不同水泥摻量水泥攪拌樁質(zhì)量分析

肖 宇

(廣東益鑫源工程建設(shè)管理咨詢有限公司，廣東 江門 529000)

1 引言

地基土承載力不足已經(jīng)成為影響工程建設(shè)的一個(gè)重要因素[1-2]。為解決這一問題，往往需要采取地基處理措施。水泥土攪拌樁是一種極為常用的地基處理措施，可提高地基承載力，控制變形沉降[3-4]。但是巖土工程具有不確定性，攪拌樁施工質(zhì)量受地質(zhì)條件影響較大，開展試樁試驗(yàn)是十分必要的[5-6]。

江門市潭江河流治理工程(新會(huì)段)由潭江海堤沿岸未閉口的16條支流治理工程組成，為解決現(xiàn)場(chǎng)試樁成樁質(zhì)量較差的突出問題，擬在施工現(xiàn)場(chǎng)開展水泥攪拌樁工藝試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)方案

選用3種不同的摻入比，即90 kg/m、110 kg/m、120 kg/m的水泥摻入量，每種水泥摻量下共2根試驗(yàn)樁，混凝土攪拌樁打入砂層中試樁試驗(yàn)總共有6根試驗(yàn)樁。其中樁間距為1500 mm，砂樁直徑為600 mm，混凝土攪拌樁直徑為600 mm，“四攪四噴’”施工工藝為：鉆機(jī)就位→制備水泥漿→噴漿下沉→噴漿提升→重復(fù)噴漿下沉和提升→移位。

攪拌桿下沉速率為0.8 m/min～1.0 m/min，提升速度為0.6 m/min～0.8 m/min，但最后一次提升的速度應(yīng)在0.5 m/min左右，轉(zhuǎn)速不小于50 r/min，10 m的攪拌樁的施工時(shí)間不應(yīng)小于40 min。通過控制提升速度分層加固軟土，提升速度純淤泥段盡量取小值，砂層可取大值，注漿泵出口壓力應(yīng)保持在0.4 MPa～0.6 MPa，并應(yīng)使提升速度與輸漿速度同步。不得離析，泵送必須連續(xù)。

3 不同水泥摻量水泥攪拌樁質(zhì)量分析

3.1 水泥摻量為90 kg/m

3#、6#水泥攪拌樁成樁工藝為四攪四噴水泥摻量為90 kg/m(干噴)。衡量成樁效果的兩個(gè)重要因素為水泥攪拌樁成樁連續(xù)性和單軸抗壓強(qiáng)度，成樁連續(xù)性參見圖1，單軸抗壓強(qiáng)度參考水泥攪拌樁抽芯強(qiáng)度。

圖1 3#、6#干噴四攪四噴水泥摻量90 kg/m攪拌樁(干噴)鉆孔芯樣

3#水泥攪拌樁0.00～15.50 m為有效水泥土樁，芯樣膠結(jié)一般，呈柱狀、塊狀，局部松散，攪拌不均勻。連續(xù)性較差。

6#水泥攪拌樁0.00～18.20 m為有效水泥土樁，芯樣基本完整，堅(jiān)硬，攪拌基本均勻，呈柱狀，部分呈塊狀。連續(xù)性一般。

3#、6#水泥攪拌樁抽芯強(qiáng)度見表1。

表1 3#、6#水泥攪拌樁(干噴)抽芯強(qiáng)度

續(xù)表1

四攪四噴水泥摻量90 kg/m攪拌樁(干噴)強(qiáng)度隨樁深變化關(guān)系見圖2：整體來看，水泥攪拌樁強(qiáng)度隨樁深變化較離散，最大值達(dá)到2.5 MPa，最小值僅有0.12 MPa。且樁身10 m下部較上部抽芯單軸抗壓強(qiáng)度較低。

圖2 四攪四噴水泥摻量90 kg/m攪拌樁(干噴)強(qiáng)度隨樁深變化關(guān)系

為更直觀地說明水泥攪拌樁強(qiáng)度與樁深的變化關(guān)系，統(tǒng)計(jì)水泥攪拌樁0～10 m、與10 m～20 m強(qiáng)度特征值，特征值即水泥攪拌樁三組強(qiáng)度平均值的最低值，水泥攪拌樁上部0～10 m三組強(qiáng)度分別取0～3.3 m、3.3 m～6.6 m、6.6 m～10 m的強(qiáng)度，每一組強(qiáng)度采用整體取樣點(diǎn)的單軸抗壓平均值。水泥攪拌樁下部10m～20m三組強(qiáng)度分別取10 m～13.3 m、13.3 m～16.6 m、16.6 m～20 m的強(qiáng)度，每一組強(qiáng)度采用整體取樣點(diǎn)的單軸抗壓平均值。

表2 3#、6#水泥攪拌樁(干噴)抽芯強(qiáng)度特征值

由表2可知，3#水泥攪拌樁(干噴)抽芯強(qiáng)度特征值0～-10 m為1.28 MPa，-10 m～-20 m為0.09 MPa，6#水泥攪拌樁抽芯強(qiáng)度特征值0～-10 m為1.19 MPa，-10 m～-20 m為1.40 MPa。結(jié)合水泥攪拌樁設(shè)計(jì)強(qiáng)度值28 d齡期，0～-10 m為0.80 MPa，-10 m～-20 m為0.64 MPa。3#水泥攪拌樁抽芯強(qiáng)度-10 m～-20 mm整體強(qiáng)度小于設(shè)計(jì)值。其余3#水泥攪拌樁抽芯強(qiáng)度0～-10 mm，6#水泥攪拌樁抽芯強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 水泥摻量為110 kg/m

2#、5#水泥攪拌樁成樁工藝為四攪四噴水泥摻量為110 kg/m(干噴)。衡量成樁效果的兩個(gè)重要因素為水泥攪拌樁成樁連續(xù)性和單軸抗壓強(qiáng)度，成樁連續(xù)性參見圖3鉆孔芯樣圖片，單軸抗壓強(qiáng)度參考水泥攪拌樁抽芯強(qiáng)度。

圖3 2#、5#干噴四攪四噴水泥摻量110 kg/m攪拌樁(干噴)鉆孔芯樣

2#水泥攪拌樁0.00～18.30 m為有效水泥土樁，芯樣膠結(jié)一般，呈柱狀、塊狀，局部松散，攪拌不均勻。連續(xù)性較差；

5#水泥攪拌樁0.00～25.00 m為有效水泥土樁，芯樣基本完整，堅(jiān)硬，攪拌基本均勻，呈柱狀，部分呈塊狀，連續(xù)性一般。

3.2.2 水泥攪拌樁抽芯強(qiáng)度

2#、5#水泥攪拌樁抽芯強(qiáng)度見表3。

表3 2#、5#水泥攪拌樁(干噴)抽芯強(qiáng)度

四攪四噴水泥摻量110 kg/m攪拌樁(干噴)強(qiáng)度隨樁深變化關(guān)系見圖4：整體來看，水泥攪拌樁強(qiáng)度隨樁深變化較離散，最大值達(dá)到3 MPa，最小值僅有0.02 MPa。且樁身10 m下部較上部抽芯單軸抗壓強(qiáng)度較低。2#樁前2 m樁身強(qiáng)度較大，2 m～20 m強(qiáng)度急劇降低，整體在0.5 MPa以下。5#樁前5 m樁身強(qiáng)度較小，5 m～14 m強(qiáng)度整體高，整體在2.5 MPa左右，14 m～20 m強(qiáng)度整體較高，整體在1.5 MPa左右。

圖4 四攪四噴水泥摻量110 g/m攪拌樁(干噴)強(qiáng)度隨樁深變化關(guān)系

為更直觀地說明水泥攪拌樁強(qiáng)度與樁深的變化關(guān)系，統(tǒng)計(jì)水泥攪拌樁0～10 m、與10 m～20 m強(qiáng)度特征值，特征值即水泥攪拌樁三組強(qiáng)度平均值的最低值，水泥攪拌樁上部0～10 m三組強(qiáng)度分別取0～3.3 m、3.3 m～6.6 m、6.6 m～10 m的強(qiáng)度，每一組強(qiáng)度采用整體取樣點(diǎn)的單軸抗壓平均值。水泥攪拌樁下部10 m～20 m三組強(qiáng)度分別取10 m～13.3 m、13.3 m～16.6 m、16.6 m～20 m的強(qiáng)度，每一組強(qiáng)度采用整體取樣點(diǎn)的單軸抗壓平均值。

表4 2#、5#水泥攪拌樁(干噴)抽芯強(qiáng)度特征值

表4可知，2#水泥攪拌樁(干噴)抽芯強(qiáng)度特征值0～-10 m為0.17 MPa，-10 m～-20 m為0.11 MPa，5#水泥攪拌樁抽芯強(qiáng)度特征值0～-10 m為0.80 MPa，-10 m～-20 m為0.80 MPa。結(jié)合水泥攪拌樁設(shè)計(jì)強(qiáng)度值28 d齡期，0～-10 m為0.80 MPa，-10 m～-20 m為0.64 MPa。2#水泥攪拌樁抽芯強(qiáng)度整體強(qiáng)度小于設(shè)計(jì)值，5#水泥攪拌樁抽芯強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 水泥摻量為120 kg/m

1#、4#水泥攪拌樁成樁工藝為四攪四噴水泥摻量為120 kg/m(干噴)。衡量成樁效果的兩個(gè)重要因素為水泥攪拌樁成樁連續(xù)性和單軸抗壓強(qiáng)度，成樁連續(xù)性參見圖5鉆孔芯樣圖片，單軸抗壓強(qiáng)度參考水泥攪拌樁抽芯強(qiáng)度。

圖5 1#、4#干噴四攪四噴水泥摻量110 kg/m攪拌樁(干噴)鉆孔芯樣

1#水泥攪拌樁0.00～18.00 m為有效水泥土樁，芯樣膠結(jié)一般，呈柱狀、塊狀，局部松散，攪拌不均勻，連續(xù)性較差。

4#水泥攪拌樁0.00～19.00 m為有效水泥土樁，芯樣基本完整，堅(jiān)硬，攪拌基本均勻，呈柱狀，部分呈塊狀，連續(xù)性一般。

1#、4#水泥攪拌樁抽芯強(qiáng)度見表5。

表5 2#、5#水泥攪拌樁(干噴)抽芯強(qiáng)度

四攪四噴水泥摻量120 kg/m攪拌樁(干噴)強(qiáng)度隨樁深變化關(guān)系見圖6：整體來看，水泥攪拌樁強(qiáng)度隨樁深變化較離散，最大值達(dá)到4 MPa，最小值僅有0.02 MPa。且樁身10 m上部較下部抽芯單軸抗壓強(qiáng)度較高。2#樁前6 m樁身強(qiáng)度較高，6 m強(qiáng)度急劇降低，6 m～20 m強(qiáng)度整體在0.5 MPa以下。4#樁強(qiáng)度整體高，整體在2 MPa以上。

圖6 四攪四噴水泥摻量120 kg/m泥攪拌樁(干噴)強(qiáng)度隨樁深變化曲線

為更直觀說明水泥攪拌樁強(qiáng)度與樁深的變化關(guān)系，統(tǒng)計(jì)水泥攪拌樁0～10 m、與10 m～20 m強(qiáng)度特征值，特征值即水泥攪拌樁三組強(qiáng)度平均值的最低值，水泥攪拌樁上部0～10 m三組強(qiáng)度分別取0～3.3 m、3.3 m～6.6 m、6.6 m～10 m的強(qiáng)度，每一組強(qiáng)度采用整體取樣點(diǎn)的單軸抗壓平均值。水泥攪拌樁下部10 m～20 m三組強(qiáng)度分別取10 m～13.3 m、13.3 m～16.6 m、16.6 m～20 m的強(qiáng)度，每一組強(qiáng)度采用整體取樣點(diǎn)的單軸抗壓平均值。

表6 1#、4#水泥攪拌樁(干噴)抽芯強(qiáng)度特征值

表6可知，2#水泥攪拌樁抽芯強(qiáng)度特征值0～-10 m為0.17 MPa，-10 m～-20 m為0.11 MPa，5#水泥攪拌樁抽芯強(qiáng)度特征值0～-10 m為0.80 MPa，-10 m～-20 m為0.80 MPa。結(jié)合水泥攪拌樁設(shè)計(jì)強(qiáng)度值28 d齡期，0～-10 m為0.80 MPa，-10 m～-20 m為0.64 MPa。2#水泥攪拌樁抽芯強(qiáng)度整體強(qiáng)度小于設(shè)計(jì)值，5#水泥攪拌樁抽芯強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

3.4 總體評(píng)價(jià)

四攪四噴(干噴)水泥攪拌樁在施工過程中因?yàn)樗喔煞垡锥鹿?，攪噴工藝中鉆頭提升、下沉不均勻以及抽芯工藝等因素，導(dǎo)致其連續(xù)性評(píng)價(jià)多為一般/差。

表7 1#～6#水泥攪拌樁(干噴)連續(xù)性評(píng)價(jià)

四攪四噴水泥攪拌樁(干噴)在施工過程噴出為水泥干粉，對(duì)潭江流域高含水率的淤泥質(zhì)土，水泥干粉可以吸收淤泥質(zhì)中的水分，因此水泥攪拌樁(干噴)早期強(qiáng)度較高，結(jié)合表8中1#～6#水泥攪拌樁(干噴)抽芯強(qiáng)度特征值，水?dāng)嚢铇?干噴)整體強(qiáng)度較好。且水泥摻量越大，早期強(qiáng)度越高例如4#樁水泥摻量120 kg/m強(qiáng)度明顯高于2#樁水泥摻量110 kg/m和5#樁水泥摻量90 kg/m。

表8 1#～6#水泥攪拌樁抽(干噴)芯強(qiáng)度特征值

4 結(jié)論

采用四攪四噴(干噴)施工過程中較易出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，攪拌樁連續(xù)性較為一般。干粉水泥可吸收淤泥質(zhì)土中的水分，攪拌樁早期強(qiáng)度較高，且水泥摻量越多早期強(qiáng)度越高。采用四攪四噴(干噴)施工水泥攪拌樁，施工過程中需要嚴(yán)格控制施工工藝，以保證水泥攪拌樁的施工質(zhì)量。