深層水泥攪拌樁在公路軟土地基處理中的應用

摘 要：軟土地基的處理，是公路路基施工的重要環(huán)節(jié)，如施工質(zhì)量不好，容易構(gòu)成隱患。因此，運用合理的處理方法和技術(shù)，嚴格控制才能確保工程質(zhì)量。深層水泥攪拌樁是一種應用較廣泛的軟土地基加固方法，該文簡要分析了深層水泥攪拌樁的作用原理及存在問題，著重介紹了其施工前期的準備工作、試樁、參數(shù)設(shè)計及要求、施工工藝流程、施工控制要點、質(zhì)量檢驗等控制環(huán)節(jié)。并結(jié)合某高速公路工程案例，簡要闡述深層水泥攪拌樁在公路軟土地基處理中的實際應用案例。

關(guān)鍵詞：水泥攪拌樁 軟土地基處理 作用原理 前期準備 試樁 工藝流程 控制要點 質(zhì)量檢驗

中圖分類號：TU2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（b）-0-02

軟土地基，是公路工程建設(shè)中一個重要問題，它具有含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、滲透性小、抗剪強度低、固結(jié)系數(shù)小等不利的工程性質(zhì)，其地基承載力較低，如果不做處理，一般不能承受較大荷載[1]，影響工程質(zhì)量。因此，在工程中需要對地基進行人工加固處理，改善地基的工程性質(zhì)。處理軟土地基的方法多種多樣，不同的地質(zhì)條件適用性不同，如果處理不當，極易導致路基失穩(wěn)、過量沉降、縱橫向斷裂等病害。深層水泥攪拌樁技術(shù)是當前國內(nèi)處理軟土地基的重要方法，可以承受較大的加荷速率、抗豎向變形能力強，而且施工成本低、施工周期較短，目前在公路建設(shè)領(lǐng)域應用較為廣泛，在實際施工過程中，提高深層水泥攪拌樁的成樁質(zhì)量是一個難點和重點，這是工程實踐中亟待探索的一個課題，該文就公路軟基處理中深層水泥攪拌樁施工控制進行探討，旨在提升深層水泥攪拌樁的成樁質(zhì)量，提高公路軟土地基處理效果。

1 深層水泥攪拌樁的作用原理及存在的局限性

深層水泥攪拌樁是利用水泥、水配制成漿液等作為固化劑，用專用攪拌鉆機將固化劑等噴入軟土地基中，并將軟土與固化劑強制攪拌，利用固化劑與軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理化學反應，使軟土結(jié)成具有一定強度的水泥樁體而形成復合地基的一種施工方法[2]。這種攪拌樁技術(shù)可以有效提高地基的強度和承載力、平整度，但也存在一定的局限性：地面容易出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象，這與水泥的摻入量有一定關(guān)系，攪拌后的整合不夠堅固；樁身豎向分布不均勻，導致樁身強度不夠；樁身強度橫向分布不均勻，導致地基內(nèi)形成了成塊的水泥凝固體；樁間距較小，雖然會使路面更加堅固，但是樁土的協(xié)調(diào)性難以達到，同時也會增加工程的成本。

2 深層水泥攪拌樁的施工過程

2.1 施工準備工作

2.1.1 施工前期準備工作

（1）施工前組織施工人員對工程的設(shè)計圖紙和相關(guān)施工技術(shù)規(guī)定的學習和培訓，以加強施工技術(shù)人員對這個工程的整體把握，并結(jié)合工程地質(zhì)和水文氣象條件，制定施工組織設(shè)計，為后期施工提供計劃性指導，確保工程質(zhì)量和進度。

（2）施工場地準備：有效落實“三通一平”，即通水、通電、通路和場地平整。要求在水泥攪拌樁施工區(qū)內(nèi)清除障礙，合理布置施工機械、水泥儲料罐等，確保施工進程，提高成樁質(zhì)量。

（3）施工所采用的水泥應根據(jù)地區(qū)土質(zhì)及地下水質(zhì)所含化學物質(zhì)的腐蝕性，進行試驗，確定其種類、標號和用量，并分析水泥品種與地下水和有機質(zhì)的固結(jié)效果，以便為工程施工提供參考依據(jù)，建議使用國家免檢產(chǎn)品，確保水泥質(zhì)量，嚴禁過期、受潮、結(jié)塊、變質(zhì)的水泥。

（4）施工前，必須合理配置機械設(shè)備，且機械應具備良好的穩(wěn)定性能，經(jīng)驗收合格后使用。主要機具包括：攪拌樁機、配套水泥罐及噴漿系統(tǒng)、空氣壓縮機、流量計等。另外應配備適用的電腦記錄儀及配套打印設(shè)備，為后續(xù)施工提供數(shù)據(jù)資料，保證工程實施的科學性和規(guī)范性。

（5）水泥攪拌樁開鉆之前用清水清洗整個管道并適當加壓，檢查管道是否有堵漏，待水排進后下鉆，以免影響施工質(zhì)量。

2.1.2 工藝試樁

深層攪拌水泥樁有一定的適應性，為確保施工的科學性和加固地基的有效性，施工以前應通過試樁確定其適應性即是否符合采用深層攪拌樁技術(shù)。通過試樁，確定滿足設(shè)計量的各種設(shè)計參數(shù)：（1）滿足設(shè)計噴入量的各種參數(shù)如：鉆進速度、提升速度、攪拌速度、噴漿壓力、單位時間噴入量、兩次噴漿量的分配。（2）確定攪拌樁的均勻性，驗證預定的工藝流程。（3）掌握下鉆和提升的阻力情況，選擇合理的技術(shù)措施。（4）確定最佳噴漿量和漿液水灰比，提高成樁質(zhì)量和堅實度。（5）根據(jù)單樁承載力試驗確定適用于本工程的施工摻入比，校核復合地基承載力[3]。

2.1.3 參數(shù)設(shè)計及要求

（1）水泥摻入量：水泥摻入量除塊狀加固時可用被加固濕土質(zhì)量的7%～12%外，其余宜為12%～20%，水泥漿水灰比可選用0.45～0.55，水泥攪拌樁固化劑建議采用強度等級為32.5級及以上的普通硅酸鹽水泥。

（2）樁徑及樁長：豎向承載攪拌樁的長度應綜合考慮上部結(jié)構(gòu)對承載力和變形的要求等因素，最好能穿透軟弱土層到承載力相對較高的土層。為提高抗滑穩(wěn)定性而設(shè)置的攪拌樁，其樁長應超過危險滑弧以下2 m，水泥攪拌樁直徑不應小于500 mm，加固深度不宜大于20 m。

（3）加固范圍：水泥攪拌樁的布樁范圍可以限制在基礎(chǔ)平面內(nèi)，樁數(shù)不宜少于3根，柱狀加固可采用正方形、等邊三角形等布樁型式。

（4）褥墊層：復合地基應在基礎(chǔ)和樁之間設(shè)置褥墊層，厚度保證在200～300 mm，選用中砂、粗砂、級配砂石等材料，最大粒徑不宜大于20 mm。

（5）承載力：豎向承載水泥土攪拌樁在復合地基的承載力特征值可以通過現(xiàn)場單樁或多樁復合地基荷載試驗測定。單樁豎向承載力特征值應通過現(xiàn)場載荷試驗確定，應使由樁身材料強度確定的單樁承載力大于或等于由樁周土和樁端土的抗力所提供的單樁承載力。

2.2 施工工藝流程

制漿打樁可遵循以下流程：樁位放樣—鉆機就位—檢驗、調(diào)整鉆機—正循環(huán)鉆進至設(shè)計深度—打開高壓注漿泵—反循環(huán)提鉆并噴水泥漿—至工作基準面以下0.3 m—重復攪拌下鉆并噴水泥漿至設(shè)計深度—反循環(huán)提鉆至地表—成樁結(jié)束—施工下一根樁。

2.3 施工控制要點

（1）施工中如果下沉速度太慢，可以通過輸漿管適當送水稀釋土體，可以采用流量泵控制噴漿速度，注漿泵出口壓力保證在0.4～0.6 MPa。施工必須保證深層水泥攪拌樁垂直度，垂直偏差應小于1%，樁身偏差不得大于50 mm，成樁直徑和樁身不得小于設(shè)計值。如果達不到設(shè)計要求，必須進行復噴。

（2）攪拌提升速度和噴漿量必須嚴格按照試樁確定的參數(shù)執(zhí)行，為提高施工質(zhì)量和速度，減少原材料浪費，施工時應嚴格控制噴漿時間和停漿時間，保持噴漿的連續(xù)性，嚴禁中斷，如果因停電或機械故障等因素導致噴漿中斷，應及時記錄中斷時間和深度，12 h內(nèi)及時補漿復攪，補噴重疊段應大于100 cm，時間超過12 h應采取補樁措施。施工過程中如果出現(xiàn)噴漿量不足的情況，必須進行整樁復噴復攪，復噴漿量不小于設(shè)計值。水泥漿在儲料缺罐中攪拌12 h以上應降低其使用標號，確定補救方案。

（3）水泥攪拌樁施工應全面綜合考慮工程所在地區(qū)的地質(zhì)狀況和設(shè)計要求，選擇采用二噴四攪或二噴六攪工藝。為避免噴漿堵漏，第一次下鉆時可帶漿下鉆，噴漿量小于總量的一半，避免帶水下鉆。第一次鉆進和提升時一律采用低檔操控，復攪時可適當提高檔位。每根樁的成樁時間應根據(jù)當?shù)氐牡刭|(zhì)條件、樁身的長度及攪拌次數(shù)，以試樁成功的平均時間為標準，施工時噴漿壓力不小于0.4 MPa[4]。

（4）水泥漿應注意均勻攪拌、加篩過濾，現(xiàn)制現(xiàn)用，攪拌配合比：水灰比0.45～0.55，水泥摻入量12%/m，每米摻灰量46～75 kg，高效減水劑為石膏，摻量為0.5%。停放時間不得超過兩個小時。重點加強對水泥用量的控制，水泥漿拌制的罐數(shù)、壓漿過程是否存在斷漿現(xiàn)象、噴漿攪拌時間、復攪次數(shù)及深度。每臺機械配備的電腦記錄儀應及時監(jiān)控施工流程，同時配備水泥漿比重測試儀，以便隨時檢查水泥漿水灰比及用量是否符合設(shè)計要求。

（5）為保證水泥質(zhì)量攪拌樁樁端、樁頂及樁身的質(zhì)量。第一次提鉆噴漿時，樁底必須進入持力層0.5 m，然后在樁底部停留30 s，進行磨樁端，余漿在上提的過程中全部噴入樁體，且應在樁頂部位進行磨樁頂30 s左右為宜。

2.4 質(zhì)量檢驗

成樁3天可采用輕便動力觸探（N10）檢驗攪拌均勻性。成樁7天后，采用淺層開挖樁頭目測檢查攪拌均勻性、整體性及外觀質(zhì)量，質(zhì)量標準為：樁體圓勻，無縮頸和回陷現(xiàn)象；攪拌均勻，凝體無松散；群樁樁頂齊，間距均勻。并檢測成樁直徑，開挖深度為停漿面以下1.5 m處。水泥攪拌樁成樁28 d后，鉆芯取樣做無側(cè)限抗壓強度試驗，每根樁取三處，即距樁頂及樁底1.0 m，樁中間，每處取2個試件。成樁28 d后，抽檢單樁或復合地基承載力[5]。水泥攪拌樁施工允許誤差參照JTGF10-2006《公路工程施工技術(shù)規(guī)范》質(zhì)量標準見表1。

3 工程案例分析

3.1 工程概況

某高速公路全長1600 m，其中某一地段為典型軟弱地基地段，全長119 m。經(jīng)地質(zhì)勘探，該段內(nèi)為低液限黏土。黃褐色，濕～飽和，稍密～中密，軟塑～流塑狀，間夾低液限粉土，土質(zhì)松弱。經(jīng)實驗室測定，天然含水量為21.7%，液限：35.3%，塑限：18.2%，塑性指數(shù)：17.1，天然密度：1.80 g/cm3。

3.2 地基處理方案的優(yōu)化選擇

施工前，確定了三種方案：深層水泥攪拌樁、袋裝砂井或塑料排水板軟基處理、土工布或土工格柵軟基處理。第一種方案適用于強度低、壓縮性和排水性能差的軟土，尤其是20 m深度范圍內(nèi)無理想持力層的軟土地基。第二種方案適用于軟土厚度大、路基穩(wěn)定、填土高的軟土地基。第三種方案適用于沉降量不大的路基。通過對本工程的環(huán)境條件、地質(zhì)水文條件、施工可行性和技術(shù)經(jīng)濟指標的綜合分析，選擇第一種方案加固處理該段軟土地基，該方法能使樁、土體形成復合地基，大大降低了樁間土的應力，提高地基的強度和承載力。處理路基平均寬度為46 m，處理深度為7 m，樁徑50 cm，樁距120～180 cm漸變。

3.3 施工技術(shù)要求

根據(jù)《公路軟土地基路堤口設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》，水泥攪拌樁在施工前先進行一段試驗段，檢驗其效果，再根據(jù)成樁試驗確定技術(shù)參數(shù)進行施工：28 d無側(cè)限抗壓強度不低于1.5 MPa，90 d單樁極限承載力不小于150 KN，單位復合地基承載力不小于150 kPa。設(shè)計要求進入持力層1 m，水泥摻入比大于12%，每米水泥用量50 kg。具體的施工工藝流程為：首先進行施工準備，包括機械設(shè)備、原材料準備、組織勞動力、現(xiàn)場準備、樁位放樣；施工采用“二噴三攪”工藝，原地面平整后，清除障礙，低洼場地回填黏土；鉆機移位到制定樁位，保持鉆機架垂直，支墊穩(wěn)固；啟動攪拌機，使攪拌機沿著導向架旋轉(zhuǎn)切土下沉，隨時監(jiān)控下沉速度，開鉆前，用清水沖洗管道并檢驗管道中有無堵塞，水排盡后下鉆；待攪拌機下沉到一定深度，拌制水泥漿，充分拌勻，待壓漿前將其倒入集料斗內(nèi)，用擠壓式灰漿泵壓入膠管送到深層攪拌機的鉆桿內(nèi)，最后射入攪拌葉的出漿口；提升噴漿攪拌，注意提升速度；攪拌機提升至設(shè)計加固深度的頂面標高時，進行二次噴漿攪拌；重復攪拌下沉；攪拌提鉆；最后向集料斗加入清水，開啟灰漿泵，清洗水泥漿殘留和粘附在攪拌頭上的軟土；最后移位，重復上述步驟，進行下一根樁的施工。總體施工參數(shù)：噴漿壓力控制在1.0～1.3 MPa，噴漿量控制在30 ml/m，鉆速控制在60 r/min，提升速度控制在0.6 m/min，下鉆速度控制在0.75 m/min，水泥漿比重：1.749，水灰比：0.5。

3.4 工程質(zhì)量檢驗與控制

在施工過程中，對原材料質(zhì)量嚴加控制，保證施工的科學性和規(guī)范性，水泥在出廠合格的基礎(chǔ)上，按規(guī)定頻率取樣復檢，其性能指標均達到工程設(shè)計的質(zhì)量要求。開挖檢查，檢測數(shù)據(jù)在50～54 cm內(nèi)；鉆芯檢測結(jié)果顯示，芯樣完整連續(xù)、水泥分布均勻、呈長柱狀；樁體試件無側(cè)限抗壓強度測試及載荷試驗均滿足設(shè)計要求，可以大面積施工，全線共計施工3659根樁，總體評價工程實施效果良好。

4 結(jié)語

深層水泥攪拌樁處理軟土地基，施工操作較為簡便、無環(huán)境污染、耗費成本低、施工周期較短，主要適用于軟黃土、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土和雜填土等天然含水量大于30%的土體加固[6]。在施工過程中必須結(jié)合工程的實際地質(zhì)條件與以往經(jīng)驗數(shù)據(jù)，通過試樁對設(shè)計參數(shù)進行驗證和必要修正，合理選擇機械設(shè)備、噴攪工藝，進行科學合理的施工工藝流程，并進行大面積的施工的質(zhì)量監(jiān)控和檢測，抓好每一個施工環(huán)節(jié)，采取科學有效的監(jiān)控手段，控制水泥攪拌樁的成樁質(zhì)量，從而提高軟土地基處理效果。

參考文獻

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[5]岳中成.軟基處理水泥深層攪拌樁質(zhì)量問題原因及防治措施[J].城市建設(shè)理論研究，2012（19）.

[6]李綱軍.水泥深層攪拌樁處理軟基的質(zhì)量控制措施[J].山西建筑，2009（17）.