談粉煤灰軟基的處理及應(yīng)用技術(shù)

王平

(中鐵二十三局集團(tuán)第一工程有限公司，山東日照 276800)

談粉煤灰軟基的處理及應(yīng)用技術(shù)

王平

(中鐵二十三局集團(tuán)第一工程有限公司，山東日照 276800)

結(jié)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(jìn)行粉煤灰軟基處理的施工技術(shù)，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(yīng)用提供了依據(jù)。

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(jīng)過(guò)日照華能電廠廢棄粉煤灰區(qū)域，表層主要分布5 m～8 m厚左右粉煤灰，是發(fā)電廠燃燒煤粉產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物，其主要化學(xué)成分是二氧化硅和三氧化二鋁，氧化鈣等，其下部分別為細(xì)砂、粗砂。線路途經(jīng)地地表大部分屬海水養(yǎng)殖區(qū)，水中含氯鹽、硫酸鹽、鎂鹽，具侵蝕性，地表水水質(zhì)類型為Cl-Na+K，CO3Cl-CaNa，地下水水質(zhì)類型為Cl-Na+K，HCO3·SO4-C。

2 工程的施工技術(shù)要求

粉煤灰屬工業(yè)廢棄物，但國(guó)家鼓勵(lì)對(duì)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(shù)大，施工中與水泥攪拌摻合后優(yōu)點(diǎn)顯現(xiàn)，可使結(jié)構(gòu)層易成型且具有更好的耐低溫及穩(wěn)定性。

中鐵咨詢?cè)O(shè)計(jì)院在工程初步設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考查，該粉煤灰顆粒細(xì)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(shè)計(jì)要求，后綜合考慮工效、造價(jià)和環(huán)保等多方面因素，故決定采用水泥攪拌樁對(duì)地基進(jìn)行加固。設(shè)計(jì)采用深層攪拌法，即在樁位一定區(qū)域內(nèi)通過(guò)水泥等材料的凝結(jié)作用，形成具有高強(qiáng)度的樁，這種樁對(duì)外界周?chē)鸁o(wú)擠壓，是一種以置換為主的加固方法。具體施工設(shè)計(jì)如下:

樁直徑為50 cm，水泥采用P.O42.5級(jí)礦渣水泥，摻灰量為12%～18%，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.2 MPa，在水泥攪拌樁質(zhì)量檢測(cè)合格后，復(fù)合地基頂面設(shè)0.5 m厚的碎石墊層，內(nèi)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(qiáng)度，增加基礎(chǔ)剛度，減少地基差異沉降。要求復(fù)合地基承載力不小于120 kPa。

水泥攪拌樁是專門(mén)針對(duì)復(fù)合地基設(shè)計(jì)的，攪拌樁在設(shè)計(jì)時(shí)，既要滿足它的支撐特性，又要核查樁身的抗剪強(qiáng)度是否達(dá)到要求。該水泥樁設(shè)計(jì)為圓柱形，樁的一端穿過(guò)粉煤灰土層扎進(jìn)硬土層，布置形狀為正三角形，樁與樁間距離為1.2 m，樁長(zhǎng)為7.5 m，樁基礎(chǔ)持力層選擇為排放粉煤灰前原始地基的第②層細(xì)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(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)和施工工藝的篩選

3.1 試驗(yàn)攪拌樁的施工參數(shù)

為保證施工質(zhì)量，施工前通過(guò)動(dòng)力觸探分析灰層構(gòu)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(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算其水灰比為:

根據(jù)土的天然密度計(jì)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(yǎng)殖區(qū)，為了避免海水化學(xué)腐蝕，提高混凝土及水泥制品的耐久性，水泥采用P.O42.5級(jí)礦渣水泥。2)由項(xiàng)目部中心試驗(yàn)室提供數(shù)據(jù)，水灰比取0.5。3)水泥摻入量為12%～18%，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)選定18%摻配比。4)計(jì)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(yùn)淡水):Gw1=Gc1×0.5=24.75 kg。

按照以上配比進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度的檢測(cè)，結(jié)果為試件抗壓強(qiáng)度均大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度1.2 MPa，符合設(shè)計(jì)要求。

3.2 復(fù)合地基承載力

在地基處理施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試樁施工，分三個(gè)區(qū)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(yàn)樁:編號(hào)為SZ-1-10，SZ-1-14，SZ-1-8，試樁間距為1.2 m;編號(hào)為SZ-2-10，SZ-2-8，SZ-2-2，試樁間距1.4 m;編號(hào)為SZ-3-10，試樁間距1.5 m;對(duì)以上選取的試驗(yàn)樁進(jìn)行了單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，荷載值通過(guò)壓力傳感器測(cè)量，試驗(yàn)?zāi)康氖菣z驗(yàn)其承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求。

試驗(yàn)的最大荷載為240 kPa，其中試樁間距1.2 m樁試驗(yàn)進(jìn)展順利，根據(jù)Q—S曲線(如圖1所示)可知該單樁復(fù)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(hào)為SZ-1-10，SZ-1-14，SZ-1-8單樁復(fù)合地基承載力為128 kPa，滿足120 kPa工程技術(shù)要求。另外兩組單樁復(fù)合地基承載力均不滿足120 kPa工程技術(shù)要求。

圖1 Q—S曲線

3.3 沉降測(cè)量

試樁沉降測(cè)量通過(guò)承壓板四邊對(duì)稱架設(shè)的位移傳感器，測(cè)試儀自動(dòng)記錄測(cè)量，全部的位移傳感器均固定于基準(zhǔn)梁上，用磁性表座固定，基準(zhǔn)樁與承壓板的軸中心距離為2.5 m，基準(zhǔn)樁中心距離壓重平臺(tái)支墩邊為2 m。

設(shè)計(jì)承載力為120 kPa，實(shí)驗(yàn)共分8級(jí)進(jìn)行加載，每級(jí)加載量為最大試驗(yàn)荷載的1/8，第一級(jí)按2倍分級(jí)荷載加荷。每級(jí)荷載施加后第1小時(shí)內(nèi)按照間隔5 min，15 min測(cè)讀，以后為每隔0.5 h測(cè)讀一次沉降量。1 h內(nèi)沉降量小于0.1 mm時(shí)，即可加下一級(jí)荷載。卸載級(jí)數(shù)減少為加載級(jí)數(shù)的一半，按等量進(jìn)行，每當(dāng)卸載一級(jí)，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(jīng)沉降觀測(cè)，SZ-1-10，SZ-1-14，SZ-1-8樁試驗(yàn)進(jìn)展順利，未出現(xiàn)異常現(xiàn)象，Q—S曲線無(wú)明顯比例界限，試樁在最大荷載保持至規(guī)定時(shí)間作用下樁頂沉降均小于60 mm，且均沒(méi)有明顯沉降增大的現(xiàn)象，試樁未達(dá)到極限承載狀態(tài);壓力—沉降曲線是平滑的光滑曲線(見(jiàn)圖2)。

圖2 S—lgt曲線與S—lgQ曲線

4 施工工藝

4.1 施工準(zhǔn)備

1)施工場(chǎng)地準(zhǔn)備:平整場(chǎng)地，測(cè)量放樣;

2)原材料的準(zhǔn)備:包括淡水、水泥等;

3)工程機(jī)械的準(zhǔn)備，包括施工機(jī)械，電子設(shè)備等。目的是記錄和掌握水泥漿用量及噴漿進(jìn)行速度;

4)技術(shù)上的準(zhǔn)備:施工前要進(jìn)行安全、技術(shù)的培訓(xùn)和交底。

4.2 施工流程

樁位放樣→鉆機(jī)就位→檢驗(yàn)、調(diào)整鉆機(jī)→正循環(huán)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度→打開(kāi)高壓注漿泵→反循環(huán)提鉆并噴水泥漿→至工作基準(zhǔn)面以下0.3 m→重復(fù)攪拌下鉆至設(shè)計(jì)深度→反循環(huán)提鉆并噴水泥漿至地表→成樁結(jié)束。

4.3 施工技術(shù)控制

1)水泥攪拌樁施工機(jī)械的成樁位置的設(shè)計(jì)誤差不大于10 cm，機(jī)械的垂直度偏斜不大于1.5%。

2)樁體每單位米內(nèi)的水泥漿用量應(yīng)做好控制。電腦記錄儀應(yīng)保證每臺(tái)正循環(huán)水泥攪拌鉆機(jī)都要配備，便于記錄水泥漿的用量;同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)配置水泥漿比重測(cè)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(zhì)量，施工采用二噴四攪工藝。每根樁的成樁時(shí)間應(yīng)不小于30 min，噴漿壓力不小于0.4 MPa。第一次下鉆和提鉆時(shí)一律采用低檔操作，復(fù)攪時(shí)可適當(dāng)提速。提鉆噴漿時(shí)應(yīng)在樁底部停留30 s，進(jìn)行磨樁端;樁體噴漿量要嚴(yán)格執(zhí)行工程技術(shù)交底的要求，且要攪拌均勻;在樁頂部位噴漿時(shí)停留時(shí)間為30 s，進(jìn)行磨樁頭。

4)施工中如果發(fā)現(xiàn)噴漿量不足時(shí)，要整樁重新進(jìn)行噴攪，并且噴漿量不得小于設(shè)計(jì)用量。

5)現(xiàn)場(chǎng)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(yǎng)護(hù)

水泥攪拌樁施工預(yù)制成型后，把握好灑水養(yǎng)生時(shí)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(duì)成樁后的地基進(jìn)行封閉，避免在水泥攪拌樁未上強(qiáng)度前樁體受損傷和破壞。

5 結(jié)語(yǔ)

從掌握的資料來(lái)看，用深層攪拌法對(duì)粉煤灰地基進(jìn)行加固處理，具有施工簡(jiǎn)便文明，技術(shù)可靠，綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì);投資方面與換填粉煤灰及鋼筋混凝土預(yù)制樁相比，可節(jié)省50%以上費(fèi)用，最終實(shí)現(xiàn)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)效益。

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

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

［3］ 譚遠(yuǎn)發(fā).水泥砂漿樁在高速鐵路軟基處理中的應(yīng)用研究［J］.鐵路工程學(xué)報(bào)，2010(10):42-44.

［4］ 韓富明，楊曉華，郭小龍.水泥粉煤灰攪拌樁復(fù)合地基在龍城高速公路軟土地基處理中的應(yīng)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