa。2#水泥攪拌樁整體抽芯強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)值，而5#攪拌樁的整體抽芯強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。

3.3 水泥摻量120kg/m

此水泥摻量下1#樁在長度18.0m以內(nèi)有效，芯樣同樣呈塊狀和柱狀，局部存在松散，膠結(jié)程度一般，連續(xù)性差；4#樁在長度19.0m以內(nèi)有效，芯樣堅(jiān)硬完整，呈柱狀，僅部分呈塊狀，連續(xù)性一般。攪拌樁樁深及抽芯強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果主要見表3。

表3 1#和4#樁樁深及抽芯強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，水泥摻量為120kg/m且成樁工藝四攪四噴的水泥攪拌樁強(qiáng)度與樁深的關(guān)系曲線具體見圖3。由圖可知，隨著樁深的增大，水泥攪拌樁強(qiáng)度仍然呈離散型變化，強(qiáng)度最大值和最小值分別為4.0MPa和0.02MPa；1#水泥攪拌樁樁身長度6m以內(nèi)強(qiáng)度較高，6～20m深度所對應(yīng)的強(qiáng)度整體≤0.5MPa；4#樁整體強(qiáng)度≥2.0MPa。

為深入分析1#和4#水泥攪拌樁樁深和強(qiáng)度的關(guān)系，采用相同方式分別統(tǒng)計(jì)樁深0～10m、10～20m的強(qiáng)度特征值，并以此值作為水泥攪拌樁強(qiáng)度均值的最低限。樁深0～10m時(shí)取0～3.3m、3.3～6.6m、6.6～10m的單軸抗壓強(qiáng)度均值，1#樁和4#樁抽芯強(qiáng)度特征值分別為0.76MPa和3.01MPa，28d設(shè)計(jì)強(qiáng)度為0.64MPa；而樁深10～20m時(shí)下取10～13.3m、13.3～16.6m、16.6～20m的單軸抗壓強(qiáng)度均值，1#樁和4#樁抽芯強(qiáng)度特征值分別為0.03MPa和2.74MPa，28d設(shè)計(jì)強(qiáng)度為0.80MPa。1#水泥攪拌樁整體抽芯強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)值，而4#攪拌樁的整體抽芯強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果評價(jià)

經(jīng)過以上分析不難看出，在四攪四噴的成樁工藝下，水泥攪拌樁很容易因水泥干粉的使用而發(fā)生堵管，并因鉆頭提升、抽芯、沉降不均勻等原因而影響樁體連續(xù)性。本試驗(yàn)所制備的1#～3#水泥攪拌樁連續(xù)性較差，4#～6#水泥攪拌樁連續(xù)性一般。在該試驗(yàn)水泥攪拌樁成樁工藝下，所噴出的水泥干粉能夠吸收圩堤高含水率淤泥質(zhì)土中的水分，增強(qiáng)水泥攪拌樁早期強(qiáng)度，且水泥摻量越大，早期強(qiáng)度也越高[3]，4#樁水泥摻量最大，其強(qiáng)度明顯比水泥摻量110kg/m的2#樁和水泥摻量90kg/m的6#樁更高。

4 結(jié) 論

通過對某重點(diǎn)圩堤除險(xiǎn)加固項(xiàng)目施工現(xiàn)場水泥攪拌樁成樁工藝試驗(yàn)過程及結(jié)果的分析得出，四攪四噴成樁工藝下很容易發(fā)生堵管，且攪拌樁連續(xù)性無法保證。但是水泥干粉因能夠吸收淤泥質(zhì)土體中的水分，而促使攪拌樁早期強(qiáng)度提升，且樁體強(qiáng)度隨水泥摻量的增加而增大，隨樁身入土深度的增加而減小。