軟土路基處理水泥攪拌樁設(shè)計(jì)試樁應(yīng)用研究

【摘要】東部沿海地區(qū)土地資源緊張，很多地區(qū)都在海邊采用吹填工藝增加土地面積。吹填區(qū)域的復(fù)雜地質(zhì)條件成為各類工程建設(shè)首要考慮的問題。軟土區(qū)域修筑道路，采用水泥攪拌樁處理軟土路基是一種比較常用的處理方法。在不同地質(zhì)條件下，根據(jù)設(shè)計(jì)階段確定的技術(shù)指標(biāo)來確定水泥攪拌樁水泥摻入量是一項(xiàng)關(guān)鍵性工作。文章研究了試樁過程中按照試樁施工方案的工藝流程確定施工工藝參數(shù)，以便為后續(xù)施工提供可靠的技術(shù)參數(shù)，有利于施工質(zhì)量的控制。

【關(guān)鍵詞】水泥攪拌樁；水泥摻入量；施工工藝參數(shù)

【中圖分類號(hào)】TU753 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2024）10-0123-03

0 引言

某港區(qū)產(chǎn)業(yè)城北洋區(qū)塊某8條道路項(xiàng)目，道路網(wǎng)總長度約11.29 km。場(chǎng)地原始地貌屬于濱海灘涂區(qū)，地形平坦開闊，后經(jīng)人工泥漿吹填，吹填厚度約3.0 m，吹填時(shí)間超7年，現(xiàn)地面標(biāo)高3.0～3.8 m，場(chǎng)地東側(cè)最低標(biāo)高約2.0 m，場(chǎng)地西側(cè)緊鄰北洋大道，區(qū)域分布人工素填土，鉆探揭露厚度1.7～3.4 m。參考周邊項(xiàng)目勘察結(jié)果，結(jié)合地基土層的成因、性質(zhì)及室內(nèi)土工試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試成果等，將勘察深度揭示的地基巖土劃分為3個(gè)工程地質(zhì)層組，細(xì)分為7個(gè)工程地質(zhì)亞層。

1 試樁方法

1.1 試樁目的

1）根據(jù)設(shè)計(jì)提供的參數(shù)用現(xiàn)場(chǎng)試樁的方法來確定水泥摻入量，確定樁身強(qiáng)度、承載力、穩(wěn)定性等是否滿足設(shè)計(jì)需要。通過現(xiàn)場(chǎng)試樁，研究雙軸雙向水泥攪拌樁的成樁工藝，如何保證不同深度的攪拌樁噴漿均勻并達(dá)到要求的均勻性和強(qiáng)度，研究水泥摻量、水泥漿噴漿量等一系列參數(shù)的控制方法，為以后的大面積施工提供施工工藝參數(shù)指導(dǎo)。

2）獲取施工工藝參數(shù)（提升、下鉆速度等）與確定具體的施工機(jī)具與配套設(shè)施（鉆頭形式、電機(jī)功率、漿泵壓力等）[1]。

1.2 試樁方案

水泥土攪拌樁試樁共32根，布置在某道路K0+020—K0+050附近區(qū)域軟土地帶，布置形式為梅花形，樁間距為1.2 m，攪拌樁直徑為0.6 m，設(shè)計(jì)樁長7 、8 m，施工工藝采用二攪二噴工藝。工程地下水具有侵蝕性，為選擇經(jīng)濟(jì)、可靠、合理的漿液配比，試樁按水泥+減水劑JU2，水泥摻比為12%、14%、15%、16%的試樁各8根。試樁參數(shù)統(tǒng)計(jì)見表1。

依據(jù)方案進(jìn)行32根水泥攪拌樁成樁工藝性試驗(yàn)。

1.2.1 鉆進(jìn)速度與提升速度

試樁施工中，嚴(yán)格控制機(jī)頭的鉆進(jìn)速度（1 m/min）及提升速度（0.8 m/min），并注意保證樁端的質(zhì)量（采用停留噴漿30 s的方法），用電子自動(dòng)記錄儀記錄樁身每米噴漿量。

1.2.2 配合比

根據(jù)設(shè)計(jì)要求及配合比室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，樁身膠凝劑采用水泥減水劑JU2。其中水泥采用P .O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水泥摻量為加固土濕質(zhì)量的12%、14%、15%、16%。按設(shè)計(jì)要求，水灰比采用0.45～0.55，再結(jié)合實(shí)際土質(zhì)的情況，實(shí)際水灰比采用0.5，見表2。

1.2.3 試樁控制

1）噴漿量的計(jì)算。設(shè)計(jì)每延米噴漿量為設(shè)計(jì)每延米水泥用量×（1+水灰比）/漿液密度?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際每延米噴漿量為流量計(jì)測(cè)得的流量×鉆進(jìn)或提升每延米所需時(shí)間。

2）噴漿壓力。在泵漿環(huán)節(jié)中，泵機(jī)記錄壓力值（壓力表讀數(shù)）為0.55～0.7 MPa。試樁完成28 d后，對(duì)其進(jìn)行取芯觀測(cè)、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測(cè)、靜載試驗(yàn)，從而確定所需配合比及各項(xiàng)參數(shù)。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)施工過程

水泥攪拌樁施工采用雙軸雙向攪拌樁機(jī)械，攪拌樁成樁采用二攪二噴工藝[2]。工藝流程為：樁機(jī)就位，預(yù)攪噴漿下沉到底就地持續(xù)噴漿攪拌30 s以上→噴漿攪拌提升至孔口持續(xù)噴漿攪拌30 s→停攪→移位。

1）鉆機(jī)就位。測(cè)量員提前放好樁位，在樁位上用石灰點(diǎn)標(biāo)識(shí)并打上竹樁，竹樁上標(biāo)記黑色樁號(hào)。鉆機(jī)鉆頭就位時(shí)樁位偏差不大于50 mm，且要注意樁機(jī)底盤的水平和導(dǎo)向架對(duì)水平面的垂直度，用水平尺來測(cè)定樁機(jī)的水平，用全站儀及吊線錘測(cè)定鉆機(jī)井架垂直，以確保成樁的位置和垂直度。每根樁施工前現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員進(jìn)行樁位對(duì)中及垂直度檢查。自檢合格報(bào)監(jiān)理檢查確認(rèn)，滿足要求后方可正式開鉆。

2）水泥漿制備。設(shè)備采用電腦智能控制制漿，施工前調(diào)整好水灰比。設(shè)備具有自動(dòng)計(jì)量稱重功能，能夠配制好高質(zhì)量的水泥漿。每盤灰漿拌制時(shí)間為4 min，然后灰漿經(jīng)過濾篩放入儲(chǔ)料斗中。水泥漿用擠壓式灰漿泵壓入膠管送到鉆桿內(nèi)，最后射入攪拌葉的出漿口。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查電腦控制制備的水泥漿具有流動(dòng)性好、不離析、便于泵送和噴攪的特點(diǎn)。漿液在儲(chǔ)料斗中不斷攪拌，直至送泵前[3]。

配合比主要從兩方面進(jìn)行控制：一是控制漿液的比重，施工現(xiàn)場(chǎng)配備比重計(jì)，檢查漿液的比重；二是自動(dòng)記錄儀自動(dòng)記錄打印每次投入攪拌池中的水泥用量及水用量，并與方案中的用量作對(duì)比。首盤料設(shè)定的水灰比為0.5，出現(xiàn)了堵管的現(xiàn)象。將水灰比調(diào)整為0.55，配制的水泥漿輸送沒有出現(xiàn)堵管問題。在拌料系統(tǒng)輸入水泥和水的重量后，設(shè)定攪拌時(shí)間為4 min，拌料系統(tǒng)自動(dòng)送入相應(yīng)質(zhì)量的水和水泥，之后開始攪拌，設(shè)定現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)水灰比為0.5時(shí)，灰漿比重1.78。水灰比為0.55時(shí)，灰漿比重1.75。

3）鉆進(jìn)與提升。鉆機(jī)就位后進(jìn)行低壓射水試驗(yàn)，檢查管路、噴嘴是否暢通，壓力是否正常。啟動(dòng)攪拌樁機(jī)電機(jī)后，控制機(jī)頭的鉆進(jìn)速度1 m/min，提升速度0.8 m/min，機(jī)頭的鉆進(jìn)和提升速度通過攪拌樁機(jī)電機(jī)的電流監(jiān)測(cè)控制。攪拌樁機(jī)第一次下沉到設(shè)計(jì)深度后，持續(xù)噴漿停留30 s。施工時(shí)停漿面高出樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高0.5 m。用電子自動(dòng)記錄儀來記錄樁身每米噴漿量。

4）噴漿量控制。首次選定水灰比0.5，泥漿比重1.78 g/cm3。7 m樁調(diào)節(jié)流量控制器流速為22.8 L/min。出現(xiàn)堵管現(xiàn)象。研究決定調(diào)整水灰比為0.55，實(shí)測(cè)泥漿比重1.75 g/cm3。根據(jù)不同樁長、不同摻量調(diào)節(jié)流量控制參數(shù)，見表3。

電腦小票的流量記錄可以反映實(shí)際樁身每米噴漿量和實(shí)際單樁噴漿量，并對(duì)比方案中每米噴漿量和單樁噴漿量，從而達(dá)到控制的目的。檢查記錄漿液每分鐘的泵送量（流量計(jì)讀數(shù)×1 min）及鉆進(jìn)提升速度，并使每分鐘的噴漿量與鉆進(jìn)提升速度相匹配。做好每根樁的施工記錄。對(duì)理論值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際值進(jìn)行對(duì)比分析，通過泥漿自動(dòng)制備系統(tǒng)、流速控制、噴漿總量控制、鉆進(jìn)速度等能夠保證水泥攪拌樁的施工質(zhì)量。

5）樁長與樁徑控制。通過在樁機(jī)的鉆架上畫上鉆進(jìn)刻度線，每0.5 m一道紅漆做好標(biāo)記，并根據(jù)小票的數(shù)據(jù)來控制樁長。通過對(duì)鉆頭檢查來保證樁徑，鉆頭磨損量不大于1 cm。

2 檢測(cè)情況

在成樁7 d后，淺層開挖樁頭，目測(cè)檢查攪拌均勻性、整體性及外觀質(zhì)量，并測(cè)量成樁直徑。開挖深度為停漿面0.5 m以下。輕型觸探，出觸探結(jié)論報(bào)告。28 d后鉆芯取樣并做靜載試驗(yàn)[4]。 現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取四根樁，成樁情況及試驗(yàn)結(jié)果見表4。

1）鉆芯法檢測(cè)結(jié)果。①樁號(hào)C682#（水泥摻量12%）結(jié)論：經(jīng)取芯該樁長為7 m，樁身均勻性差，芯樣膠結(jié)較差，呈柱狀、塊狀，局部松散，攪拌不均勻；②樁號(hào)C709#（水泥摻量12%）結(jié)論：經(jīng)取芯該樁長為8 m，樁身均勻性差，芯樣膠結(jié)較差，呈柱狀、塊狀，局部松散，攪拌不均勻；③樁號(hào)C713#（水泥摻量14%）結(jié)論：經(jīng)取芯該樁長為8m，樁身均勻性差，芯樣膠結(jié)一般，呈柱狀、塊狀，局部松散，攪拌不均勻；④樁號(hào)C733#（水泥摻量15%）結(jié)論：經(jīng)取芯該樁長為8 m，樁身均勻性良好，芯樣連續(xù)、完整，堅(jiān)硬，攪拌均勻，呈短柱狀、柱狀、長柱狀；⑤樁號(hào)C762#（水泥摻量16%）結(jié)論：經(jīng)取芯該樁長為8 m，樁身均勻性良好，芯樣連續(xù)、完整，堅(jiān)硬，攪拌均勻，呈短柱狀、柱狀、長柱狀；⑥所檢測(cè)C712#、C731#、C733#、C761#、C762#水泥攪拌樁樁身完整性、均勻性一般或良好，符合設(shè)計(jì)要求，所檢測(cè)C682#、C709#、C713#水泥攪拌樁身完整性、均性差，不符合設(shè)計(jì)要求。

2）復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)。通過對(duì)8點(diǎn)復(fù)合地基試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行載荷試驗(yàn)結(jié)果：①C682#（水泥摻量12%、7 m）試驗(yàn)點(diǎn)極限承載力為160 kPa，對(duì)應(yīng)的沉降量為41.62 mm，承載力的特征值為80 kPa ；②C685#（水泥摻量14%、7 m）試驗(yàn)點(diǎn)極限承載力為160 kPa，對(duì)應(yīng)的沉降量為10.53 mm，承載力的特征值為80 kPa；③C757#（水泥摻量15%、7 m）試驗(yàn)點(diǎn)極限承載力為160 kPa，對(duì)應(yīng)的沉降量為8.45 mm，承載力的特征值為80 kPa；④C760#（水泥摻量16%、7 m）試驗(yàn)點(diǎn)極限承載力為160 kPa，對(duì)應(yīng)的沉降量為4.58 mm，承載力的特征值為80 kPa；⑤C710#（水泥摻量12%、8 m）試驗(yàn)點(diǎn)極限承載力為170 kPa，對(duì)應(yīng)的沉降量為43.62 mm，承載力的特征值為85 kPa；⑥C714#（水泥摻量14%、8 m）試驗(yàn)點(diǎn)極限承載力為170 kPa，對(duì)應(yīng)的沉降量為13.13 mm，承載力的特征值為85 kPa；⑦C759#（水泥摻量15%、8 m）試驗(yàn)點(diǎn)極限承載力為170 kPa，對(duì)應(yīng)的沉降量為5.66 mm，承載力的特征值為85 kPa；⑧C737#（水泥摻量16%、8 m）試驗(yàn)點(diǎn)極限承載力為170 kPa，對(duì)應(yīng)的沉降量為3.52 mm，承載力的特征值為85 kPa；⑨設(shè)計(jì)要求為7 m樁長，復(fù)合地基承載力80 kPa；8 m樁長，復(fù)合地基承載力85 kPa。根據(jù)研究結(jié)果復(fù)合地基承載力均滿足設(shè)計(jì)要求。

3 改進(jìn)方向

1）成樁過程控制。為保證水泥攪拌樁的施工質(zhì)量，在保證施工用水泥質(zhì)量符合要求的前提下，決定水泥攪拌樁質(zhì)量的關(guān)鍵是注漿量和攪拌均勻程度。應(yīng)加強(qiáng)每根樁水灰比、噴漿總量及攪拌深度的控制，現(xiàn)場(chǎng)采用轉(zhuǎn)速調(diào)整裝置調(diào)節(jié)噴漿流速以及自動(dòng)記錄儀記錄噴漿總量，控制好攪拌下沉和提升速度，施工過程嚴(yán)格按此要求控制[5]。

2）施工作業(yè)人員管理。加強(qiáng)對(duì)班組作業(yè)人員的施工技術(shù)交底。要求班組長起到領(lǐng)頭的作用，協(xié)調(diào)好制漿和鉆進(jìn)人員的配合工作。安排設(shè)備廠家人員現(xiàn)場(chǎng)講解自動(dòng)制漿系統(tǒng)的操作，明確系統(tǒng)的技術(shù)性能。

3）工后收尾工作。每天停樁后向集料斗中注入適量的清水，開啟灰漿泵，清洗全部管路中殘余的水泥漿。并將黏附在攪拌頭上的軟土清除干凈。

4）施工過程控制。及時(shí)跟進(jìn)監(jiān)控與維護(hù)送漿管、噴漿頭，控制漿液比重和水灰比，攪拌時(shí)間按要求不少于4 min。儲(chǔ)料斗中保證儲(chǔ)備足夠的余料，讓每根樁連續(xù)、均衡、足量地噴漿。

4 結(jié)語

軟土地區(qū)軟基處理采用水泥攪拌樁工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)試樁，主要目的是確定關(guān)鍵性的設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)和施工過程中的工藝參數(shù)。設(shè)計(jì)過程中，提出樁的技術(shù)指標(biāo)。施工作業(yè)單位依據(jù)設(shè)計(jì)提供的技術(shù)指標(biāo)編制試樁施工方案，以施工方案指導(dǎo)施工作業(yè)班組組織施工，在施工過程中，調(diào)整和控制工藝參數(shù)，詳細(xì)記錄施工過程中形成的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。最后由檢測(cè)單位進(jìn)行輕型觸探、鉆芯取樣、單樁承載力檢測(cè)和復(fù)合地基承載力檢測(cè)，出具相應(yīng)的檢測(cè)報(bào)告，以檢測(cè)報(bào)告的檢測(cè)結(jié)果確定具體設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)。試樁過程中形成的施工工藝數(shù)據(jù)也為后續(xù)水泥攪拌樁大面積施工提供技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)上的支持。

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[作者簡介]朱龍勝（1988—），男，江蘇鹽城人，本科，工程師，研究方向：道路與橋梁工程總承包項(xiàng)目管理。