談粉煤灰軟基的處理及應用技術

王平

(中鐵二十三局集團第一工程有限公司，山東日照 276800)

談粉煤灰軟基的處理及應用技術

王平

(中鐵二十三局集團第一工程有限公司，山東日照 276800)

結合山西中南部鐵路通道日照南站DK1275+050～DK1275+950段的工程概況，提出采用深層水泥攪拌樁進行粉煤灰軟基處理的施工技術，并闡述了具體的施工工藝，為粉煤灰在工程軟基處理中的應用提供了依據。

粉煤灰，地基，水泥攪拌樁，施工工藝

1 工程概況

山西中南部鐵路通道日照南站DK1275+050～DK1275+950段路基，經過日照華能電廠廢棄粉煤灰區域，表層主要分布5 m～8 m厚左右粉煤灰，是發電廠燃燒煤粉產生的燃燒產物，其主要化學成分是二氧化硅和三氧化二鋁，氧化鈣等，其下部分別為細砂、粗砂。線路途經地地表大部分屬海水養殖區，水中含氯鹽、硫酸鹽、鎂鹽，具侵蝕性，地表水水質類型為Cl-Na+K，CO3Cl-CaNa，地下水水質類型為Cl-Na+K，HCO3·SO4-C。

2 工程的施工技術要求

粉煤灰屬工業廢棄物，但國家鼓勵對其綜合利用，由于其物理特性為壓縮性能小、滲透性好、摩擦指數大，施工中與水泥攪拌摻合后優點顯現，可使結構層易成型且具有更好的耐低溫及穩定性。

中鐵咨詢設計院在工程初步設計時進行了現場實地考查，該粉煤灰顆粒細小，燒失量低于20%，比表面積大于2 500 cm2/g，滿足軟基處理的設計要求，后綜合考慮工效、造價和環保等多方面因素，故決定采用水泥攪拌樁對地基進行加固。設計采用深層攪拌法，即在樁位一定區域內通過水泥等材料的凝結作用，形成具有高強度的樁，這種樁對外界周圍無擠壓，是一種以置換為主的加固方法。具體施工設計如下:

樁直徑為50 cm，水泥采用P.O42.5級礦渣水泥，摻灰量為12%～18%，無側限抗壓強度不小于1.2 MPa，在水泥攪拌樁質量檢測合格后，復合地基頂面設0.5 m厚的碎石墊層，內夾一層不小于110 kN/m單向土工格柵，利用攪拌樁自身的抗剪強度，增加基礎剛度，減少地基差異沉降。要求復合地基承載力不小于120 kPa。

水泥攪拌樁是專門針對復合地基設計的，攪拌樁在設計時，既要滿足它的支撐特性，又要核查樁身的抗剪強度是否達到要求。該水泥樁設計為圓柱形，樁的一端穿過粉煤灰土層扎進硬土層，布置形狀為正三角形，樁與樁間距離為1.2 m，樁長為7.5 m，樁基礎持力層選擇為排放粉煤灰前原始地基的第②層細砂層，樁端承載力為120 kPa，攪拌樁的探入深度要求為插入持力層0.5 m以上。

3 現場的試驗和施工工藝的篩選

3.1 試驗攪拌樁的施工參數

為保證施工質量，施工前通過動力觸探分析灰層構成，獲得底層承載力資料，粉煤灰的天然含水率Wt=45%，天然密度ρt= 1.40 g/cm3，為滿足地基承載力要求，根據設計參數計算其水灰比為:

根據土的天然密度計算出單位每延米粉煤灰用量Gt1=ρt× Vt=1.40×π×0.52÷4×1 000=275 kg。

1)工程位于海水養殖區，為了避免海水化學腐蝕，提高混凝土及水泥制品的耐久性，水泥采用P.O42.5級礦渣水泥。2)由項目部中心試驗室提供數據，水灰比取0.5。3)水泥摻入量為12%～18%，結合試驗數據選定18%摻配比。4)計算單位體積每延米樁身各材料的用量。粉煤灰:Gt1=275 kg，水泥:Gc1=Gt1×20%= 49.5 kg，水(外運淡水):Gw1=Gc1×0.5=24.75 kg。

按照以上配比進行了抗壓強度的檢測，結果為試件抗壓強度均大于設計強度1.2 MPa，符合設計要求。

3.2 復合地基承載力

在地基處理施工現場進行試樁施工，分三個區域，樁間距分別為1.2 m，1.4 m和1.5 m，各18根。28 d后選取7根水泥攪拌試驗樁:編號為SZ-1-10，SZ-1-14，SZ-1-8，試樁間距為1.2 m;編號為SZ-2-10，SZ-2-8，SZ-2-2，試樁間距1.4 m;編號為SZ-3-10，試樁間距1.5 m;對以上選取的試驗樁進行了單樁復合地基載荷試驗，荷載值通過壓力傳感器測量，試驗目的是檢驗其承載力是否滿足設計要求。

試驗的最大荷載為240 kPa，其中試樁間距1.2 m樁試驗進展順利，根據Q—S曲線(如圖1所示)可知該單樁復合地基承載力特征值為:122 kN，135 kN，127 kN，平均值為128 kN，因極差小于平均值的30%，因此編號為SZ-1-10，SZ-1-14，SZ-1-8單樁復合地基承載力為128 kPa，滿足120 kPa工程技術要求。另外兩組單樁復合地基承載力均不滿足120 kPa工程技術要求。

圖1 Q—S曲線

3.3 沉降測量

試樁沉降測量通過承壓板四邊對稱架設的位移傳感器，測試儀自動記錄測量，全部的位移傳感器均固定于基準梁上，用磁性表座固定，基準樁與承壓板的軸中心距離為2.5 m，基準樁中心距離壓重平臺支墩邊為2 m。

設計承載力為120 kPa，實驗共分8級進行加載，每級加載量為最大試驗荷載的1/8，第一級按2倍分級荷載加荷。每級荷載施加后第1小時內按照間隔5 min，15 min測讀，以后為每隔0.5 h測讀一次沉降量。1 h內沉降量小于0.1 mm時，即可加下一級荷載。卸載級數減少為加載級數的一半，按等量進行，每當卸載一級，間隔30 min讀取記回彈量，等卸載完全部荷載后，3 h后讀取總回彈量。

經沉降觀測，SZ-1-10，SZ-1-14，SZ-1-8樁試驗進展順利，未出現異常現象，Q—S曲線無明顯比例界限，試樁在最大荷載保持至規定時間作用下樁頂沉降均小于60 mm，且均沒有明顯沉降增大的現象，試樁未達到極限承載狀態;壓力—沉降曲線是平滑的光滑曲線(見圖2)。

圖2 S—lgt曲線與S—lgQ曲線

4 施工工藝

4.1 施工準備

1)施工場地準備:平整場地，測量放樣;

2)原材料的準備:包括淡水、水泥等;

3)工程機械的準備，包括施工機械，電子設備等。目的是記錄和掌握水泥漿用量及噴漿進行速度;

4)技術上的準備:施工前要進行安全、技術的培訓和交底。

4.2 施工流程

樁位放樣→鉆機就位→檢驗、調整鉆機→正循環鉆進至設計深度→打開高壓注漿泵→反循環提鉆并噴水泥漿→至工作基準面以下0.3 m→重復攪拌下鉆至設計深度→反循環提鉆并噴水泥漿至地表→成樁結束。

4.3 施工技術控制

1)水泥攪拌樁施工機械的成樁位置的設計誤差不大于10 cm，機械的垂直度偏斜不大于1.5%。

2)樁體每單位米內的水泥漿用量應做好控制。電腦記錄儀應保證每臺正循環水泥攪拌鉆機都要配備，便于記錄水泥漿的用量;同時現場應配置水泥漿比重測定儀，控制水泥漿水灰比。

3)要保證好水泥攪拌樁樁端、樁頂及樁身質量，施工采用二噴四攪工藝。每根樁的成樁時間應不小于30 min，噴漿壓力不小于0.4 MPa。第一次下鉆和提鉆時一律采用低檔操作，復攪時可適當提速。提鉆噴漿時應在樁底部停留30 s，進行磨樁端;樁體噴漿量要嚴格執行工程技術交底的要求，且要攪拌均勻;在樁頂部位噴漿時停留時間為30 s，進行磨樁頭。

4)施工中如果發現噴漿量不足時，要整樁重新進行噴攪，并且噴漿量不得小于設計用量。

5)現場施工的原始記錄必須保證由專職施工人員按要求做好登記。

4.4 成樁后的養護

水泥攪拌樁施工預制成型后，把握好灑水養生時間，保持成型段濕度適中。一般夏季為3 d～4 d，春秋季為7 d～9 d。還要對成樁后的地基進行封閉，避免在水泥攪拌樁未上強度前樁體受損傷和破壞。

5 結語

從掌握的資料來看，用深層攪拌法對粉煤灰地基進行加固處理，具有施工簡便文明，技術可靠，綠色環保等優勢;投資方面與換填粉煤灰及鋼筋混凝土預制樁相比，可節省50%以上費用，最終實現最優經濟效益。

［1］ 馬紅全，王 穎，唐銘東.粉煤灰路基施工要點淺析［J］.交通科技與經濟，2000(3):45-46.

［2］ 王鳳程.淺析粉煤灰路基的施工技術［J］.黑龍江科技信息，2011(4):25-26.

［3］ 譚遠發.水泥砂漿樁在高速鐵路軟基處理中的應用研究［J］.鐵路工程學報，2010(10):42-44.

［4］ 韓富明，楊曉華，郭小龍.水泥粉煤灰攪拌樁復合地基在龍城高速公路軟土地基處理中的應用［J］.公路交通科技，2013(3):37-39.

Discussion on fly ash soft-foundation processing and application technology

Wang Ping
(China Railway 23rd Bureau Group 1st Engineering Co.，Ltd，Rizhao 276800，China)

Combining with South Rizhao railway station DK1275+050～DK1275+950 section engineering conditions of middle south Shanxi railway channel，the paper puts forward the construction technologies of applying deep cement mixing pile for fly ash soft-foundation treatment，and describes specific construction technologies，which has provided some guidance for applying fly ash in the engineering soft-foundation treatment.

fly ash，foundation，cement mixing pile，construction technology

TU447

A

1009-6825(2016)35-0072-02

2016-10-08

王 平(1983-)，男，工程師