公路軟基處理中水泥砂漿樁應用分析

馬東旭

(河北省唐山市交通運輸局公路工程處)

1 引 言

水泥砂漿樁是采用水泥砂漿作為固化劑,即在純水泥漿中摻入一定比例的粉細、中砂,增加地基土中的粗顆粒含量,降低地基土的塑性指數,改良土的物理力學性質指標,明顯提高樁體無側限抗壓強度。該工藝攻克了常規水泥土攪拌樁在塑性指數高的粘性土層中成樁強度低的難題,可適用于塑性指數大于 25的粘土,同時在淤泥質土、淤泥層中成樁強度明顯提高。因此可替代旋噴樁、低強度CFG樁,用于軟土地基加固處理。

2 工程概況

某公路工程路基表層為人工填土,以下依次為淤泥、淤泥質黏土、一般粘性土,基巖為花崗巖。地基土大多為淤泥質土,具有含水量高、孔隙比大、液性指數大、有機質含量高,前期按常規攪拌樁試樁驗證:本場地淤泥常規水泥土攪拌工藝不易攪拌均勻,樁體無側限抗壓強度、單樁承載力達不到設計要求。現將采用水泥砂漿樁,通過多向多軸、多層葉片同時攪拌,克服了常規水泥土攪拌樁的缺陷,成樁均勻性好,樁身強度明顯提高。

3 施工總體方案

水泥砂漿樁也稱為多向多軸攪拌水泥土樁,是采用水泥漿作為固化劑,加固原理與常規水泥土攪拌樁相同,在地基深處將軟土和水泥強制攪拌后,水泥和軟土將產生一系列物理和化學反應,使軟土固結改性,從而改善軟土地基物理力學性質,提高復合地基承載力。優點是克服了常規水泥土攪拌樁施工中攪拌不均勻、漿液上冒的缺陷,樁身強度有較大提高。經室內實驗室配合比試驗樁身 90d水泥土樁無側限抗壓強度可達1.2～2.0MPa。

采用由PH-5型粉噴樁機改進的“多向、多軸粉噴樁機水泥土(水泥砂漿)攪拌樁機”,下鉆過程基本完成所需漿材(水泥漿或水泥砂漿)的噴射,多向、多軸、多層葉片同時攪拌,不進行復攪,僅需一噴二攪工藝施工。

施工可利用現有的PH-5型粉噴樁成樁機械作為機架,由位于鉆機底部操作臺的動力系統,通過外鉆桿轉遞動力,再通過鉆桿頂部配備的專用傳動箱,采用同心多軸鉆桿,在內鉆桿上設置正向旋轉葉片并設置噴漿口,在外鉆桿上安裝反向旋轉葉片,通過外桿上葉片反向旋轉過程中的壓漿作用和內桿正向旋轉葉片同時攪拌水泥土的作用,阻斷水泥漿上冒途徑,把水泥漿控制在最上、最下兩組葉片之間,保證水泥漿液在樁體中均勻分布和攪拌均勻,確保成樁質量的施工方法。

4 施工方法及工藝

4.1 施工工藝流程

4.1.1 柱形樁工藝流程

柱形樁工藝流程如圖 1所示。

圖1 柱形樁工藝流程圖

水泥砂漿樁進入已整平的場地和測放了樁位的地段準備施鉆,施鉆程序如下。

(1)攪拌樁機就位、調平,鉆頭對準樁位。

(2)攪拌、噴漿下沉:啟動攪拌機,使其鉆桿沿導向架向下攪拌切土,同時開啟送漿泵向土體噴水泥漿,此時雙軸上的多層葉片同時正、反向旋轉攪拌直到設計深度。

(3)達到預定設計深度后,在樁端就地持續噴漿攪拌30s以上,使樁端水泥土充分攪拌均勻(下沉噴漿為總漿量的90%以上)。

(4)攪拌、噴漿提升:此時噴漿目的是為了避免噴漿口被堵塞,同時多向、多軸攪拌樁機鉆桿上葉片正、反向旋轉,繼續攪拌水泥土。

(5)攪拌完畢:攪拌、噴漿提升到地表或設計標高(提升噴漿量為總漿量的 10%以下),完成單根多向多軸攪拌水泥土(水泥砂漿)樁的施工。

4.1.2 T形樁工藝流程

T形樁工藝流程如圖 2所示。

圖2 T形樁工藝流程圖

(1)攪拌樁機就位、調平,鉆頭對準樁位。

(2)攪拌噴漿下沉:啟動攪拌機,使其鉆桿沿導向架向下攪拌切土,同時開啟送漿泵向土體噴水泥漿,此時雙軸上的多層葉片同時正、反向旋轉攪拌直到設計深度。

(3)達到預定設計深度后,在樁端就地持續噴漿攪拌30s以上,使樁端水泥土充分攪拌均勻(下沉噴漿為總漿量的90%～95%以上)。

(4)攪拌、噴漿提升:此時噴漿目的是為了避免噴漿口被堵塞,同時多向、多軸攪拌樁機鉆桿上葉片正、反向旋轉,繼續攪拌水泥土,直到擴大頭設計深度。

(5)攪拌提升擴孔:改變內外鉆桿的旋轉方向,將外鉆桿攪拌葉片伸展至擴大頭直徑,繼續攪拌、噴漿提升。

(6)攪拌完畢:攪拌、噴漿提升到地表或設計標高(提升噴漿量為總漿量的 5%～10%以下),完成單根多向多軸攪拌水泥土(水泥砂漿)樁的施工。

4.2 試驗參數選擇

下鉆鉆進速度:鉆進速度1.0～1.2m/min,轉速60～100r/min。

噴漿量不小于 30L/m,下鉆噴漿量占總漿量的 90%～95%以上。

提升速度1.5～1.8m/min;,轉速80～120r/min。

噴漿量不大于10L/m,提鉆噴漿量占總漿量的 10%以下。

漿噴壓力0.4～1.0MPa,噴水泥漿采用泥漿泵,漿噴壓力采用0.4～0.6MPa,噴水泥砂漿采用砂漿泵,漿噴壓力采用0.6～1.0MPa。

配合比:嚴格按設計配合比拌制漿液,施工應根據漿液濃度、泵送情況實時調整配合比。

5 質量控制措施

施工前應認真檢查相關設備及管路系統。設備的性能應滿足設計要求。管路系統的密封必須良好,管道必須暢通。鉆機就位必須正確,其孔位偏差不得大于 50mm,鉆桿垂直度偏差不得大于 1%。鉆機開鉆前,現場施工員必須進行檢查,及時調整。

漿液的拌制嚴格按設計配合比控制,嚴格監督漿液的制作,攪拌時間必須達到要求,漿液的密度采用漿液比重計檢測,不得采用一只桶邊拌邊抽的方式施工,在噴漿過程中漿液應連續攪動,防止漿液發生離析,確保成樁質量,每根樁檢驗的次數不得少于 2次。攪拌機鉆頭下沉和提升速度、供漿與停漿時間,下鉆深度、噴漿高程及停漿面、單樁噴漿量應符合施工工藝的要求,并應有專人記錄。多向多軸攪拌水泥土(水泥砂漿)樁到達樁端時,應原位噴漿攪拌 30s,樁底水泥漿與土體充分攪拌均勻,再開始提升攪拌頭,確保成樁質量。

成樁過程中,如因故停漿,繼續施工時必須重疊接樁,接樁長度不小于0.5m。接樁時間不得大于 24h,否則應重打該樁。施工中若發現噴漿量不足時,應按要求復攪,復噴的噴漿量不小于設計用量。現場各項原始記錄必須真實、齊全。

6 結束語

成樁后3d內,采用輕型動力觸探(N10)檢查樁頭每米樁身的均勻性和強度。成樁 7d后,采用淺部開挖樁頭(深度宜超過停漿面下 0.5m),目測檢查攪拌的均勻性,量測成樁直徑。試樁完成28d以后,選擇2～3根樁于樁徑 1/4處、樁長范圍內垂直取芯,觀察其完整性、均勻性并拍攝照片,判斷成樁效果,每根樁在不同深度處取 3組試驗樣品作無側限抗壓強度試驗。試樁完成 28d以后,在樁身強度滿足荷載試驗條件時,采用單樁載荷試驗驗證單樁承載力能否滿足設計要求。通過一系列成樁效果質量檢驗,樁身完整性較好,總體上達到了優良樁水平。

[1] 羅志生.水泥砂漿樁在向莆鐵路軟基處理工程中的應用[J].江西建材,2009,(6).

[2] 淺談水泥土攪拌樁加固軟土地基[J].路基工程,2006,(1).