深層水泥攪拌樁在鐵路軟土地基加固中的應用

尹麗君

深層水泥攪拌樁在鐵路軟土地基加固中的應用

尹麗君

福建鐵四院勘察設計研究院有限公司

結合江陰鐵路支線軟土地基中深層攪拌樁和鉆孔樁施工的施工實例，介紹了深層攪拌樁的施工原理、施工工藝及質量控制，使橋墩的總體加固效果達到了設計要求。

水泥攪拌樁 地基加固 軟土地基

江陰鐵路支線位于福清市漁溪鎮東南方，興化灣北岸。線路從福廈線上的漁溪站引出，穿過江陰西港特大橋，進入江陰島后即沿西港一側向南下行至江陰經濟開發區規劃的西港海堤內側，并與海堤平行，延至江陰港區后方1.5公里處設江陰站，線路總長約20公里。鳳尾大橋DK5+475.06橋臺附近，處于海邊的海產品養殖區，淤泥深度達到18m左右。如何提高軟土地基的承載力，并保證加固的效果，以滿足承臺所需的地基承載力，成為必須解決的問題。

1 基礎加固方法選擇

深層水泥攪拌樁地基處理是軟土地基處理的一項新技術，特別適用于處理包括正常固結的淤泥與淤泥質土、粉土、飽和黃土、素填土、粘性土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基[1]。深層水泥攪拌樁與其他施工方法相比較，具有施工工期短、無公害、成本低等特點。這種施工方法在施工過程中無振動、無噪音、無地面隆起、不排污、不污染環境，對相鄰建筑物不產生有害影響，具有較好的綜合經濟效益和社會效益[2]。本工程中綜合考慮各種因素，橋臺錐體及橋墩的加固范圍內地基采用直徑50cm深層攪拌樁加固，間距1.1m，樁長18m，技術標準同路基專業地基處理的施工標準，如圖1所示。

2 加固工藝流程

深層水泥攪拌樁地基處理是軟土地基處理的一項新技術，特別適用于處理包括正常固結的淤泥與淤泥質土、粉土、飽和黃土、素填土、粘性土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基。深層攪拌法是利用水泥、石灰等材料作為固化劑，通過特制的深層攪拌機械，在地基深處就地將軟土和固化劑（漿液或粉體）強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理化學反應，如水泥的水解和水化反應（形成水泥石骨架），離子交換和團粒化作用、硬凝反應、碳酸化反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的水泥加固土，從而提高地基強度和增大變形模量，減小地基沉降，使其成為優質地基[3]。

2.1 水泥攪拌樁施工工藝流程

2.1.1施工機械。深層攪拌樁機用濕法施工的水泥樁機，由深層攪拌機、機架及配套機器等組成。

2.1.2設備定位。根據測量放樣，平整場地按設計圖的孔位現場測出鉆孔。孔位對中，要求孔位偏差不大于5cm，水泥攪拌樁垂直偏差小于0.5%。將攪拌機移到樁位調平機位、對中，并從兩個互為90°的方向調整鉆塔，保證其垂直度。

2.1.3拌制固化劑漿液。深層攪拌機攪拌下沉的同時，后臺開始根據摻入比及水灰比等拌制固化劑漿液，水泥漿經充分攪拌均勻待壓漿前將漿液倒入集料斗中。

2.1.4預拌下沉。將深層攪拌機用鋼絲繩吊掛在塔架或起重機上，用輸漿膠管將儲料出罐砂漿泵同深層攪拌機接通。待深層攪拌機的冷卻水循環正常后，啟動攪拌機電機，放松起重機鋼絲繩，使攪拌機借設備自重沿導向架攪拌切土下沉，下沉速度1.0～1.2m/min。下沉過程中，工作電流不大于額定值，隨時觀察設備運行及地層變化情況，鉆頭下沉至設計深度。

2.1.5噴漿攪拌提升。深層攪拌機下沉到達設計深度后，開啟灰漿泵，將水泥漿從攪拌機中心管不斷壓入地基中，邊噴漿邊攪拌，直至提出地面完成一次攪拌過程。嚴格控制攪拌機提升速度，以不大于0.6 m/min的均勻攪拌速度提升。

2.1.6重復上、下攪拌：按設計要求對16%水泥土重量比的水泥攪拌樁應采用二次攪和、二次噴漿的施工工藝，因此第一次噴漿攪拌水泥土的重量比為6%，第二次噴漿攪拌水泥土的重量比為10%。第一次深層攪拌機提升至設計加固深度的頂面標高時，集料斗中的水泥漿應正好排空。此時，再次將攪拌頭葉片邊旋轉邊沉入土中至設計加固深度后，再將攪拌機邊噴漿邊提升，形成第二次噴漿施工。當深層攪拌機提升出地面，即完成一根柱狀加固體。

2.1.7清洗：成樁結束后，向集料斗中注入適量的清水，開啟灰漿泵，清洗全部管路中殘留的水泥漿，直至干凈，并將粘附在攪拌頭的軟土清洗干凈。

2.1.8移位：重復上述程序，進行下一根樁的施工。

2.2 施工質量控制

2.2.1樁位要滿足圖紙要求，攪拌桿的垂直偏差不得超過1%，樁機與樁位的對中誤差不得大于2cm，成樁后的樁位偏差不得大于8cm。

2.2.2使用的水泥應是新鮮、無結塊、符合國家標準的32.5R普通硅酸鹽水泥，并經檢驗合格后方可使用。水泥漿液應嚴格按照設計配比拌制，制備好的漿液不得離析。

2.2.3施工時宜用流量泵控制輸漿速度，使注漿泵出口壓力保持在0.5 MPa，攪拌提升速度與輸漿泵同步。泵送漿液必須連續,拌制漿液的罐數、水泥的用量以及泵送漿液的時間等應有專人記錄。

2.2.4樁澆筑后7天之內不得開挖基坑，并禁止使用機械挖掘，樁頭要小心整理，不得用重錘敲擊，樁頭應整平，并高出基底標高2～3cm。

2.2.5攪拌樁噴漿提升的速度和次數必須符合施工工藝要求，專人記錄攪拌機每米下沉和提升的時間、深度以及施工中出現的問題和處理情況。

3 加固效果

施工單位嚴格按照上述施工技術參數及施工方法，順利完成了水泥攪拌樁施工。為檢驗水泥攪拌樁的加固效果，對攪拌樁抽樣進行低應變動力檢測樁身完整性、單樁豎向抗壓承載力及單樁復合地基承載力靜載試驗。按照國標《建筑地基基礎設計規范》(GB 50007-2002)的附錄Q、《建筑基樁檢測技術規范》(JGJ 106-2003)及《建筑地基處理技術規范》(JGJ 79-2002)中有關規定進行質量檢測，結果如下：

3.1 樁身均勻性檢測

本工程采用發射波法，屬低應變動力檢測樁身完整性。本項目檢查30根，樁體基本均勻，Ⅰ類樁21根，Ⅱ類樁9根，無Ⅲ類和Ⅳ類樁。

3.2 單樁復合地基承載力檢測

復合地基載荷試驗13組水泥土深層攪拌樁，均最大加荷至300 kPa，根據各點測量的累計沉降和殘余沉降計算，可以得到平均值150 kPa作為該場地的復合地基承載力特征值。單樁豎向抗壓靜載試驗7組水泥土深層攪拌樁，均最大加荷至270 kN，逐級加荷，通過測量記錄的計算，取定單樁豎向抗壓極限承載力統計值的1/2即135 kN為單樁豎向抗壓承載力特征值。

3.3 通過樁間土標準貫入試驗及土工試驗

根據室內土工試驗結果，確定經過地基處理后各樁間土層的物理力學性能較處理前明顯改善，樁間各土層的標準貫入試驗擊數較處理前有較大提高。

在鳳尾大橋12#墩處計算得到，采用32m的柱樁，主力加附加力作用[P]=5253kN，P=4285kN；線剛度K為325，大于200，滿足規范要求。施工的時候應先進行深層攪拌樁施工，再進行樁基施工。

4 結論

通過采用深層攪拌樁對軟土地基橋臺范圍內的加固處理，為橋梁樁基的施工創造了安全的外部條件，防止了施工中土體出現裂縫和較大的變形。通過具體的橋墩樁長和線剛度的計算控制安全系數，保證橋墩在軟土地基中的安全問題，使橋墩的總體加固效果達到了設計要求。

[1] JGJ79-91,建筑地基處理技術規范[S].

[2] 陳文學,張峰.深層水泥攪拌樁在軟土地基處理中的應用[J].勘察,測繪與測試技術,2008,(3):163-164.

[3] 江玉山.深層水泥攪拌樁在擋墻軟基處理中的應用[J].水利科技.2009,(3):32-35.