水泥攪拌樁在軟土地基中的設計與施工

歐陽志峰

1 工程概況

1.1 工程簡介

廣州動車組檢修基地工程位于廣州市番禺區,擬修建一、二級檢修庫、三級檢修庫、四、五級檢修庫、不落輪鏇庫等。庫房區原地貌大部分是水塘、水溝,屬于珠江三角洲海陸交互相沉積平原地貌單元,地形平坦,庫房內軟土地基必須進行加固處理,選用深層水泥攪拌樁加固處理方案。

1.2 工程地質條件

①淤泥,灰黑色,流塑(表層有0.5 m左右為種植土),厚度3.9 m～14 m,地基承載力特征值 fak=60 kPa;②粉質黏土(局部有此層土),灰黑色、黃褐色、軟塑,厚度0 m～4.5 m,地基承載力特征值 fak=120 kPa;③粉質黏土,淺黃色、硬塑,厚度0 m～5.5m,地基承載力特征值 fak=150 kPa;④粉細砂(局部有此層),厚度0 m～5.6 m,地基承載力特征值 fak=100 kPa;④1泥質粉砂巖,淺紅色,全風化,厚度0 m～9.3 m,地基承載力特征值 fak=300 kPa;④2泥質粉砂巖,淺紅色,強風化,厚度 12 m～24 m,地基承載力特征值 fak=300 kPa;④3泥質粉砂巖,淺紅色,弱風化,厚度6 m～8.3 m,地基承載力特征值 fak=500 kPa。

2 方案設計

2.1 設計參數

1)水泥摻入比大于12%;2)室內配合比設計:7 d無側限抗壓強度:qu≥0.8 MPa,28 d無側限抗壓強度:qu≥1.6 MPa,90 d無側限抗壓強度:qu≥2.4 MPa;3)現場質量檢測:28 d取芯強度:R28≥0.8 MPa,90 d取芯強度:R90≥1.2 MPa,單樁豎向力特征值Ra＞100 kPa,軌道基礎下其復合地基承載力特征值 fspk＞150 kPa,地面下其復合地基承載力特征值 fspk＞80 kPa。

2.2 單樁豎向承載力標準值的設計

攪拌樁單樁豎向承載力標準值取決于樁身強度和地基土情況,一般應通過現場單樁荷載試驗確定。無試驗資料時,根據JGJ 79-91建筑地基處理技術規范,單樁豎向承載力標準值可按下列兩式計算,取其中較小值:

其中,Rdk為單樁豎向承載力標準值;η為強度折減系數,取η=0.5;qa為樁周土的平均摩擦力,根據該工程地質勘察資料及其他相關資料,填砂土取7 kPa,淤泥土取8 kPa,粉質黏土取14 kPa;Ap為樁的截面面積,本工程采用直徑為50 cm的樁,Ap=0.196 3 m2;Up為樁身周長,本工程為0.5π=1.571 m;l為樁長;α為樁端天然地基土的承載力折減系數,取α=0.5;qp為樁端天然地基土的承載力標準值,根據其地質勘察資料,持力層粉質黏土 qp=190 kPa;fcu,k根據其相關實踐試驗資料,取 fcu,k=1.5 MPa。

2.3 水泥攪拌樁復合地基承載力標準值設計

根據JGJ 79-91建筑地基處理技術規范,攪拌樁的承載力按下式計算:

其中,fap,k為復合地基承載力設計標準值;m為面積置換率,根據樁的間距和布設情況,計算取值約為20%;β為樁間土承載力折減系數,取β=0.7;fa,k為樁間天然地基土平均承載力標準值,根據該工程勘察地質資料及其他相關資料,填砂土取70 kPa,淤泥取50 kPa,粉質黏土取190 kPa。

3 施工工藝

3.1 施工步驟

1)測量放線。a.根據總平面圖所標示的曲線參數,用全站儀測量定位一、二級檢修庫控制線。b.根據控制線做護樁,根據報驗的樁位圖放出樁位,并打入竹簽。c.測量人員必須持證上崗,測量儀器要滿足精度要求,并有鑒定標簽。測量實行換手復測,技術負責人審核,并上報監理階段測量成果[1]。2)施工工藝。原地面清表處理→測量放樣→鉆機就位→送風,啟動自動記錄儀→鉆進至設計深度→噴粉、攪拌、提升鉆頭→提升至原地面→鉆進、噴粉至1/3樁長處停止噴粉、攪拌至設計深度→提升并攪拌至樁頂→鉆機移位,進行下一根樁施工。3)樁機就位[2]。使攪拌機到達指定樁位對中,并保持樁機底座水平。以樁機兩側的兩個線錘校正機架垂直度,控制垂直度偏差不超過1%。4)鉆進及送粉。啟動鉆機,鉆頭正轉,待攪拌鉆頭接近地面,啟動自動記錄儀,空壓機送氣,鉆至設計深度,關閉送氣閥門,打開送料閥門,噴送加固粉料。判別鉆機是否進入持力層的方法:由鉆機鉆到最深處時的下鉆速度和電流表的讀數來判定,下鉆速度0.5 m/min,電流值是額定電流值的125%以上。5)攪拌噴粉。繼續噴粉、鉆頭反轉攪拌提升至樁頂,在鉆進、復攪、復噴至1/3樁長處,停止噴粉,鉆至設計深度,再提升、攪拌至原地面。6)進行下一根樁的施工。

3.2 施工設備

設備選用PH-5型深層攪拌樁機,主機有2個液壓底盤和4個液壓支腿,可通過鉛垂線和水平尺檢查調整4個液壓支腿來保證攪拌樁機的垂直度。成樁直徑:標準500 mm,最大600 mm;生產能力:每臺班完成加固體40 m3～50 m3,最大加固深度18 m。

3.3 施工控制

項目經理部指派專人負責水泥攪拌樁的施工,全過程旁站水泥攪拌樁的施工過程。所有施工機械均應編號,應將現場技術員、鉆機長、現場負責人、水泥攪拌樁樁長、樁距等制成標牌懸掛于鉆機明顯處,確保人員到位,責任到人[3]。水泥攪拌樁開鉆之前,應用水清洗整個管道并檢驗管道中有無堵塞現象,待水排盡后方可下鉆。水泥攪拌配合比:水灰比0.45～0.50、水泥摻量 12%、高效減水劑0.5%。采用二噴四攪工藝,施工時應嚴格控制噴漿時間和停漿時間。每根樁開鉆后應連續作業,不得中斷噴漿。嚴禁在尚未噴漿的情況下進行鉆桿提升作業。

4 質量檢測

水泥攪拌樁成樁7 d可采用輕便觸探法進行樁身質量檢驗。

1)檢驗攪拌均勻性:用輕便觸探器中附帶的勺鉆,在攪拌樁身中心鉆孔,取出樁芯,觀察其顏色是否一致,是否存在水泥漿富集的“結核”或未被攪勻的土團。2)觸探試驗:根據現有的輕便觸探擊數(N10)與水泥土強度對比關系來看,當樁身1 d齡期的擊數 N10＞15擊時,樁身強度已能滿足設計要求;或者7 d齡期的擊數N10＞30擊時,樁身強度也能達到設計要求。輕便觸探的深度一般不超過4 m。水泥攪拌樁成樁28 d后,用鉆孔取芯的方法檢查其完整性、樁土攪拌均勻程度及樁的施工長度。

5 結語

水泥深層攪拌樁加固處理軟土地基效果顯著,經處理后地基固結了軟土,增大了粘聚力,復合地基的強度得到了提高,可以取得較好的經濟效益。

[1]張 震,張春會,林同祺.水泥攪拌樁在軟土地基中的應用[J].勘察科學技術,2006(5):40-42.

[2]孔繁林,劉向杰.軟基處理水泥深層攪拌樁施工控制探討[J].科技信息,2007(1):223.

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[4]連忠燦.深層水泥攪拌樁在福州市港頭泵站地基處理中的應用[J].引進與咨詢,2006(9):49-52.

[5]龔龍剛,朱曉龍.水泥攪拌樁處理地基現場試驗研究[J].山西建筑,2008,34(3):126-127.