地基加固的水泥土攪拌樁深層施工參數(shù)變化規(guī)律研究

摘要：在地基的加固處理工作中深層攪拌法被廣泛的應(yīng)用，但是關(guān)于深層攪拌水泥土攪拌樁的研究甚少。故面對(duì)這個(gè)現(xiàn)狀，本文對(duì)地基加固深層攪拌水泥土攪拌樁強(qiáng)度進(jìn)行了一系列的變化規(guī)律研究實(shí)驗(yàn)。研究數(shù)據(jù)顯示，在地基有機(jī)質(zhì)含量不高的中性土質(zhì)中，水泥土的強(qiáng)度固化影響很??；在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明在百分之十二的水泥摻量下，可以達(dá)到在28 d無(wú)側(cè)限下抗壓強(qiáng)度不低于2 MPa；在施工現(xiàn)場(chǎng)用于實(shí)驗(yàn)的取芯結(jié)果顯示，整個(gè)試樁樣芯呈現(xiàn)自上到下的強(qiáng)度逐級(jí)減弱的形式。

關(guān)鍵詞：地基加固；深層攪拌；水泥土攪拌樁；試樁試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TU473.1+4；TQ177.6Q170文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2024）10-0110-03

Study on the variation law of cement-soil mixing pilereinforced with deep construction parameters

GUO Zhen1，HUANG Yiming2，ZHANG Bing2，CHEN Yuyuan2，LIU Jianning2

（1. Fujian Reconnaissance Base Engineering Company Co.，Ltd.，F(xiàn)uzhou 350000，China；2. Fujian Geo-Technical Engineering Reconnaissance Research Institute Co.，Ltd.，F(xiàn)uzhou 350000，China）

Abstract：The deep mixing method is widely used in the reinforcement and treatment of foundations，but there is lit?tle research on deep mixing cement-soil mixing piles. Therefore，in the face of this current situation，this article car?ried out a series of experimental studies on the strength changes of deep mixing cement-soil mixing piles for founda?tion reinforcement. Research data showed that in neutral soil with low organic matter content in the foundation，thestrength solidification effect of cementitious soil was very small. The experimental data in the indoor laboratoryshowed that at a cement content of 12%，the compressive strength could be achieved to be no less than 2 Mpa at 28days without lateral confinement. The core sampling results used for experiments at the construction site showedthat the entire test pile core showed a gradually decreasing strength from strength to strength.

Keywords：foundation reinforcement；deep stirring；cement soil mixing pile；pile testing

目前的研究報(bào)道絕大部份是針對(duì)軟粘土地基的水泥土攪拌樁強(qiáng)度，而關(guān)于深層次土地基的水泥土攪拌樁強(qiáng)度的相關(guān)研究較少，目前的研究對(duì)高含鹽量、高有機(jī)質(zhì)含量、高含水量、大孔隙比、沉降時(shí)間較短等特點(diǎn)的施工體系工藝還未形成，諸類問(wèn)題只能通過(guò)施工部門增加攪噴的次數(shù)以及提高水泥的含量等方法來(lái)達(dá)到提升成樁的效果，在地基水泥攪拌樁加固的施工過(guò)程中合理的控制，不但能夠使水泥土攪拌樁的質(zhì)量得到最大層次的提高，還能夠使工后沉降數(shù)值降低[1]。本文在室內(nèi)利用原狀土進(jìn)行了測(cè)試水泥土強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了討論分析。

1地基加固深層攪拌水泥土攪拌樁研究現(xiàn)狀

1. 1室外軟土地基研究

采用數(shù)據(jù)模型來(lái)研究穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的普通軟土地基上深層攪拌樁的加固強(qiáng)度效果，參照了實(shí)驗(yàn)中的有效應(yīng)力增量、沉降量等條件對(duì)數(shù)值預(yù)測(cè)結(jié)果參數(shù)進(jìn)行分析[2]。結(jié)果顯示使用深層攪拌樁加固地基能夠達(dá)到降低不均勻沉降的產(chǎn)生以及控制沉降的效果，在拱形效應(yīng)下，深層攪拌樁上聚集了通過(guò)路堤產(chǎn)生的荷載，對(duì)土地產(chǎn)生的有效應(yīng)力增量基本可以忽略不計(jì)。利用三維有限元的方法發(fā)現(xiàn)軟土地基的穩(wěn)定性和承載能力可以通過(guò)深層攪拌樁得到提高，并且地基的差異沉降和總沉降都減少了[3]。研究發(fā)現(xiàn)，有一種新型的水泥土攪拌樁呈T型，大量的水泥漿在新型攪拌樁的橫截面隨著攪拌深度的變化而被注入，為了和地基土壤充分混合還設(shè)計(jì)了專門的攪拌刀片，不但能夠減少施工的成本還能夠充分的保證水泥土攪拌樁的強(qiáng)度[4]。在上海軟土地層中的多個(gè)深大基坑項(xiàng)目工程的實(shí)踐中，系統(tǒng)研究了不同厚度不同深度和應(yīng)用水泥土攪拌墻體樣芯的強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果，在28 d沒(méi)有側(cè)限的墻體樣芯抗壓強(qiáng)度值一般都大于1 MPa[5]，水泥土強(qiáng)度在深層砂土和淺層軟粘土里的區(qū)別不大。

1. 2室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

室內(nèi)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試是在控制變量為綜合含水率、水泥摻量和水泥齡期時(shí)對(duì)水泥土進(jìn)行的，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，水泥齡期和水泥摻量提高會(huì)增加水泥土無(wú)側(cè)限抗壓的強(qiáng)度，而綜合含水率的提升反而會(huì)降低水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度[6]。相關(guān)研究員又通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)除了齡期能夠影響水泥土強(qiáng)度，土層性質(zhì)也能夠影響水泥土強(qiáng)度，但是在定量為同一標(biāo)高的截面中非套打地區(qū)和套打地區(qū)的強(qiáng)度差別甚小[7]。取芯強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果比較于取漿強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果里的均勻性更差、離散性更大，攪拌樁的實(shí)際強(qiáng)度也較之更遠(yuǎn)，實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度中的數(shù)值偏低的情況是由于在取芯途中樣芯被損傷的緣故，最終取漿強(qiáng)度值與取芯強(qiáng)度值的比例在1.3到1.6的數(shù)值范圍內(nèi)[8]。在面對(duì)解決當(dāng)前中國(guó)水泥土攪拌樁正在運(yùn)行的施工工藝問(wèn)題時(shí)，相關(guān)人員研發(fā)了五軸水泥土攪拌樁。五軸水泥土攪拌樁的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中離散性較小的同時(shí)強(qiáng)度值也最好，故其推廣和應(yīng)用前景局勢(shì)大好。結(jié)合某地區(qū)水泥土攪拌樁的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，一種扇形噴漿設(shè)計(jì)于翻土葉片的后中間位置的水泥攪拌樁鉆頭被研發(fā)出現(xiàn)[9]，不但減少地面返漿量而且使樁身的均勻攪拌性被提高，從而使水泥土攪拌樁的強(qiáng)度增強(qiáng)合并施工質(zhì)量得到提升。

2施工地概況

2. 1現(xiàn)場(chǎng)施工工藝

放置好攪拌樁機(jī)的樁位后，緩慢移動(dòng)至指定地點(diǎn)進(jìn)行樁機(jī)定位。調(diào)試導(dǎo)向架的垂直角度，利用測(cè)量?jī)x器控制垂直度要小于百分之一的攪拌樁的樁長(zhǎng)。攪拌下沉?xí)r要先啟動(dòng)攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)盤，在攪拌機(jī)保持正常的轉(zhuǎn)速之后，操作鉆桿順著導(dǎo)向架下沉的同時(shí)進(jìn)行攪拌，適當(dāng)調(diào)整下沉速度，保持儀器正常運(yùn)行。在攪拌樁機(jī)進(jìn)行下沉的同時(shí)，進(jìn)行水泥漿液的準(zhǔn)備工作，并且在壓漿前放置在集料斗中，選取固化劑或者水泥進(jìn)行拌制漿料，水和灰的比例為0.6。在攪拌樁機(jī)下沉到指定深度以后，打開灰漿泵，通過(guò)管道將漿液輸送至出漿口處，待出漿完成后啟動(dòng)攪拌樁機(jī)并同時(shí)拉緊鏈條裝置。在噴漿攪拌的同時(shí)緩慢提升攪拌樁機(jī)的鉆桿，將土體和漿液進(jìn)行充分的攪拌混合。攪拌樁機(jī)的鉆頭升高到樁頂處約50 cm后，便可以關(guān)閉灰漿泵，重復(fù)攪拌下沉操作、噴漿及提升等步驟，直至升至地面，完成一根樁的施工。最后進(jìn)行樁機(jī)移位，進(jìn)行下一根樁的施工。

2. 2土質(zhì)分析

通過(guò)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鉆孔抽樣，得到原狀土，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)成分進(jìn)行檢驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果表明原狀土中含有有機(jī)質(zhì)，同時(shí)對(duì)原狀土顆粒粒徑分析。發(fā)現(xiàn)土地基中的有機(jī)物的質(zhì)量百分含量小于5%時(shí)，有機(jī)質(zhì)對(duì)水泥土的強(qiáng)度等影響較小。反之，當(dāng)有機(jī)質(zhì)的含量大于5%時(shí)，水泥土的強(qiáng)度受影響較大[11-12]。上述結(jié)論表明，某地區(qū)吹填土地中有機(jī)質(zhì)的含量在1.5%～2%，含量相對(duì)較低，對(duì)施工過(guò)程中水泥土的強(qiáng)度和固化等影響相對(duì)較小。經(jīng)過(guò)對(duì)原狀土的顆粒分析發(fā)現(xiàn)，粒徑小于0.002 mm的顆粒在20%以上，并且根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果來(lái)看，土體的塑形參數(shù)為11～18[13]。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

通過(guò)不同的地基土以及不同摻量的水泥進(jìn)行試驗(yàn)配置，分次進(jìn)行室內(nèi)強(qiáng)度試驗(yàn)后記錄其數(shù)據(jù)。根據(jù)試驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)結(jié)果，確定出最符合試驗(yàn)?zāi)康膹?qiáng)度的最適宜水泥摻加比，再分別進(jìn)行7 d和28 d的配合比無(wú)側(cè)限抗壓的強(qiáng)度測(cè)驗(yàn)。選擇12%和24%的摻量水泥，水泥為普通的硅酸鹽水泥，質(zhì)量比為6?10。具體的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程如下：

（1）先把土材料運(yùn)用濕土法進(jìn)行配置，用5 mm的篩過(guò)一遍。

（2）把樣品調(diào)和，按照實(shí)驗(yàn)比例稱出一定量的水、土和水泥，將水泥和土樣本一同放入試驗(yàn)攪拌器中攪拌均勻，再把被水均勻噴灑的水泥土進(jìn)行攪拌均勻，整個(gè)攪拌時(shí)間不低于10 min并且不超過(guò)20 min。

（3）在溫度范圍為20～30℃，濕度高于50%的實(shí)驗(yàn)室中，設(shè)定每組3個(gè)長(zhǎng)寬高均為70 mm的標(biāo)準(zhǔn)模型的試件；把均勻承載試樣的試模放在振動(dòng)臺(tái)上，保持振動(dòng)時(shí)間大于2 min，整個(gè)操作過(guò)程完畢后，試樣的高度應(yīng)高于試?？?，最后一步將試件的表面處理平整，并且覆蓋上塑料薄膜防止試件水分揮發(fā)過(guò)快影響試驗(yàn)結(jié)果。

（4）養(yǎng)護(hù)試件，在試件整體成型后，根據(jù)水泥強(qiáng)度來(lái)確定拆模的時(shí)間，大體范圍為1～2 d；確定拆模后的試件外觀正常后，將試件放入濕度90%以上，溫度為19～21℃的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)室中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。試驗(yàn)的最終結(jié)果數(shù)據(jù)如表1所示。

由表1可知，不一樣的地基土以及不一樣的水泥摻量制作出的6種水泥土試樣品都滿足設(shè)計(jì)的要求，通過(guò)實(shí)驗(yàn)中不一樣配比的水泥土數(shù)據(jù)可知，有機(jī)質(zhì)含量不會(huì)影響水泥土的強(qiáng)度。不一樣的水泥摻量在充分?jǐn)嚢璧那闆r下也能夠滿足28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于2 kPa，使最終結(jié)果的強(qiáng)度質(zhì)量好。

（5）速度提升到0.6 m/min時(shí)，自來(lái)水為施工用水，普通硅酸鹽水泥為施工水泥，樁徑長(zhǎng)度為0.6 m，水與灰的質(zhì)量比為0.6，天然的含水率為32%，其他數(shù)據(jù)如表2所示。

在噴攪過(guò)程中嚴(yán)格遵循4攪2噴的原則，并保證在試驗(yàn)期間的噴漿流量持續(xù)穩(wěn)定。試驗(yàn)途中使用的不同膠凝材料和不同摻量的試驗(yàn)樁，利用表2的試樁施工的具體參數(shù)介紹。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取出的樣芯對(duì)不一樣深度分別測(cè)試其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出抗壓強(qiáng)度沿樁身的深度的分布效果，通過(guò)數(shù)據(jù)顯示，樣樁均具有一個(gè)共同特點(diǎn)：樣樁芯承受的抗壓強(qiáng)度都從上往下的逐漸衰弱。

4結(jié)語(yǔ)

（1）土地基中有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%～2%，相對(duì)較低，因此對(duì)水泥土的強(qiáng)度和固化等性質(zhì)的影響不大，但測(cè)試結(jié)果表明具有較大的粘性，含水量處于較高值，并且其滲透系數(shù)比較低，因此在施工時(shí)需要增加攪拌次數(shù)使之能夠形成均勻的水泥土；（2）在進(jìn)行不同比例的室內(nèi)水泥的強(qiáng)度試驗(yàn)的測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，某地區(qū)的吹填土在不同比例的水泥摻量、充分混合、攪拌均勻的情況下，能夠滿足28 d不小于2 MPa的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，有比較好的強(qiáng)度質(zhì)量，固化劑樁芯樣的強(qiáng)度質(zhì)量和完整性要優(yōu)于水泥樁芯樣[14-15]；（3）試樁芯樣的強(qiáng)度由上至下呈現(xiàn)逐漸降低的變化。2 m以上的試樁芯樣在水位線以上，其余部分的芯樣在水位線以下，位于水位線以下水泥土的強(qiáng)度呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢(shì)。粉質(zhì)粘土在進(jìn)行攪拌時(shí)，很難形成均一的狀態(tài)，漿液容易返到上層，使得下層的水泥含量降低，影響強(qiáng)度甚至無(wú)法形成有效強(qiáng)度[16]。

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