引江濟(jì)淮樞紐節(jié)制閘水泥土攪拌樁試樁豎向承載力試驗結(jié)果分析

朱士彬

（安徽省（水利部淮河水利委員會）水利科學(xué)研究院（安徽省水利工程質(zhì)量檢測中心站），安徽 合肥 230088）

0 引言

水泥土攪拌樁主要用于加固飽和軟土地基，它是利用水泥作為固化劑的主劑,采用特制的深層攪拌機(jī)械將軟土與固化劑強(qiáng)制攪拌,利用固化劑與軟土所產(chǎn)生的一系列物理和化學(xué)反應(yīng),形成具有一定整體性、水穩(wěn)定性和強(qiáng)度的水泥土樁體。根據(jù)水泥摻入狀態(tài)不同,分為濕法和干法兩種工藝,濕法工藝根據(jù)鉆桿旋轉(zhuǎn)方向,又分為雙向及單向水泥土攪拌樁兩種施工工藝。本文通過引江濟(jì)淮節(jié)制閘水泥土攪拌樁單向、雙向兩種工藝試樁豎向承載力試驗結(jié)果，分析了單向攪拌法在加固飽和軟粘土中失敗的原因，指出了在加固飽和軟粘土地基時宜采用雙向攪拌樁。

1 工程概況

引江濟(jì)淮樞紐節(jié)制閘建基面高程0.9～2.4m，基礎(chǔ)位于①2層砂壤土、②層淤泥質(zhì)土和②4層粉細(xì)砂中。②層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土強(qiáng)度較低，最高含水率54.9%，最小干密度1.10g/cm3,液限最大值46.1%，塑性指數(shù)最大值17.4%，凝聚力最小值5.8kPa,內(nèi)摩擦角最小值2.0°，地基均勻性差，承載力低。設(shè)計采用水泥土攪拌樁加固處理，樁徑0.6m，樁長15m，樁頂高程約4.00m，采用濕法施工，水灰比為0.5，以④、⑤層重粉質(zhì)壤土作為樁端持力層，單樁承載力特征值為130kN。工程樁施工前在場地內(nèi)進(jìn)行工程試樁，試樁共進(jìn)行3 次，前兩次均采用普通單向水泥土攪拌樁，靜載荷試驗結(jié)果單樁承載力特征值均不滿足設(shè)計要求，且結(jié)果離散性較大，第三次采用雙向水泥土攪拌樁，試驗結(jié)果單樁承載力特征值均能滿足設(shè)計要求，工程樁施工結(jié)束后，通過取芯和靜載荷試驗得出，樁身攪拌均勻，單樁及單樁復(fù)合地基承載力均能滿足設(shè)計要求。

2 單樁靜載荷試驗結(jié)果

2.1 單向攪拌樁單樁靜載荷試驗

為了與雙向攪拌樁單樁結(jié)果相比較，本次選取第一次試樁中的3 根水泥參入比為18%的單樁靜載荷試驗資料，試驗結(jié)果見表1，荷載與沉降關(guān)系曲線見圖1。由表1 可知，單向攪拌3 根單樁試驗結(jié)果承載力特征值52～104kN 之間，均不滿足設(shè)計要求，從圖1 可以看出，荷載-沉降關(guān)系曲線尾部均出現(xiàn)“陡降”段，在最大試驗荷載作用下樁頂沉降量均大于40mm,說明破壞形式為樁身破壞，樁身存在缺陷，攪拌不均勻。

圖1 單向攪拌樁單樁荷載～沉降關(guān)系曲線圖

表1 單向攪拌樁單樁靜載荷試驗結(jié)果表

2.2 雙向攪拌樁單樁靜載荷試驗

前兩次單向攪拌樁試樁失敗后，采用了雙向攪拌工藝重新進(jìn)行試樁，試驗結(jié)果見表2，荷載與沉降關(guān)系曲線見圖2。由表2 可以看出，3 根雙向攪拌單樁承載力特征值均不小于130kN，能滿足設(shè)計要求，從圖2 可以看出，雙向攪拌樁單樁3 根單樁荷載-沉降關(guān)系曲線呈“緩變型”，在最大試驗荷載作用下樁頂沉降量在9.77～11.89mm 之間，均小于40mm,說明樁身攪拌比較均勻。

圖2 雙向攪拌樁單樁荷載～沉降關(guān)系曲線圖

表2 雙向攪拌樁單樁靜載荷試驗結(jié)果表

3 試驗結(jié)果差異原因分析

（1）本工程樁身穿過②層淤泥質(zhì)重、中粉質(zhì)壤土，為高含水率飽和的軟粘土，呈軟塑至流塑狀，滲透系數(shù)較小,水泥漿液很難滲透到土體中。

（2）由于飽和的軟粘土粘性較大，攪拌過程中鉆頭容易被糊，形成“錘”狀，水泥漿液與土體得不到充分?jǐn)嚢瑁嗤敛痪鶆颉?/p>

（3）單向水泥土攪拌樁“十”字型鉆頭只能從一個方向切削土體，水泥漿液隨著葉片轉(zhuǎn)動方向的附和效應(yīng)作用下在樁周和樁芯空隙處聚集，中部土體含漿量較小，水泥土不均勻。

（4）鉆桿攪拌時，上層松散土體對下部約束作用減弱，水泥漿液在攪拌葉片螺旋升力、噴漿壓力、鉆桿鉆進(jìn)壓力、土壓力及超空隙水壓力作用下，沿著鉆桿上行，冒出地面，造成樁身水泥含量較小，樁身水泥土不均勻，樁體整體性較差。

（5）雙向水泥土攪拌樁設(shè)置了內(nèi)、外同心鉆桿，內(nèi)外轉(zhuǎn)桿能同時正反方向旋轉(zhuǎn)，上下葉片同時正、反雙向強(qiáng)制切削、攪拌土體。與常規(guī)攪拌樁相比，內(nèi)鉆桿上葉片正向攪拌并噴漿，外鉆桿上葉片同時反向攪拌切削土體；通過上下葉片正反方向攪拌切削，把水泥漿液限制在兩組葉片之間，隔斷了水泥漿液的上行通道，減小了漿液集中效應(yīng)，使得漿液始終集中在兩組葉片之間；上、下葉片同時正反旋轉(zhuǎn)，相互抵消了攪拌產(chǎn)生的剪切力，減小了對樁周土體的擾動。

4 結(jié)論

（1）單向攪拌樁在加固飽和軟粘土地基時，由于土體滲透系數(shù)小、施工過程中容易糊鉆頭、水泥土攪拌樁鉆桿只能單向攪拌、上層土體對水泥漿液約束減弱等原因，出現(xiàn)樁體周邊或局部水泥漿富集和夾雜泥塊、地面冒漿等現(xiàn)象，造成水泥土不均勻、樁體不連續(xù)、樁身強(qiáng)度低,從而導(dǎo)致加固失敗。

（2）雙向攪拌樁隔斷了水泥漿液的上行通道、減小漿液集中效應(yīng)、減小對樁周土體的擾動，有效解決了單向攪拌工藝的不足，實踐表明在加固飽和軟粘土地基時宜采用雙向攪拌樁■