基于水泥攪拌樁的軟土地基加固技術(shù)分析

陳政

（安徽省水利部淮河水利委員會水利科學(xué)研究院，安徽合肥 230088）

0 引言

常規(guī)軟基處理技術(shù)包括攪拌樁技術(shù)、石灰樁技術(shù)、土工合成纖維技術(shù)等，但此類材料在施工中對軟土層的加固效果有限[1]，在深入此方面工作的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，提出的工程技術(shù)根本無法使地基工程在施工后達到預(yù)期荷載[2]。如果將混凝土預(yù)制樁、灌漿樁作用在軟土上，將其作為摩擦樁支撐使用，會出現(xiàn)樁體強度還未達到設(shè)計規(guī)范，從而出現(xiàn)樁體周圍土層承載能力達到極限的問題，從而導(dǎo)致樁基礎(chǔ)沉降嚴(yán)重[3]。在軟弱地基上進行地基加固，最理想的效果是在沉降較低的情況下，充分利用基礎(chǔ)材料的強度，進行地基加固施工，賦予地基足夠的承載力，通過此種方式，不僅可以使樁體施工達到預(yù)期強度要求，還可以有效緩解由于沉降問題造成的安全事故[4]。為落實此項工作，保障軟土地基加固施工的規(guī)范性，本文提出將水泥攪拌樁作為支撐，設(shè)計針對軟土地基的加固方法，保證工程施工達到設(shè)計規(guī)范。

1 工程概況

以樅陽節(jié)制閘地基基礎(chǔ)處理工程為例，樅陽引江樞紐（0+000～5+906）主要有泵站、船閘、交通橋等構(gòu)筑物。其中節(jié)制閘為敞口平底閘，共有7 個洞口，每孔凈寬度8m，凈寬度56m。工程項目施工所在地的地質(zhì)條件如表1 所示。

表1 地質(zhì)條件

本次新建節(jié)制閘地基處理采用水泥土攪拌樁方案，處理部位有閘室主體、護坦、鋪蓋以及翼墻段地基。閘室部位攪拌樁采用格柵式布置，其他采用陣列布置。攪拌樁直徑為600mm，閘室上游雙排防滲墻總長104m，樁長15m，樁間搭接寬度為20cm，樁頂高程2.2m，底部高程為-12.8m。樁間距均為100cm*100cm。消力池段樁頂高程1.6m，樁底高程-5.9m，樁間距175cm*175cm。

2 軟土地基加固施工方案

2.1 設(shè)計水泥攪拌樁加固施工參數(shù)

為滿足軟土地基加固施工需求，應(yīng)在施工前，根據(jù)工程加固施工質(zhì)量要求，設(shè)計水泥攪拌樁加固施工參數(shù)。具體內(nèi)容如下表2 所示。

表2 水泥攪拌樁加固施工參數(shù)

在此基礎(chǔ)上，設(shè)計水泥攪拌樁加固施工節(jié)制閘水泥土攪拌樁總量，具體內(nèi)容如下表3 所示。

表3 節(jié)制閘水泥土攪拌樁總量

施工中，水泥攪拌樁使用600mm 均勻直徑樁型，對此過程中的425#普通硅酸水泥用量進行計算。計算公式如下。

公式（1）中：K表示水泥用量；a表示水泥摻入量；b表示土的密度；c表示樁長；d表示樁截面積。計算中，根據(jù)地質(zhì)報告、土濕密度檢測報告，本區(qū)域土的密度可按1.79g/cm3計，為了保證水泥攪拌樁的強度，選擇設(shè)置水泥摻入比為18%，此時每米水泥用量=1*0.3*0.3*3.14*1.79t/m3*18%=0.0910t=91kg。每米外加劑使用量：91kg*2%=1.82kg。按照上述方式，完成施工中參數(shù)的設(shè)計。

2.2 樁機對位、調(diào)平

完成施工參數(shù)的設(shè)計后，結(jié)合設(shè)計圖紙要求，測量梁體軸線位置、高度（通過鉆頭從地下鉆入的設(shè)計深度，可計算出墻深）。在安裝樁機之前，應(yīng)將現(xiàn)場地面和地面的障礙物全部清理干凈，機架上不能有任何電線、樹枝、石塊、樹根等雜物，施工中機身要保持水平，機械要與工地地面保持緊密，不能有空隙。在確保施工場地進入通道通暢、施工用水、電符合標(biāo)準(zhǔn)的前提下，組織物料進場。所有進場的物料需附有出廠合格證明，并由現(xiàn)場抽樣送交實驗室進行復(fù)查。

在工程施工前，使用GPS 標(biāo)繪儀，測量軸線交匯位置坐標(biāo)，依據(jù)樁的平面布局和主要軸線位置，輔助使用全站儀對軸線定位。安排人工在現(xiàn)場使用鋼卷尺測量軸線長度，確定樁位置后用竹簽標(biāo)識[5]。在工地不容易被碾碎的部位，將其作為主要控制點，并預(yù)留樁基，通過對場地地面標(biāo)高的測量，確定樁身高度。

攪拌樁機組裝后，在施工現(xiàn)場，按照地質(zhì)數(shù)據(jù)和施工人員的要求，標(biāo)注樁機位置，樁位誤差不能超出設(shè)計要求2cm。

在打樁機上，使用一臺吊線錘調(diào)平吊線，利用液壓行走裝置調(diào)節(jié)錘軌中心線，保證樁機作業(yè)的水平[6]。為了確保墻體結(jié)構(gòu)的垂直性，在整個成墻過程中，必須有人隨時觀察吊桿的變化，并及時根據(jù)變化采取措施調(diào)整。

2.3 攪拌鉆進與噴灰攪拌提升加固施工

攪拌鉆進前應(yīng)先制漿，制漿時，在一次攪拌桶中，按規(guī)定的水灰比進行原材料混合，將調(diào)配好的水泥漿送入儲漿槽中存儲。

鉆頭對準(zhǔn)樁位，待支架穩(wěn)固后，對各裝置進行試運行，確認無問題后，開始正轉(zhuǎn)進給漿泵。在鉆孔超過設(shè)計深度1.5m 時，打開送灰器，將水泥粉料送入樁底[7]。同時，使用Ⅲ檔提升鉆桿（提升速率為0.8m/min）。鉆頭采用邊提升、邊噴灰、邊攪拌的方式鉆進，通過此種方式，使水泥與已加固土壤充分混合。施工過程中，平均1m2摻入65 公斤水泥[8]。在樁頂高度超過50cm 時，應(yīng)立即停止攪拌，直到樁的底部或靜止（在Ⅱ檔電流達到100A時，即可視為不能攪拌）。

施工中，按規(guī)定比例，攪拌水泥砂漿[9]。配制好的漿料不得離析，不能放置太久，通常不能超過3h，并且需要在裝料筒中加篩濾，防止?jié){料在漿料中凝結(jié)，避免對泵體造成損害。

攪拌漿料時，要有專門的人員記錄每一樁的水泥用量、送漿開始、結(jié)束時間。攪拌鉆進與噴灰攪拌提升施工時，進料應(yīng)持續(xù)、攪拌應(yīng)均勻[10]。一旦出現(xiàn)停漿現(xiàn)象，為了避免出現(xiàn)斷樁、缺漿問題，攪拌機必須沉至停漿面以下1m 位置，等注漿恢復(fù)后，再開始噴漿。如果停漿時間超過3h，則必須將灌漿管道拆掉，并進行沖洗。在施工過程中，如出現(xiàn)噴漿量不夠的現(xiàn)象，需進行整樁復(fù)拌，并在規(guī)定時間內(nèi)采取措施復(fù)混復(fù)噴。如遇停電或機械故障，需記錄噴漿過程的中斷記錄，并在12h 之內(nèi)進行補噴，其中補噴層厚度應(yīng)大于1m，完成補噴后，12h 后必須補樁?；诖朔N方式，完成基于水泥攪拌樁的軟土地基加固施工。

3 施工成果檢驗

為檢驗本文設(shè)計的施工方法在實際應(yīng)用中的效果，下文將以樅陽節(jié)制閘地基基礎(chǔ)處理工程為例，按照本文設(shè)計的施工方法展開施工。

施工前，根據(jù)工程實際需求，配置施工設(shè)備與人員，相關(guān)內(nèi)容如下表4 所示。

表4 施工設(shè)備及人員配置

在此基礎(chǔ)上，按照本文設(shè)計的工序，根據(jù)場地施工條件，設(shè)計水泥攪拌樁加固施工參數(shù)，在此基礎(chǔ)上，對位、調(diào)平樁機設(shè)備，并通過攪拌鉆進與噴灰攪拌提升，完成對該項目的加固施工。

設(shè)計靜荷載實驗，檢驗施工成果是否能夠達到預(yù)設(shè)質(zhì)量要求，以此種方式，檢驗單樁在負載狀態(tài)下的沉降情況。實驗過程中，在施工現(xiàn)場選擇監(jiān)測點，將多個監(jiān)測點開挖到預(yù)設(shè)標(biāo)高位置，修整樁體的頭頂部位置，使樁頭修整到一個相同的水平高度后，在其上層鋪設(shè)2～3cm 厚度的中砂，對其進行找平，并在其上部放置承壓板。單樁承載力檢驗過程中，使用Φ600 的方形鋼質(zhì)板作為承壓板，單樁的承壓面積為1m2。

實驗中，使用工字架搭設(shè)堆重平臺，使用100t 千斤頂控制單樁加壓，輔助壓力表控制單級的加壓荷載。同時，在承重板的四角布置傳感器，測量在不同荷載條件下樁體結(jié)構(gòu)的沉降量。檢測現(xiàn)場布置方式如圖1 所示。

圖1 靜載荷試驗布置示意圖

測試過程中，每間隔1h 讀取一次實驗數(shù)據(jù)，采用慢速維持荷載法，荷載分為11 級，每級110kN，逐級加載，最大荷載加至1200kN，需在每級荷載達到相對穩(wěn)固后加下一級荷載。根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79—2012）及實際工程需求，要求加固后的單樁承載力特征值至少為950kN，1h 內(nèi)單樁樁頂?shù)某两盗繎?yīng)滿足＜0.1mm 的條件，當(dāng)連續(xù)3h 讀取的沉降量為0mm，且不再發(fā)生變化時，完成實驗。按照上述標(biāo)準(zhǔn)，展開測試工作。統(tǒng)計實驗結(jié)果，如下表5 所示。

表5 沉降統(tǒng)計

根據(jù)上述表5 統(tǒng)計的沉降統(tǒng)計結(jié)果可以看出，2#、4#、6#在1h 內(nèi)測量的沉降量均未超過0.1mm，2#、4#在監(jiān)測到第8h時，沉降量為0mm，且滿足連續(xù)3h 監(jiān)測沉降量為0mm 的條件。6#在監(jiān)測到第7h 時，沉降量為0mm，且滿足連續(xù)3h 監(jiān)測沉降量為0mm 的條件。

隨機選擇4#樁進行豎向承載力試驗，按照實際驗收標(biāo)準(zhǔn)，在最大荷載加至1200kN 時，樁體最大沉降量不超過80mm 可滿足驗收需求。繪制4#樁豎向承載力P-S 曲線圖如圖2 所示。

圖2 4#樁豎向承載力P-S 曲線圖

通過圖2 可知，經(jīng)過荷載后的4#樁，最大沉降量為68mm，滿足實際驗收標(biāo)準(zhǔn)。由此可以證明，本文設(shè)計的基于水泥攪拌樁的加固施工方法在實際應(yīng)用中的效果良好，可以起到控制樁基沉降的作用，有效提高了單樁的承載力。以此種方式，優(yōu)化軟土地基加固施工效果。

4 結(jié)語

我國沿海地區(qū)普遍存在軟黏土，此種土質(zhì)具有強度低、可壓縮、滲透率高等特點。在地基工程中，為了使工程滿足設(shè)計沉降需求，提高結(jié)構(gòu)的承載能力，本文通過設(shè)計水泥攪拌樁加固施工參數(shù)、樁機對位、調(diào)平、攪拌鉆進與噴灰攪拌提升加固施工，完成了此次設(shè)計，并通過載荷試驗驗證了加固后的樁體，在最大荷載加至1200kN 時，樁體最大沉降量為68mm，完全可滿足驗收標(biāo)準(zhǔn)，滿足工程中對單樁承載力的要求，具有較好的加固效果。