淺談水泥土攪拌樁在地基處理中的應(yīng)用

（山東濟鐵設(shè)計咨詢有限公司青島設(shè)計分公司，山東 青島 266002）

淺談水泥土攪拌樁在地基處理中的應(yīng)用

徐廣杰

（山東濟鐵設(shè)計咨詢有限公司青島設(shè)計分公司，山東 青島 266002）

本研究以山東誠力科技發(fā)展有限公司鐵路專用線擴建工程為研究案例，結(jié)合工程實踐介紹了設(shè)計、施工工藝及保證質(zhì)量的組織技術(shù)措施。

水泥土攪拌樁；攪拌；工藝試樁；無側(cè)限抗壓強度試驗；承載力；靜載試驗

1 概述

山東誠力科技發(fā)展有限公司鐵路專用線擴建工程中，淄東線上兩座蓋板涵K59+550及K59+585需接長，經(jīng)地質(zhì)勘探，持力層地基承載力為95kPa，小于涵洞設(shè)計基底應(yīng)力160kPa，需做地基加固處理。現(xiàn)將K59+550涵洞地基處理方案簡介如下，該涵為排洪涵，常年有水流，設(shè)計流量0.5m3/s。

2 工程設(shè)計

2.1 地質(zhì)條件

工程為河湖相沉積平原，在勘探深度范圍內(nèi)揭露土層均為第四紀(jì)全新世沉積的土層，施工場地微地貌不發(fā)育，從鉆探資料所揭示的地層來看，地層分布如下：

第一層：耕土，以粉土為主，伴有植物根等，均厚0.83m。

第二層：粉土，黃褐色，含鐵質(zhì)氧化物及云母片，低干強度，低韌性，含水量23.1%，干重度19.3kN/m3，孔隙比0.686，液性指數(shù)0.38，自然地基承載力95kPa，均厚3.41m。

第三層：粘土，棕褐色，褐色，含鐵質(zhì)結(jié)核，中等干強度，中等韌性，含水量34.0%，干重度18.4kN/m3，孔隙比0.967，液性指數(shù)0.68，自然地基承載力90kPa，均厚3.86m。

第四層：粉土，灰黃色，黃褐色，含鐵錳質(zhì)氧化物及云母片，低干強度，低韌性，含水量24.4%，干重度19.4kN/ m3，孔隙比0.691，液性指數(shù)0.37，自然地基承載力120kPa，均厚1.26m。

該場地地下水的類型為第四系孔隙潛水，補給來源以大氣降水為主。勘察工作結(jié)束后統(tǒng)一測了地下水位，勘察時平均水位埋深平均值為1.50m，穩(wěn)定水位標(biāo)高平均值為7.57m，水位變化受季節(jié)影響明顯，變化幅度在0.80m～2.00m左右。

2.2 地基處理設(shè)計

2.2.1 確定方案

通過設(shè)計計算，②層頂為涵洞流水面，天然地基承載力僅為95kPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于涵洞設(shè)計基底應(yīng)力160kPa，顯然需采取加固措施。設(shè)計中曾考慮按常規(guī)基底換填砂夾碎石方案，但該工程距線路近，對既有線路路基影響較大，需考慮線路加固措施，對線路運輸干擾大，且費用高。為找到更合理的設(shè)計方案，查閱大量的相關(guān)資料，最后決定采用水泥土攪拌樁加固地基。水泥土攪拌樁是利用攪拌樁機，將水泥（漿）及外摻劑噴入軟弱基土中，并在原位進行強制攪拌，通過水泥和土的一系列復(fù)雜的物理化學(xué)作用形成水泥土樁體，與基土共同作用形成復(fù)合地基，達(dá)到提高承載力和減少沉降的目的，這種樁的優(yōu)點：可加固改良地基，提高地基承載力和水穩(wěn)性，對環(huán)境無污染，且施工時無噪聲，對相鄰建筑物無影響，機具設(shè)備簡單，液壓操縱，技術(shù)易于掌握，成樁效率高（8m長樁，每臺樁機每天可完成100根），加固所需費用較低，只要嚴(yán)格按設(shè)計要求控制進尺及水泥摻入量，采用全程復(fù)攪使樁身均勻，同時解決好樁底水泥土與下臥硬土層的結(jié)合問題，該方案完全可以滿足本涵的承載力和沉降要求。

2.2.2 設(shè)計計算

根據(jù)水泥土攪拌樁的作用機理可知，所形成的水泥土樁體與樁周土組成復(fù)合地基共同承擔(dān)建筑物荷載，由于二者剛度相差較大，樁體與樁間土如何分擔(dān)建筑物荷載是較為復(fù)雜的問題，目前，可按下列經(jīng)驗公式計算加固后水泥土攪拌樁復(fù)合地基容許承載力。

式中：σsp——復(fù)合地基容許承載力（kPa）；

σs——樁間土天然地基容許承載力（kPa）；

m ——置換率；

Ap——樁身截面積（m2）；

β ——樁間土承載力拆減系數(shù)，當(dāng)樁底為軟弱土層時，可取0.5～1.0，樁底為硬土?xí)r，可取0.1～0.4；

[P] ——單樁容許承載力（kN）。

單樁豎向承載力可按下面兩公式計算，并取其較小值：

式中：η——樁身強度折減系數(shù)，粉體攪拌樁可取0.2～0.3，漿體攪拌樁可取0.25～0.33；

Pf——與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下90d齡期的立方體抗壓強度平均值（kPa）；

Up——樁身周長（m）；

qi——樁周第i層土的容許摩阻力，對淤泥質(zhì)土可取6～12kPa；對軟塑狀態(tài)的粘性土可取10～15kPa；對可塑狀態(tài)的粘性土可取12～18kPa；

Li——樁周第i層土的厚度（m）；

α ——樁底地基土容許承載力拆減系數(shù)，可取0.4～0.6，承載力高時取低值；

qp——樁端地基土容許承載力（kPa）。

通過擬定不同樁徑、樁距和樁長做了試算比較，在大量試算基礎(chǔ)上，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較，最后采用樁徑0.5m，等邊三角形布樁，樁間距1m設(shè)計，以涵洞流水面做為②層頂，基礎(chǔ)厚1.2m，砂墊層0.3m，按6m樁長計算，②層樁長1.9m，qi=12kPa，③層樁長3.8m，qi=12kPa，④層樁長0.3m ，qi=15kPa。

單樁承載力[P]=1.57×（12×1.9+12 ×3.8+15×0.3）+0.5×120×0.196= 126.2kPa

則Pf需大于等于126.2/0.25/0.196= 2576kPa

復(fù)合地基容許承載力σsp=0.227× 126.2/0.196+0.3×（1-0.227）×90=167.0kPa＞160kPa，滿足設(shè)計要求的地基承載力。

3 .施工控制

水泥土攪拌樁地基加固技術(shù)成本地、工效快，大量運用于工民建工程，因噴漿量、攪拌均勻性等不易控制，如何保證施工質(zhì)量是該涵地基加固處理的關(guān)鍵所在。

3.1 工藝性試樁

在正式施工前選取一定數(shù)量的樁進行試打，從而確定樁機在本工程地質(zhì)條件下的施工技術(shù)參數(shù)（樁機鉆進速度、提升噴攪速度和復(fù)攪速度、刮灰器轉(zhuǎn)速與噴攪提升速度的配合、空壓機風(fēng)壓和風(fēng)量等）。工藝性試樁所確定的參數(shù)，為施工、監(jiān)理單位提供了操作性很強的量比指標(biāo)，為保證工程質(zhì)量提供了可靠的依據(jù)。

3.2 工程樁施工

采取24h質(zhì)監(jiān)員跟班檢查服務(wù)業(yè)，重點檢查每米的噴漿量、樁長、樁位垂直度及樁機下鉆、上提速度，此外，采用電子秤（計量裝置）對每根樁的噴漿量進行控制，并每米記錄一次噴漿量，以準(zhǔn)確跟蹤每根樁從下到上的質(zhì)量情況，一旦在某個深度出現(xiàn)灰量不足或斷灰情況，可以準(zhǔn)確地進行補噴。

3.3.1 無側(cè)限抗壓強度試驗

成樁28d后，應(yīng)采用雙管單動取樣器在樁徑方向1/4處、樁長范圍內(nèi)垂直鉆孔取芯，觀察樁體完整性、均勻性，取不同深度的不少于3個試樣作無側(cè)限抗壓強度試驗。檢驗數(shù)量為施工總樁數(shù)的2‰，且不少于3根。

3.3.2 載荷試驗

成樁28d后應(yīng)進行單樁或復(fù)合地基載荷試驗，根據(jù)《鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程》（TB10106—2010）所規(guī)定的試驗方法，確定水泥土攪拌樁復(fù)合地基容許承載力σsp＞160kPa。隨著齡期增長，地基承載力仍有一定程度的提高。

4 結(jié)束與體會

水泥土攪拌樁是一種高效、經(jīng)濟和安全的地基處理技術(shù)，不僅可用于一般橋涵工程，也可用于大型公路，設(shè)計和施工中應(yīng)注意以下幾點：

4.1 適當(dāng)?shù)貙訔l件

擬加固的軟土地層厚度一般應(yīng)小于10m，且下臥硬土層天然地基承載能力以大于150 kpa為宜，樁底進入硬土層的深度應(yīng)視硬土層含水量、強度、通過工藝樁取樣試驗確定，務(wù)必保證硬土層內(nèi)樁體攪拌均勻、固結(jié)良好和樁尖與硬土層的良好接觸，絕非進入硬土層越深越佳，避免因固結(jié)差而導(dǎo)致削弱樁體強度。

4.2 樁身均勻控制

一般操作規(guī)程規(guī)定，水泥土攪拌樁復(fù)攪深度為1/2樁長或1/3樁長，從工藝樁取芯結(jié)果看，一次噴漿提升成樁樁體水泥土攪拌均勻性差，影響了樁身強度，為保證樁身均勻性應(yīng)采用全程復(fù)攪工藝成樁。

4.3 鉆桿提升時間

為保證樁尖成樁質(zhì)量，鉆至樁底后，鉆機應(yīng)在原地旋轉(zhuǎn)1～2分鐘，打開漿罐后，應(yīng)等漿體從噴嘴噴出后才能提升，漿體從鉆口到噴嘴的時間與連接兩者的皮管長度和空氣壓力有關(guān)，應(yīng)由試驗確定。

4.4 精心施工

水泥土攪拌樁為隱蔽工程，成樁質(zhì)量不易認(rèn)定，極易造成噴漿量不足，進尺不夠，攪拌不均勻等質(zhì)量事故。因此，必須要有一支高度責(zé)任感和高素質(zhì)的施工隊伍，監(jiān)理單位應(yīng)全程旁站，逐一記錄，嚴(yán)格按設(shè)計和工藝試樁參數(shù)施工。

[1]水泥土攪拌樁施工中常見問題的認(rèn)識和處理[J].西部探礦工程，2006.

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