水泥土深層攪拌樁在工程中的應用及質量控制

王利民

0 引言

深層水泥攪拌樁是以水泥漿液作為固化劑,通過深層攪拌機械在地基深處將軟土和固化劑強制攪拌,同時利用兩者之間產生的一系列物理和化學反應,使水泥土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的半剛性樁,并與樁間土組成復合地基。該法適用的土質范圍較廣,包括淤泥質土、粉土和軟黏土等,具有施工簡單、工期短、造價低、適用范圍廣、地基處理效果好等優點,現已大量應用于建筑工程的軟基加固工程中。下面結合太原市萬柏林中心醫院地基加固實例探討水泥攪拌樁在軟土地基加固的應用。

1 工程概況

太原市萬柏林中心醫院位于太原市大眾街以南,眾紡路以東,地下2層,地上12層,結構形式為框架—剪力墻結構,基礎形式為梁筏基礎,基礎底標高-9.90 m。根據山西省勘察設計研究院提供的勘察報告,場地地貌單元屬汾河東岸Ⅱ級階地,該工程場地范圍內的地層分布自上而下依次為:素填土、粉質黏土、細砂、粉土、細砂、粉質黏土、細中砂、圓礫、粉質黏土。該場地土類別為Ⅲ類,擬建場地為較穩定性場地,天然地基視為不均勻地基,場地土無液化。勘察期間實測穩定水位埋深介于7.4 m～8.7 m之間,地下水對鋼筋混凝土無腐蝕性。根據地質情況和工程上部結構情況,設計單位確定采用水泥土深層攪拌樁實施地基處理,樁徑500 mm,樁長7.50 m,樁間距 1.0 m,正三角形布樁。樁端落入第⑤層細砂層,共布樁2 479根。材料選用32.5礦渣硅酸鹽水泥,水泥摻量為每延米66.5 kg,濕法作業,水灰比控制在 0.50～0.55,施打順序為隔行隔樁跳打,施工工藝采用兩噴四攪。要求單樁承載力特征值不小于140 kN,處理后的復合地基承載力特征值不小于200 kPa,樁體無側限抗壓強度不小于2.5 MPa。成樁28 d后開挖基槽,進行成樁質量檢測。

2 深層水泥攪拌樁的加固機制和特點

2.1 深層水泥攪拌樁的加固機制

軟土與水泥加固的基本原理是基于水泥與軟土的物理化學反應過程。施工過程中軟土首先被攪拌切削成大小不等的團塊,水泥漿摻入后,水泥包裹土團。由于水泥的摻量很少,水泥與軟土之間的不充分混合,水泥土中會產生強度較大和水穩性較好的水泥區和強度較低的土塊區。水泥土的物化反應是一個緩慢的過程,水泥與土粒表面先反應,然后逐漸向土粒中間發展,經過較長的時間,土團內的土顆粒在水泥水解產物滲透作用下,逐漸改變其性質。因此,水泥和土之間的強制攪拌越充分,土塊被粉碎的越小,水泥分布到土中越均勻,水泥土結構強度的離散性越小,宏觀的總體強度也越高,無側限抗壓強度隨著水泥摻入比的增加而增加。

2.2 深層水泥攪拌樁的特點

1)處理地基設備簡單,費用較低,技術效果明顯,可用于大范圍軟基處理。2)利用固化材料可提高加固土的早期強度,大大縮短工期,由于固結屈服應力很大,故上部承重時,不會產生固結沉降。3)施工過程中無振動、噪聲和污染,對周圍環境無不良影響,適合鬧市區附近施工。

3 深層水泥攪拌樁的施工工藝及技術要求

1)樁機定位:平整場地利用自行移動將深層攪拌機移至指定樁位并對中,為保證樁位準確,必須使用定位卡,控制其對中誤差不大于50 mm,導向架和攪拌軸應與地面垂直,控制其偏差不大于1%;2)漿液配制:采用32.5R礦渣硅酸鹽水泥,沿樁體每延米水泥用量70 kg。攪拌樁的水灰比控制在0.5～0.55,水泥應抽檢合格,用水量應準確,攪拌時間不少于3 min;3)噴漿成樁:開啟泵機并確認噴嘴噴出漿液后,啟動樁機下旋鉆進噴漿成樁,噴漿應連續,控制鉆進速度低于1.0 m/min,噴漿速度低于0.8 m/min,轉速約60 r/min,噴漿壓力 1.0 MPa～1.4 MPa,噴漿量30 L/min,鉆進噴漿至設計樁長或層位后,原地噴漿30 s,再反轉勻速提升;4)提升攪拌:攪拌頭自樁底反轉勻速攪拌提升至地面,如有軟土包裹則應及時清除;5)重復鉆進攪拌及提升攪拌成樁:仍按上述步驟進行,噴漿量如已達到設計要求,則只需復攪而不再送漿,成樁后開動漿泵清洗管路中的殘留水泥漿,使成樁直徑和樁長達到設計要求;6)攪拌樁施工應嚴格按照設計樁位、樁長、樁數、噴漿量以及試驗確定的參數進行,質量控制應貫穿在施工的全過程,并應堅持全程的施工監理。檢查的重點:水泥用量、樁長、攪拌頭轉數和提升速度、復攪次數和復攪深度、停漿處理方法等。

4 樁基檢測方法及結論

1)成樁7 d后,采取淺部開挖樁頭,深度超過停漿面下 500 mm,目測攪拌的均勻性,量測成樁直徑,檢查數量為總樁數的5%。本項目檢查125根,全部合格。2)輕型動力觸探(N10)檢查樁體均勻性,檢查數量為施工總樁數的1%。本項目檢查25根,Ⅰ類樁18根,Ⅱ類樁7根,無Ⅲ類和Ⅳ類樁。3)成樁28 d后,開挖基槽,進行水泥土深層攪拌樁的單樁載荷試驗13組和復合地基載荷試驗13組,承載力全部滿足設計要求。荷載—沉降P—S曲線全部呈圓滑形,特征點不明顯,無明顯陡降段;沉降—時間S—lg t曲線無明顯向下彎曲,全部樁體在試驗范圍內未達到破壞。4)為保證樁體質量,采用雙管單動取樣器鉆芯取樣8根,樁體通長水泥土攪拌較均勻,檢驗芯樣抗壓強度平均值大于2.5 MPa。

5 結語

本工程地基處理采用攪拌樁對地基土的加固效果良好,質量穩定可靠。該工程項目正在建設中,各觀測點沉降比較均勻,目前沉降量較小。由此可見,水泥土攪拌樁是一種具有工程造價低、處理效果好、質量易控制、周期較短、施工工藝受環境制約少的成熟地基處理技術,在軟土場地施工中有較高的推廣意義。在實際應用中建議攪拌樁樁端落入承載力較高的土層,每延米水泥用量根據土質情況適當增加,由于攪拌樁后期強度增長較大,應適當延長樁的養護時間,以期達到良好的工程質量和經濟效益。

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