水泥攪拌樁加固技術(shù)在公路橋梁軟土地基處理中的運(yùn)用

張強(qiáng)

（中交三公局第一工程有限公司，北京 100020）

公路橋梁建設(shè)期間，往往需要面臨解決軟土地基的問(wèn)題，軟土地基施工質(zhì)量與公路橋梁應(yīng)用最終安全性有直接且密切的關(guān)系。故而，施工人員要熟悉軟土地基施工質(zhì)量各項(xiàng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并且施工標(biāo)準(zhǔn)要嚴(yán)格規(guī)范。

軟土地基的特點(diǎn)在于粘度不足以及穩(wěn)定性不佳，軟土地基經(jīng)過(guò)施工后的強(qiáng)度直接決定了與公路橋梁最終的承載能力。施工單位必須根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)，選用適宜的處理方案[1]。如今地基處理技術(shù)十分豐富，施工單位應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況靈活運(yùn)用現(xiàn)有技術(shù)，并嘗試研發(fā)新型技術(shù)提高軟土地基處理質(zhì)量，公路橋梁軟地基各項(xiàng)指標(biāo)都要去符合國(guó)家相關(guān)文件的具體標(biāo)準(zhǔn)，這樣可以促進(jìn)了我國(guó)公路橋梁工程建設(shè)有更好地發(fā)展。

1 公路橋梁軟土地基及其施工特點(diǎn)

1.1 軟土地基

軟土地基指的是壓縮空間量高、孔隙之間密度大以及滲水性較弱且抗壓能力不強(qiáng)的軟弱土層。軟土地基的基礎(chǔ)材料是由粘土、粉砂和淤泥等成分。軟土層的位置含水量相對(duì)交稿高，因此具有高粘性和可壓縮性，透水性不佳，在沒(méi)有經(jīng)過(guò)夯實(shí)或是加固加工的軟弱地基上直接開(kāi)展施工，將造成工程項(xiàng)目穩(wěn)定性無(wú)法滿足工程實(shí)際需求，進(jìn)而降低工程整體質(zhì)量[2]。

1.2 軟土地基加固處理的必要性

傳統(tǒng)公路橋梁施工期間，因?yàn)殛P(guān)于路線等級(jí)的要求較低，且路橋工程項(xiàng)目數(shù)量較少，所以針對(duì)軟土地基的處理較少，經(jīng)驗(yàn)并不豐富。隨著我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)持續(xù)發(fā)展，公路橋梁項(xiàng)目工程總量日漸增多，施工單位累積了大量軟土路基施工經(jīng)驗(yàn)。軟土地基的存在嚴(yán)重影響路橋工程的安全性與穩(wěn)定性，若是無(wú)法予以妥善處理，可能造成嚴(yán)重的安全事故。因此，為了減少公路橋梁的安全隱患，保證其運(yùn)行的穩(wěn)定性，所以要嚴(yán)格把控好軟地基的施工質(zhì)量。

2 水泥攪拌樁加固軟土地基應(yīng)用分析

2.1 工程概況

現(xiàn)有某橋梁工程，長(zhǎng)度總計(jì)為1125m，整體工程可以細(xì)分為10 聯(lián)，其中，在處于低8 聯(lián)時(shí)，施工時(shí)可以使用掛籃旋轉(zhuǎn)澆筑方式來(lái)進(jìn)行，可運(yùn)用滿堂支架現(xiàn)澆方法完成剩下的兩聯(lián)。整體橋梁框架的主體是預(yù)應(yīng)力混凝土持續(xù)梁，箱梁高度值為2.2m。通過(guò)測(cè)量以及計(jì)算可知，橋梁縱坡峰值為3.5%，最低值為0.589%。經(jīng)過(guò)施工單位認(rèn)真思考施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境以及成本，對(duì)于如何處理軟土地基，則是選擇運(yùn)用水泥攪拌樁加固技術(shù)進(jìn)行的軟土地基處理方法。

2.2 水泥攪拌樁加固布設(shè)方案

項(xiàng)目的區(qū)地基基礎(chǔ)基本為全線分布的、厚度較大的淤泥地基，但要根據(jù)工程施工遇見(jiàn)的實(shí)際情況，根據(jù)路堤加固部分形狀采用水泥土攪拌樁法。此技術(shù)是以水泥充當(dāng)固化劑，與地基中的軟土產(chǎn)生反應(yīng)，使其發(fā)生硬化效果，然后，使地基更加充滿完整性、高穩(wěn)定性以及高強(qiáng)度，轉(zhuǎn)化為符合規(guī)范的復(fù)合地基。安全性與穩(wěn)定性可以滿足施工要求、無(wú)需施工單位投入過(guò)多成本,但是此技術(shù)工序復(fù)雜,進(jìn)度較為緩慢。出于節(jié)約成本目的的考量,本工程路基體處理地基時(shí)使用的是水泥攪拌樁措施。通過(guò)計(jì)算可得，攪拌樁總數(shù)大約占4202 根，樁長(zhǎng)67230m，樁徑0.6m，樁長(zhǎng)16m，間距1.2m，呈三角形排列，圖1 則是整體布局方案。水泥土攪拌樁復(fù)合地基的樁體需要增加單獨(dú)的褥墊層，一般厚度約為0.25m。褥墊層應(yīng)由8%的水泥石屑混合制成，壓縮系數(shù)應(yīng)控制在0.94 或更高。石屑粒徑應(yīng)在2mm 至10mm 之間，泥漿的比例應(yīng)小于5%。

圖1 三角形布樁方案

另外，施工人員開(kāi)展施工之前，工藝性技術(shù)樁必須提前完成相關(guān)測(cè)試，并且測(cè)試樁的總值必須至少為6 報(bào)。試驗(yàn)樁又分為三組，每組有兩份報(bào)告，每組水泥用量分別設(shè)定為65kg/m,70kg/m,75kg/m。在進(jìn)行大規(guī)模施工前，要對(duì)樁身進(jìn)行試驗(yàn)，調(diào)整各項(xiàng)工藝參數(shù)，驗(yàn)證參數(shù)的合理性，確保樁身符合設(shè)計(jì)要求。對(duì)于同行倉(cāng)的情況，單樁唇部于靜態(tài)下，最大荷載試驗(yàn)荷載應(yīng)為設(shè)計(jì)單樁承載力的兩倍以上。

3 施工工藝流程

3.1 施工參數(shù)確定

施工人員結(jié)合室內(nèi)配合比實(shí)驗(yàn)信息數(shù)據(jù)與施工現(xiàn)場(chǎng)試樁結(jié)果，明確各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置具體如下：（1）摻和料參數(shù)。基層地基的總量的18%約為水泥，2%材料為石膏，水灰比為0.5。（2）施工過(guò)程控制參數(shù)。鉆孔下沉速度要保證在0.5-0.8m/min 之間。攪拌提升速度：0.6-1.0m/min。內(nèi)鉆桿轉(zhuǎn)速為50r/min 以上。外鉆桿鉆速要達(dá)到70r/min 以上。噴漿壓力要保證在0.5-0.8MPa 之間。噴射混凝土量：36-40L/min（2 噴）。施工利用同心雙軸雙向攪拌樁設(shè)備進(jìn)行施工，和現(xiàn)實(shí)施工保持一致，試樁總量采用6 根，試樁位置為A2 區(qū)H 排135,136,137,138,139140。施工參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 試樁施工參數(shù)

3.2 施工準(zhǔn)備

根據(jù)具體的施工要求，要確定好水泥攪拌樁的施工范圍，清理范圍內(nèi)的殘留根部、碎小巖石等障礙物，保持范圍內(nèi)平整整潔，為后續(xù)機(jī)械設(shè)備的安裝施工創(chuàng)造一個(gè)良好條件。取攪拌樁附近的空閑工地，搭建一個(gè)大小合適的存放水泥臨時(shí)倉(cāng)庫(kù)，存放施工所需的水泥材料；設(shè)置攪拌堆后臺(tái)；攪拌樁的施工漿料，這部分暫時(shí)存放在收集坑中，待稍干后，運(yùn)至指定地點(diǎn)。現(xiàn)場(chǎng)安裝了SJC 監(jiān)控記錄儀，掌握實(shí)際噴漿混凝土的實(shí)際施工狀態(tài)。等到機(jī)械設(shè)備有序進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，組裝成型后進(jìn)行試運(yùn)行，如有問(wèn)題，我們將作出響應(yīng)，直至達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。在正式鉆孔前，將測(cè)試儀放置調(diào)試好，滿足泥漿量、管道氣壓、攪拌提升速度、水泥用量等重要參數(shù)，后要判斷實(shí)際參數(shù)是否達(dá)到要求。如果設(shè)計(jì)中存在誤差，如果數(shù)值超出合理范圍，則需要進(jìn)行調(diào)整，直到完全符合要求為止。

3.3 測(cè)量放樣

通過(guò)測(cè)量定位控制點(diǎn)去準(zhǔn)確放置好測(cè)量樁的位置，安裝短木樁形成明顯的穩(wěn)定標(biāo)記，在打樁現(xiàn)場(chǎng)周圍安裝控制樁，準(zhǔn)備適量砂漿，用砂漿固定木樁防止出現(xiàn)移動(dòng)情況。測(cè)量打樁后，獲得具有參照功能的標(biāo)記坐標(biāo)，以便后續(xù)在指定位置安全有序的進(jìn)行施工。

3.4 樁機(jī)就位

安裝攪拌打樁機(jī)的位置時(shí)，確保對(duì)中誤差不要超過(guò)20mm；檢查打樁機(jī)是否穩(wěn)定，如果出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，就要將打樁機(jī)調(diào)平至打樁機(jī)穩(wěn)定或進(jìn)行其他調(diào)整。當(dāng)攪拌軸符合設(shè)計(jì)深度時(shí)邊攪拌邊提起。其中，保證不大于樁長(zhǎng)0.5%的垂直偏差。為提升控制效果，應(yīng)該焊接一個(gè)半徑5cm 的鐵環(huán)在打樁機(jī)上，同時(shí)將鉛錘懸掛在高度10m處。在進(jìn)行施工過(guò)程時(shí)，鉛錘要保證經(jīng)過(guò)鐵圈中心。

3.5 下沉與提升

軟土地基加固工程采用兩噴四攪施工工藝，如圖2所示，具體細(xì)節(jié)要按照該工藝進(jìn)行。啟動(dòng)電機(jī)，放松卷?yè)P(yáng)機(jī)，在預(yù)攪拌時(shí)要將攪拌頭浸沒(méi)下沉。在此期間，要密切注意鉆頭的位置。當(dāng)鉆頭到達(dá)樁底高度時(shí)，開(kāi)始噴灑攪拌并將其抬起，再次攪拌使其浸沒(méi)并重復(fù)噴灑到孔口位置。完成上述分步操作后，完成一個(gè)樁位施工，關(guān)閉攪拌機(jī)，移至下一個(gè)操作位繼續(xù)施工。攪拌/沉降速度控制在0.5m/min～1m/min，上升速度控制在1m/min～2m/min，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境確定實(shí)際速度控制。在河流附近，攪拌和沉降應(yīng)該隨著時(shí)間的推移而減慢，速度控制在0.5m/min～0.8m/min 范圍內(nèi)，起升速度穩(wěn)定在1m/min 以內(nèi)。砂漿泵運(yùn)行一段時(shí)間后，純水泥漿到達(dá)攪拌頭。此時(shí)根據(jù)上述要求對(duì)漿料進(jìn)行攪拌、注漿和提升，以保證混合頭的工作速度具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)性，確保水泥漿與原地基土均勻地混合。砂漿泵應(yīng)在離地面50 厘米處停止，同時(shí)不斷增加泵送量。混合過(guò)程完成后，將清水注入收集料斗，以清除管道中殘留的泥漿，確保管道處于干凈衛(wèi)生。派專人進(jìn)行及時(shí)清洗，防止水泥漿容易附著在管道上，造成清洗困難的情況發(fā)生。

圖2 水泥攪拌樁施工示意圖

4 水泥攪拌樁加固軟土地基施工技術(shù)驗(yàn)收

此工程竣工后，施工人員需要認(rèn)真檢驗(yàn)工程是否達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，保證工程確認(rèn)達(dá)到滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之后，再次進(jìn)行后續(xù)施工，為后續(xù)施工奠定一個(gè)比較良好的基礎(chǔ)。樁位定位誤差應(yīng)控制在50mm 之內(nèi),樁徑、樁長(zhǎng)必須高于設(shè)計(jì)值。所有樁體在施工過(guò)程中，應(yīng)采用水準(zhǔn)尺檢驗(yàn)導(dǎo)向架以及攪拌軸是否垂直, 垂直誤差應(yīng)控制在1%內(nèi)；成樁3d 輕型動(dòng)力觸探檢驗(yàn)上層樁體的均勻程度,成樁達(dá)到一周之后，施工人員利用淺部開(kāi)挖樁體測(cè)量樁體直徑數(shù)值,保證樁體最小直徑必須超過(guò)設(shè)計(jì)樁徑,隨機(jī)抽樣樁體總量是所有樁體數(shù)量的5%；攪拌樁成樁滿四周之后，施工人員應(yīng)利用雙管單動(dòng)取樣，據(jù)此判斷持力層土性,并評(píng)估攪拌均勻程度以及水泥土抗壓強(qiáng)度。同時(shí)為了保證處理效果，需要進(jìn)行復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)以及地基最終沉降量計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證。

4.1 復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)

本標(biāo)段施工共施工深攪拌樁525 根，依次按照工序進(jìn)行施工后，以0.5%的抽樣率確認(rèn)樁的施工質(zhì)量。隨機(jī)選取3 根樁，采用樁載反力梁法進(jìn)行復(fù)合地基加載試驗(yàn)。在工作時(shí)，試塊推動(dòng)反作用梁提供反作用力。千斤頂被激活，壓力以逐步的方式施加到負(fù)載板上以配置測(cè)試。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和觀察，得到復(fù)合地面靜載荷試驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果如表2 所示。

表2 復(fù)合地基靜態(tài)載荷數(shù)據(jù)

通過(guò)表2 可知，總計(jì)3 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，承載力基礎(chǔ)數(shù)值的極差＜30%，平均值為155.7 kPa，可以視為復(fù)合地基承載力的特征值。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析得知，該值滿足要求。

4.2 地基最終沉降量估算

沉降可通過(guò)如下公式予以計(jì)算：

式中：

S 為地基最終沉降量,單位：mm；

m——沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),m 取1.40；

n——目標(biāo)深度范圍中所細(xì)分的土層總量；

e1i——新建海堤過(guò)程中，第i 土層于平均自重應(yīng)力影響下，所形成的孔隙比；

e2i——第i 土 層于平均自重應(yīng)力以及平均附加應(yīng)力同時(shí)影響下所產(chǎn)生的孔隙比；

h1i——第i 土層的厚度,單位：mm。

計(jì)算結(jié)果如表3。

表3 沉降計(jì)算成果表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，假設(shè)淤泥層厚度為15m，150d 后水泥混合樁處理的地基壓力密度達(dá)到80%以上，完成后地基殘余沉降約為0.10m。根據(jù)堤身組織預(yù)留結(jié)算，工程設(shè)計(jì)預(yù)留量為0.15m。

結(jié)束語(yǔ)

在公路橋梁建設(shè)中，軟土地基的施工質(zhì)量直接決定了工程施工的最終質(zhì)量和后續(xù)的使用時(shí)間。因此，有關(guān)建設(shè)單位需要十分重視施工質(zhì)量方面存在的問(wèn)題，合理選用相關(guān)的軟土地基處理方法，將軟弱地基施工質(zhì)量中的不足完善，保證公路橋梁工程后期投入應(yīng)用的安全性。