關(guān)于水泥攪拌樁在沿海地區(qū)水利工程軟基處理中的應(yīng)用研討

曹文逸

（廣東東水工程項(xiàng)目管理有限公司,廣東 東莞 523000）

基礎(chǔ)處理過程中,若是以換填砂石、置換土等工藝手段實(shí)施軟基處理,容易引發(fā)邊坡垮塌及塌方事故,且土方外運(yùn)量大,費(fèi)用成本相對(duì)較高,工期較長(zhǎng)。若是采用樁基穿越地層,費(fèi)用成本極高,處理效果也不一定能達(dá)到。為盡可能地減少費(fèi)用成本,達(dá)成工程目的,往往會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大水利工程軟基處理當(dāng)中水泥攪拌樁此項(xiàng)施工工藝的運(yùn)用,對(duì)施工場(chǎng)地整體環(huán)境起到改善作用,以免施工場(chǎng)地過于擁堵。故沿海地區(qū)的水利工程項(xiàng)目軟基處理當(dāng)中應(yīng)用水泥攪拌樁較為重要且必要。

1 工況

東莞濱海灣新區(qū)濱海景觀活力長(zhǎng)廊龍涌至苗涌段位于東莞濱海灣新區(qū)東南板塊,龍涌與苗涌之間,緊鄰濱海灣大道。項(xiàng)目范圍東側(cè)以濱海灣大道紅線為界,西至填海邊界線,北至苗涌入?？?、南至龍涌入?？?建設(shè)面積為17.06 hm2,岸線長(zhǎng)度1.93 km。新建海堤工程起點(diǎn)與苗涌出海口濱海灣大道1#橋涵出口相接,終點(diǎn)與粵港澳文化街項(xiàng)目新建海堤相接,海堤岸線根據(jù)總體景觀提升要求及生態(tài)海堤的功能需求設(shè)計(jì)為斜坡式生態(tài)海堤,生態(tài)海堤總長(zhǎng)366.69 m。

2 實(shí)例分析

2.1 針對(duì)前期準(zhǔn)備部分

2.1.1 在攪拌樁的施工設(shè)計(jì)層面

（1）單軸水泥攪拌樁

1）施工用水泥采用P.O.42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥,提升速度不大于0.6m/min,水泥摻入量為20%,水灰比為0.5～0.6,最終摻入比由室內(nèi)試驗(yàn)確定。

2）施工前應(yīng)進(jìn)行水泥土的室內(nèi)配合比試驗(yàn),驗(yàn)證水泥對(duì)軟土的適用性,28 天齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不低于0.6 MPa。

3）載荷試驗(yàn)：水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)和單樁靜載荷試驗(yàn),設(shè)計(jì)要求處理后的地基承載力不小于90 kPa,靜載荷試必須在樁身強(qiáng)度滿足試驗(yàn)荷載條件時(shí),并在成樁28 d 后進(jìn)行,單樁承載力不小于80 kN。驗(yàn)收檢驗(yàn)數(shù)量不少于總樁數(shù)的1%,復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)數(shù)量不少于3 臺(tái)。

4）鉆芯檢測(cè)：豎向承載水泥攪拌樁成樁28 d 后,宜采用雙管單動(dòng)取樣器鉆取芯樣,評(píng)價(jià)攪拌均勻性,檢驗(yàn)水泥土抗壓強(qiáng)度；芯樣直徑不宜小于80 mm,鉆入持力層深度不得小于3 倍樁徑,檢測(cè)數(shù)量為施工總樁數(shù)的0.5%,且不少于6 根。

（2）雙軸水泥攪拌樁

1）攪拌樁采用連續(xù)套接的雙軸水泥土攪拌樁2φ600@450。

2）水泥土攪拌樁的水泥摻入量宜為16%～20%,水泥土28 天的無側(cè)限抗壓強(qiáng)≥1.0 MPa,施工過程中泵送壓力大于0.3MPa,且泵送流量要求恒定。采用P.042.5 級(jí)硅酸鹽水泥。

3）采用鉆芯法檢驗(yàn)水泥土攪拌樁的單軸抗壓強(qiáng)度、完整性、深度。單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的鉆芯直徑不應(yīng)小于80 mm。檢驗(yàn)樁數(shù)不應(yīng)少于總樁數(shù)的1%,且不應(yīng)少于6 根。

2.1.2 在水泥加固土的室內(nèi)試驗(yàn)層面

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施土樣采集,作水泥土室內(nèi)配比試驗(yàn),對(duì)各水泥土處于不同齡期及水泥的摻入比例、試塊的抗壓強(qiáng)度實(shí)施有效測(cè)定,為攪拌樁作業(yè)尋求水灰比及水泥摻入比最適宜配方。為確保順利成樁,此次室內(nèi)配比,單軸水泥攪拌樁共做了三組不同比例的摻入量實(shí)驗(yàn),按設(shè)計(jì)要求的摻入量20%±2%即18%、20%、22%取值,水灰比都選用0.5。現(xiàn)場(chǎng)取樣送檢土樣,經(jīng)實(shí)驗(yàn),天然密度1.65 g/cm3,水泥選用P.O42.5 R 硅酸鹽水泥。經(jīng)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)得摻入量為18%時(shí),水泥土7 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度0.28 MPa,水泥土28 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度0.48 MPa；

摻入量為20%時(shí),水泥土7 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度0.37 MPa,水泥土28 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度0.54 MPa；摻入量為22%時(shí),水泥土7 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度0.48 MPa,水泥土28 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度0.77 MPa。雙軸水泥攪拌樁也做了三組不同比例的摻入量實(shí)驗(yàn),按設(shè)計(jì)要求的摻入量16%～20%±2%即16%、20%、22%取值,水灰比都選用0.5?，F(xiàn)場(chǎng)取樣送檢土樣,經(jīng)實(shí)驗(yàn),天然密度1.65 g/cm3,水泥選用P.O42.5 R 硅酸鹽水泥。經(jīng)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)得摻入量為16%時(shí),水泥土7 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度0.29 MPa,水泥土28 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度0.41 MPa；摻入量為20%時(shí),水泥土7 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度0.51 MPa,水泥土28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度0.93 MPa；摻入量為22%時(shí),水泥土7 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度0.78 MPa,水泥土28 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度1.16 MPa。

2.2 針對(duì)施工工藝部分

2.2.1 在工藝原理及其步驟層面

采用水泥攪拌樁此項(xiàng)工藝之下開展地基處理時(shí),針對(duì)軟弱地基的內(nèi)部,借助攪拌機(jī)械,一邊鉆進(jìn)一邊對(duì)軟土內(nèi)實(shí)施漿液噴射,再用攪拌軸實(shí)施旋轉(zhuǎn)攪拌,強(qiáng)制性均勻拌和軟土及固化劑,通過軟土與固化劑所產(chǎn)生物理化學(xué)等反應(yīng),促使軟土能夠結(jié)成有著良好強(qiáng)度性、水穩(wěn)性、整體性的水泥土樁,并于樁間土產(chǎn)生共同作用,致使復(fù)合地基逐漸形成,樁柱體及樁周土則承受著上部分荷載。水利工程實(shí)施軟基處理期間水泥攪拌樁具體施工工藝步驟：對(duì)表層雜土予以徹底清理,對(duì)場(chǎng)地實(shí)施平整處理；精準(zhǔn)測(cè)定樁位后,確定樁機(jī)就位；嚴(yán)格依照現(xiàn)行規(guī)范及要求,實(shí)施水泥漿液的合理配制操作；實(shí)施下攪拌桿的鉆進(jìn)作業(yè)；實(shí)施噴漿攪拌,并將鉆桿提升；注漿泵啟動(dòng)運(yùn)行；重復(fù)實(shí)施正反循環(huán)的下攪拌桿作業(yè)、噴漿及提鉆桿作業(yè)；實(shí)施復(fù)拌作業(yè)；下攪拌桿后,提攪拌桿,確保拌和時(shí)間相等,但不實(shí)施噴漿；攪拌桿需提升至地表位置,一根樁作業(yè)完成,移機(jī)到下根樁循環(huán)以上施工步驟。

2.2.2 在施工要點(diǎn)層面

（1）合理布設(shè)施工軸線及孔位

施工作業(yè)前期,需依照著施工圖,實(shí)施施工軸線及其孔位的測(cè)放,對(duì)其實(shí)施妥善保護(hù)處理,樁位布置和施工圖之間誤差需把控至3 cm 范圍。

（2）確保設(shè)備就位

確保成樁設(shè)備依照著施工圖合理安裝就位,維持良好平整性、穩(wěn)固性,防止后期施工過程有傾斜或是移動(dòng)情況出現(xiàn),樁架上面設(shè)施工期間所需用到深度及斜度的觀測(cè)裝置。

（3）水泥漿液的科學(xué)制備

依照著試驗(yàn)測(cè)定及所認(rèn)可水泥漿液的配比、外摻劑、固化劑,經(jīng)復(fù)勘過后所設(shè)樁長(zhǎng),實(shí)施攪拌樁所需的噴漿量計(jì)算,材料放置攪拌機(jī)當(dāng)中加水,開展水泥漿液的現(xiàn)場(chǎng)攪拌制備,檢驗(yàn)合格過后,則輸入至蓄漿池內(nèi)部準(zhǔn)備輸灌。

（4）借助攪拌機(jī)實(shí)施預(yù)攪下沉作業(yè)

在攪拌機(jī)輔助下實(shí)施預(yù)攪下沉,整個(gè)過程當(dāng)中,禁止實(shí)施沖水下沉操作。攪拌樁具體作業(yè)時(shí),應(yīng)對(duì)基礎(chǔ)加固相應(yīng)區(qū)域?qū)嵤┏两涤^測(cè),便于實(shí)時(shí)掌握加固區(qū)域總體沉降變形情況,將其當(dāng)成是地基加固總體效果評(píng)價(jià)及其使用維護(hù)重要依據(jù)。

（5）噴漿成樁作業(yè)

灰漿泵啟動(dòng)運(yùn)行,漿液自噴嘴噴出過后,樁機(jī)啟動(dòng)向下旋轉(zhuǎn),并鉆進(jìn)至噴漿成樁,穩(wěn)定連續(xù)實(shí)施水泥漿液噴水。針對(duì)攪拌樁總體施工工藝,需結(jié)合所要求配比及攪拌試驗(yàn),對(duì)施工作業(yè)各項(xiàng)參數(shù)實(shí)施換算確定；借助流量泵對(duì)輸漿速度予以合理把控,確保注漿泵的出口位置壓力可把控至0.4 MPa～0.6 MPa 范圍,攪拌提升和輸漿的速度務(wù)必保持一致。漿液在達(dá)出漿口位置,對(duì)座底實(shí)施30 s 噴漿,確保漿液能夠完全達(dá)樁端部位。漿噴攪拌水泥、固化劑及漿液的摻入量,均需依照著所預(yù)定配比予以科學(xué)拌制。

2.3 針對(duì)質(zhì)量檢測(cè)部分

2.3.1 在鉆探取芯檢測(cè)試驗(yàn)層面

待成樁28 d 過后,實(shí)施鉆探取芯,也就是以鉆孔方法為基礎(chǔ)連續(xù)將水泥攪拌樁的樁芯取出,對(duì)所取出芯樣,借助鋸、刀等切割成相應(yīng)試塊?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施單軸抽檢頻率是總體樁數(shù)0.5%,雙軸抽檢頻率是總體樁數(shù)1%,樁直徑的2/5 位置屬于最佳取芯位置,其代表性的芯樣需加工成為直徑為×高度為（h）=80 mm×100 mm 尺寸的圓柱體,開展無側(cè)限定抗壓強(qiáng)度的測(cè)定試驗(yàn),經(jīng)測(cè)定后,其強(qiáng)度值符合設(shè)計(jì)要求,且樁均勻性及其完整性均達(dá)標(biāo)。

2.3.2 在單樁及其復(fù)合地基的承載力檢測(cè)試驗(yàn)層面

待成樁28d 后,實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn),對(duì)單樁及其復(fù)合地基開展承載力檢測(cè)試驗(yàn)。對(duì)承受源自垂直荷載水泥攪拌樁來說,承載力檢測(cè)試驗(yàn)屬于最可靠有效的一種質(zhì)量檢驗(yàn)手段。針對(duì)單樁地基的承載力檢測(cè)試驗(yàn),荷載板需確保有著充足剛度,大小務(wù)必結(jié)合所設(shè)置換率予以合理確定,也就是荷載板實(shí)際面積應(yīng)是單根樁自身承擔(dān)實(shí)際處理面積。單樁承載力抽檢頻率則是總樁數(shù)的1%。此次選定D58、D284、D804 等30根單軸攪拌樁實(shí)施單樁承載力檢測(cè)試驗(yàn),檢測(cè)結(jié)果表明了各單樁承載力極限特征值均≥160 kN,實(shí)際單樁豎向的承載力值均≥80 kN,試驗(yàn)結(jié)果均表明單樁的承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。針對(duì)復(fù)合地基的承載力檢測(cè)試驗(yàn)。則選定D146、D219、D593 等30 根單軸攪拌樁開展針對(duì)單樁的復(fù)合地基總體承載力檢測(cè)試驗(yàn)。復(fù)合地基的承載力計(jì)算公式：

式中：fsk為處理過后樁間土實(shí)際承載力；β為樁間土實(shí)際承載力的折減系數(shù)；Ap為樁截面積；Ra為單樁實(shí)際承載力；m為樁土面積實(shí)際置換率；fspk為復(fù)合地基實(shí)際承載力。

經(jīng)檢測(cè)試驗(yàn)及計(jì)算分析后了解到,堤身部位的復(fù)合地基,其承載力極限特征值均≥180 kPa；堤身部位的復(fù)合地基實(shí)際承載力均≥90 kPa；試驗(yàn)結(jié)果均表明復(fù)合地基的承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.3.3 在沉降觀測(cè)層面

結(jié)合圖1 中的觀測(cè)數(shù)據(jù)可了解到,前60 d 呈較大沉降量,左、中、右側(cè)觀測(cè)點(diǎn)的沉降量均＞8 mm；伴隨時(shí)間推移,其沉降量呈降低趨勢(shì),90 d 后,地基的沉降變形則趨于穩(wěn)定,其左、中、右側(cè)的觀測(cè)點(diǎn)實(shí)際沉降速率降為0,符合現(xiàn)行設(shè)計(jì)要求。

圖1 沉降量總體變化的曲線圖

3 結(jié)語

沿海地區(qū)的水利工程項(xiàng)目,在開展軟基處理期間,若想更好地發(fā)揮水泥攪拌樁施工工藝各項(xiàng)優(yōu)勢(shì),就務(wù)必要在全面了解項(xiàng)目總體情況及需求情況下,做好前期各項(xiàng)準(zhǔn)備工作,全面把握水泥攪拌樁的施工工藝,嚴(yán)格依照著現(xiàn)行施工規(guī)范及要求,結(jié)合施工圖,實(shí)施軟基處理,實(shí)現(xiàn)水泥攪拌樁有效運(yùn)用,使沿海地區(qū)的水利工程項(xiàng)目軟基處理得以高效完成。