水泥攪拌樁在軟土地基施工中的檢測與分析

馬東旭

(河北省唐山市交通局公路工程處)

1 工程簡介

某路基經(jīng)過某路段軟土層,沿線地層主要為沖積沉積、海相沉積的粉細(xì)砂、淤泥質(zhì)土,其厚度 13～17m,地下水豐富,地下水位深 2m左右,水質(zhì)咸,飲用水及工程用水為地表下 450m左右深層的地下水,經(jīng)過比較決定采用水泥攪拌樁來加固路基,深層攪拌樁的原理就是采用水泥作為固化劑,通過特制的攪拌機(jī)械就地將水泥漿和土體強制拌和,使水泥與原土體固結(jié),形成水泥土樁,具有施工周期短、造價低、無振動、無噪音、對環(huán)境無污染等優(yōu)點,從而提高了地基的承載能力,減少了地基沉降量和不均勻沉降,提高了土體的抗剪強度。

2 深層水泥攪拌樁的設(shè)計

根據(jù)工作區(qū)內(nèi)軟弱土層的結(jié)構(gòu)特點,軟土地基設(shè)計為砂墊層 +土工格柵 +深層水泥攪拌樁形成復(fù)合地基,為了達(dá)到加固后地基應(yīng)有的承載力,特根據(jù)加固前地基的承載力情況、土的壓縮模量等資料確定樁長、樁徑、樁間距等參數(shù)。

(1)樁長的確定。樁長主要取決于需加固土層的厚度,設(shè)計樁長 15～19m不等。

(2)樁徑的確定。根據(jù)實際土質(zhì)情況,確定樁徑為50cm。

(3)樁的布置。采用等邊三角形布置,邊長為 1.5m,處理深度根據(jù)地質(zhì)情況而定。

3 施工技術(shù)方案

在深層水泥土攪拌樁施工前,在施工現(xiàn)場選取一處進(jìn)行工藝性試樁,以不同水泥摻入量進(jìn)行攪拌施工成樁,通過成樁后的強度變化,確定水泥土攪拌樁的最佳水泥摻入量、水灰比及土體固結(jié)達(dá)到設(shè)計要求時與之相匹配的攪拌機(jī)提升速度、旋轉(zhuǎn)噴漿速度等參數(shù),以便指導(dǎo)正式樁的施工,本次試樁的攪拌機(jī)采用的是PH-5D加強型鉆機(jī)步履系統(tǒng),將鉆機(jī)移至設(shè)計樁位并利用水平尺及鉛錘線將鉆機(jī)調(diào)平調(diào)直,使鉆頭與設(shè)計樁位重合,攪拌樁做好之后,通過鉆探取芯檢驗樁身是否攪拌均勻,是否存在夾泥、斷樁等缺陷,通過對水泥土鉆孔取芯,進(jìn)行無側(cè)限抗壓力學(xué)試驗,分析評定樁身水泥土強度是否滿足設(shè)計要求,評價樁端是否進(jìn)入設(shè)計所要求的持力層。

正式樁的施工程序包括場地清理平整—測量放線—鉆機(jī)就位—制備、運輸水泥漿—鉆進(jìn)、噴漿至設(shè)計深度—反轉(zhuǎn)、提升攪拌—重復(fù)噴漿鉆進(jìn)攪拌—重復(fù)攪拌提升—成樁、洗管—填寫施工記錄—質(zhì)量檢測等,水泥樁成形過程中要嚴(yán)格控制以下幾點:

(1)嚴(yán)格控制樁長、樁徑、樁間距;

(2)嚴(yán)格控制樁的垂直度,防止樁身傾斜和錯位,孔位誤差小于 50mm;

(3)一根樁成樁以后要及時清洗漿液輸送管及攪拌鉆桿,將管內(nèi)水泥漿清洗干凈以備再用;

(4)水灰比的配制嚴(yán)格按照 0.5,水泥土的摻入比控制為16%;

(5)鉆機(jī)就位前進(jìn)行施工放線,確保施工軸線偏差小于2cm,鉆機(jī)就位時確保鉆頭與軸線的偏差小于 3cm。根據(jù)檢測記錄儀的顯示實時控制樁深,確保樁底高程達(dá)到設(shè)計深度,其誤差小于 10cm,依據(jù)水平尺及鉆塔鉛錘線保證鉆機(jī)水平,控制鉆機(jī)傾斜度小于 1°。

4 質(zhì)量檢測

成樁之后,采用地基靜載試驗來驗證地基的承載能力,根據(jù)設(shè)計要求,攪拌樁復(fù)合地基承載力需滿足 180kPa、單樁承載力特征值滿足 200kN以上,靜荷載試驗采用堆載反力方式,砂包堆重,反力施加由千斤頂施力,千斤頂?shù)膲毫τ删軌毫Ρ砜刂?攪拌樁的沉降由百分表、位移傳感器及自動記錄儀組成的攪拌樁自動化系統(tǒng)進(jìn)行位移數(shù)據(jù)采集、處理。攪拌樁靜荷載試驗在成樁結(jié)束 28d后進(jìn)行,試驗采用慢速維持荷載法,其中樁 1、2、3為單樁靜載荷試驗見圖 1～圖 3,最大加荷分別為 650kN、600kN、550kN,樁頂最大沉降量均小于 5.0mm,曲線表明其樁頂沉降量基本呈線性等量增加,無明顯陡降拐點出現(xiàn),卸載后,三根樁的平均回彈率為67.7%,殘余變形很小,取三根單樁承載力的平均值作為樁的特征值,即攪拌樁單樁承載力特征值不小于 300kN。

樁 4、5、6為復(fù)合地基載荷試驗,見圖 4～圖 6,復(fù)合地基承壓板面積為 1.21m2。最大加荷均為500kPa,載荷板最大沉降量分別為 11.58mm、5.64mm、2.82mm,遠(yuǎn)低于復(fù)合地基極限承載力按 s/b=0.05(55mm)取值所對應(yīng)的沉降。Q-S曲線表明其沉降量基本呈線性等量增加,曲線呈緩變形,無明顯拐點出現(xiàn),卸載后,三個點的復(fù)合地基平均回彈率為 65.7%,殘余變形較小,結(jié)論是復(fù)合地基的極限承載力均大于 500kPa,承載力特征值均大于 250kPa。

圖 1 單樁 1的 Q-S曲線

圖 2 單樁 2的Q-S曲線

圖 3 單樁 3的Q-S曲線

圖 4 復(fù)合樁 4的Q-S曲線

5 結(jié)束語

本次試樁的結(jié)果說明,深層攪拌樁對軟土地基的處理是成功的,經(jīng)過處理后的復(fù)合地基能夠滿足鐵路地基的承載力要求,攪拌樁的施工優(yōu)點能夠在軟土地基中得到充分體現(xiàn)。

圖 5 復(fù)合樁 5的 Q-S曲線

圖 6 復(fù)合樁 6的 Q-S曲線

(1)深層攪拌樁的項目主要包括水泥土攪拌均勻性檢測、樁體完整性檢測、單樁豎向承載力和復(fù)合地基承載力檢測,建議在成樁后 28d進(jìn)行,以保證水泥土的正常齡期。

(2)采用深層攪拌法加固軟土地基可以取得顯著加固效果,為了提高加固效果和施工工效,應(yīng)采用復(fù)攪工藝,攪拌間距宜取 1.5m左右,按等邊三角形布置,水灰比 0.5,攪拌次數(shù)取兩攪兩噴,提升速度控制在0.6m/min。

(3)深層攪拌法處理軟土地基,可有效的提高地基承載力、改善地基的均勻性、減小工后的沉降和消除不均勻沉降,而且可以有效降低工程造價、減少施工難度等,因此具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和較廣的應(yīng)用前景。

[1]鄧永鋒,洪振舜,劉松玉,等.攪拌樁復(fù)合地基平面模擬的簡化方法探討[J].巖土力學(xué),2005.

[2]葉書麟,葉觀寶.地基處理[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1997.

[3]軟土地基處理技術(shù)規(guī)程[M].中國電力出版社,2005.