簡介水泥攪拌樁在軟基加固中的作用

摘要：本文結合筆者的多年經驗的土地基的處理，介紹了水泥攪拌樁在軟基加固中的設計、施工和檢測。而且其結果充分說明該軟基加固技術的合理性和有效性。

關鍵詞：軟基加固；市政道路；質量控制

1軟基處理設計

1.1攪拌樁設計

水泥攪拌樁設計樁徑為550mm，在機動車道下攪拌樁中心間距為

1.2m，人行道下中心間距為1.5m，樁長根據不同路段不同的地質情況而定，進入持力層不小于lm，一般為5～l0m，按三角形梅花樁布置;樁身采用425號普通硅酸鹽水泥，按攪拌噴樁量65kg/ m進行，設計要求水泥攪拌樁地基承載力不小于100kPa，樁體水泥土28天齡期的無側限抗壓強度≥1.3MPa，交工面復合地基承載力特征值≥100kPa。

1.2攪拌樁作用機理

水泥攪拌樁處理軟土地基，即以水泥漿作為固化劑，利用深層攪拌機械將水泥與原位軟土進行強制攪拌、壓縮，并吸收周圍水分，經過一系列物理化學作用生成一種特殊的具有較高強度、較好變形特征和水穩性的混合柱狀體，它對提高軟土地基承載能力、減少地基的沉降量及保證橋頭高填土路基穩定性具有明顯的效果。水泥攪拌樁就其自身性質來說是一種介于鋼性樁與柔性樁之間的一種樁型，其剛度、抗壓強度和抗側壓力作用均小于剛性樁而大于柔性樁。由于水泥攪拌樁樁身強度較剛性樁低，在垂直荷載作用下有一定的壓縮變形，在樁身壓縮變形的同時，其周圍的軟土也分擔一部分荷載，形成了柔性復合地基。水泥攪拌樁復合地基的承載力標準值可按下式計算:

式中:fspk一復合地基承載力特征值(kPa);

m一面積置換率;

R2:一單樁豎向承載力特征值（kN) ;

AP一樁的截面積((m2) ;

一樁間土承載力折減系數:

當樁端土未經修正的承載力特征值大于樁周土的承載力特征值的平均值時，可取0.1一0.4，差值大時取低值;

當樁端土未經修正的承載力特征值小于或等于樁周土的承載力特征值的平均值時，可取0.5一0.9，差值大時或設置褥墊層時均取高值;

fsk一樁間土承載力特征值(kPa)。

可見，地質資料確定時，水泥攪拌樁復合地基的承載力標準值跟水泥攪拌樁單樁豎向承載力及面積置換率有關。當樁身強度及面積置換率一定時，復合地基承載力由單樁豎向承載力確定，單樁豎向承載力越大，復合地基的承載力就越高;當樁身強度及樁長一定時，復合地基承載力由面積置換率確定，面積置換率越高，符合地基承載力越高。

2施工工藝及施工注意事項

2.1水泥攪拌樁的施工順序

1)水泥攪拌樁施工前準備好下列施工技術資料:施工場地的工程地質報告，土工試驗報告，室內配合比試驗報告，攪拌樁設計樁位圖，原地面高程數據表，加固深度與停漿面高程以及測量資料等。

2)平整場地，清除障礙。對遇有明洪、池塘及洼地時應抽水清淤，回填粘性土料并予以壓實，使施工場地滿足機械行走要求，并采取防止機械失穩的措施。

3)施工機具準備，進行機械組裝和試運轉。

4)攪拌樁的施工工藝根據設計要求的配比和實測的各項施工參數通過試樁來確定。本工程試樁5根，通過試樁來確定鉆進速度、提升速度、攪拌速度、噴漿壓力、單位時間噴漿量等。

5)攪拌樁所用的水泥(425#普通硅酸鹽水泥)自購，符合設計要求，并有產品合格證，都必須經檢驗合格后方能使用。

2.2水泥攪拌樁施工工藝流程

施工工藝流程:樁位放樣→鉆機就位→檢驗樁機整平機體→預攪下沉→制備水泥漿→噴漿攪拌提升→重復攪拌下沉和提升(停漿面為高于設計樁頂標高50cm)→成樁結束→清洗→移位進行下一根樁循環施工。

1)鉆機就位:根據設計施工放樣，吊車懸吊深層攪拌樁機到達指定樁位，使鉆頭中心對準設計樁位，并保持樁機機軸垂直，以防打斜樁，影響樁基承載力。

2)預攪下沉:啟動電機，放松起重機鋼絲繩，使攪拌機沿導向架邊攪拌、邊切土下沉，下沉速度可由電機的電流監測表控制，工作電流不應大于70A。

3)制備水泥漿:待深層攪拌機下沉到一定深度時，開始按設計確定的配合比拌制水泥漿。

4)噴漿攪拌提升:深層攪拌樁機下沉到設計深度后，開啟灰漿泵將水泥漿壓入地基中，并且邊噴漿、邊旋轉攪拌鉆頭，同時嚴格按照試樁確定的參數控制噴漿量和攪拌提升速度提升攪拌樁機。

5)重復攪拌下沉和提升:為使軟土和水泥漿攪拌均勻，可再次將攪拌機邊旋轉邊沉入土中，再重復噴漿攪拌提升，最終停漿面為高于設計樁頂標高50cm，成樁結束。在設計樁頂預加50cm樁長作為破除樁頭用。本工程采用二噴四攪的施工工藝。

2.3施工注意事項

為了確保施工質量，在工程施工過程中，應重點注意以下事項:

1)嚴格控制鉆機下鉆深度及停漿面，確保攪拌樁長度。嚴格按照試樁確定的參數控制噴漿量，嚴禁沒有自動計量裝置的攪拌樁機投入使用，并嚴禁采用由施工單位自制的記錄儀。同時，注意定時檢查攪拌樁的成樁直徑及攪拌均勻程度。對使用的鉆頭定期復核檢查，如因磨損使葉片直徑小于設計樁徑時應更換葉片。

2)為保證攪拌機的垂直度，應檢查起吊設備的平整度和導向架對地面的垂直度，每工作班檢查不少于2次，使垂直度偏差不超過1%。施工中采用吊錘觀測鉆桿的垂直度，如發現偏差過大，必須及時調整。

3)嚴格攪拌機操作規程。噴漿提升的速度和次數必須符合預定的施工工藝要求，對每一延米的施工情況均應如實及時記錄，不得事后回憶補記。施工中要隨時檢查自動計量裝置的制樁記錄，對每根樁的水泥用量、成樁過程(下沉、噴漿提升和復攪等時間)進行詳細檢查，以便控制樁的質量。

4)由于攪拌機械通常采用定量泵輸送水泥漿，轉速多大又是恒定的，因此灌入地基中的水泥量完全取決于攪拌機的提升速度和復攪次數，施工過程中不能隨意變更，應保證水泥漿能定量不間斷供應，凡成樁過程中，因故障短時間停漿，如由于電壓過低等造成停機使成樁工藝中斷時，應將攪拌機下沉至停漿點以下0.5m，等恢復供漿時再噴漿提升繼續制樁;凡中途停止輸漿3h以上者，將會使水泥漿在整個輸漿管路中凝固，因此必須排清全部水泥漿，清洗管路后，方可進行施工。

3影響攪拌樁質量問題及質量控制的探討

為了確保攪拌樁樁身的質量，施工過程中還應對影響攪拌質量的以下幾個問題加以分析，并做好過程控制，保證施工質量:

1)針對地基土不同性質的特點，做好質量控制

攪拌樁質量的優劣主要反映在攪拌樁的強度指標上，這不僅與摻入固化劑的質量、施工工藝有關，還與地基土的性質有關，如軟土含有機質的量有關。試驗表明:有機質含量高的土樣有較大的水容量和塑性，有較大的膨脹性和低滲透性，并具有酸性，這些因素都阻礙了水泥化學反應的進行，單用水泥加固的效果較差，對于這類軟土可外摻生石膏外加劑來增強加固效果，同時可以節約水泥用量。

2)樁土置換率及水泥摻入量對復合地基承載力的影響

在實際設計運算時往往提供所要求達到的復合地基承載力、擬定的攪拌樁的承載力及天然地基土的承載力來求樁土的置換率，計算出樁數，然后布置樁位，再作有關的驗算。實踐證明若置換率過低，如小于10%往往達不到設計要求，甚至前功盡棄。某高速公路采用水泥攪拌樁復合地基處理，置換率僅為6%一7%，當路堤填至設計標高后出現裂縫，不得不重新處理。這說明作為復合地基的樁土置換率必須大于一定值，否則起不到復合地基的作用。同樣水泥的摻入量也需控制在一定值，規范定為除塊狀加固外宜為12%一20%。在實際施工中保證了攪拌樁的施工質量、樁長進入持力層，才能確保攪拌樁樁身強度、復合地基承載力，減少路基的沉降。同時，也必須切實核對地基土的性質是否跟實際相符，確定樁土的面積置換率是否達到設計要求，樁的布置數量是否得當，以確保復合地基承載力。

3)確保攪拌施工的均勻性

大量的施工實踐已充分證明攪拌均勻與不均勻的質量相差甚大。攪拌均勻在于使水泥漿與軟土得到比較完全的接觸，使水泥能充分的產生化學反應，與軟土共同形成良好的樁體。為確保攪拌施工的均勻性，必須做到攪拌機械預攪下沉時應使土體充分攪碎，對遇到硬土，攪拌機下沉速度過慢時，可采用沖水下沉，但在噴漿提升前必須將輸漿管中的存水排凈，嚴格按設計確定的參數控制水泥漿的噴出量和攪拌提升速度，應控制重復時的下沉和提升速度，以保證加固深度范圍內每一深度均得到充分攪拌。

4)當攪拌樁打穿軟土層進入較硬的持力層沉降很少;若未打穿軟土層，成為懸浮式時沉降就大。地基的過大沉降，說明樁尖下臥軟土層的沉降還相當大，而且持續時間較長，將不得不重新進行處理甚至報廢。攪拌樁宜盡量打至持力層上，并且進人持力層50cm以上。在施工過程中，樁底設計標高往往與持力層并不一致，施工單位容易出現樁長以設計標高控制的現象，如在樁尖下尚留幾米軟土，根據科研成果，則會有較大的工后沉降量，由于排水不暢，預壓很長時間也很難穩定。故攪拌樁實際施工樁長應按進入持力層控制。判別是否進入持力層的方法可由鉆機鉆到最深時的下鉆速度和電流表的讀數來判定，這兩個參數是在工藝試樁時確定，一般是下沉和提升速度1.0m/min，工作電流值不超過70A。

4結束語

采用攪拌樁處理軟基施工因其機具較為簡單，轉移方便，可多點施工，能快速完成軟基處理，達到加快工期、搶工期的目的，施工工藝簡單，工程質量容易控制，是當前市政道路軟土地基處理較為常用的方法之一。