水泥攪拌樁復合地基分析與應用

鞏 燕 李晶晶 葛 飛 宋艷艷 王華瑞

（1.西平縣建筑工程勘測設計室，河南 西平 463900；2.西平縣城市規劃設計室，河南 西平 463900）

0 引言

水泥攪拌樁是加固飽和軟土地基的一種方法，利用水泥和軟土之間產生的物理化學反應，將軟土加固成具有整體性、水穩定性、強度高的地基。加固過程充分利用了原土地基，具有施工方便、成本低、加固軟土較深的優點。

水泥深層攪拌有干法和濕法兩種，區別在于干法往土體中加入的是水泥粉，而濕法加入的則是水泥漿，可以根據軟土中含水量確定采用哪種方式。水泥的攪拌法能在邊坡支護、水利工程、復合地基中廣泛應用，通過攪拌樁形成的水泥墻、防滲墻具有良好的支護、防水作用，對提高地基承載力，減小地基變形有很好的效果。但目前對水泥攪拌樁法的加固機理和破壞機理等理論研究還存在一定的缺陷，在應用過程中會遇到各種問題，通常在施工時先通過試驗室和現場的荷載試驗、原味測試等來確定攪拌樁的適用性、施工工藝以及技術參數等。

1 水泥攪拌樁復合地基的工程特性分析

1.1 水泥攪拌樁復合地基的加固機理

水泥和軟土的硬化機理和水泥混凝土的硬化有一定的不同，在混凝土中主要是水泥的水解和水化作用，凝結速度和強度提高都比較快，在軟土中水泥摻加量大概占到土體的15%，相對含量少，拌和上也達不到混凝土的充分程度，加上軟土的松散，具有一定的活性，導致水泥的硬化復雜，過程緩慢。其加固土體的機理通常有以下三個過程：

水泥水解和水化反應，主要受到含水量的影響，在土體含水率小時如果采用干法施工，會造成，施工難度大，水泥不能充分水解和水化，影響加固效果。

粘土顆粒和水泥水化產物的作用，水泥水化反應的產物會和土體產生離子交換和凝結作用，水泥水解和水化越徹底，硬化效果就越好。

碳酸化作用，通過水泥水化產物的膠結作用，加強土體的強度，在施工中要強制攪拌，避免出現土塊和水泥團，攪拌越充分，混合土越均勻，土體總體強度就越大。

1.2 水泥攪拌樁復合地基的破壞形式

樁間土的破壞主要發生在淺層土體，樁體通常不會出現單個的破壞現象，在個別樁體達到承載力極限狀態后，其他樁會分擔更多的上部荷載，在多數樁體沒有達到承載力極限狀態時，很少會發生單個樁體的破壞、下沉。

根據水泥攪拌樁的應力應變曲線，可以將復合地基的破壞形式分為幾個階段，在加荷載初期，水泥攪拌樁首先達到允許承載力，隨著荷載的不斷增大，樁體承受大于本身的允許荷載，但樁間土還在允許荷載范圍內，接著樁和樁間土會相繼達到極限狀態，最終導致樁下的剪切面擴大，形成連續的一個破壞面，這時的荷載也即是復合地基的極限承載力。

2 水泥攪拌樁的施工工藝

2.1 深層攪拌樁的施工

法通過深層攪拌機械，將地基深層土體和水泥系固化劑進行強制拌和，形成水泥土圓柱體。施工工藝上有水泥漿液攪拌法、水泥粉體攪拌法、夯實水泥土樁法以及高壓旋噴攪拌法等。

用到的施工機械設備有深層攪拌機、制備固化劑系統以及起吊設備。目前常用的深層攪拌機有SJB-30型深層雙軸攪拌機、DJB-1D4型深層單軸攪拌機和SZB-600型深層單軸攪拌機。選擇時要根據施工工藝、樁體尺寸等確定。

施工流程包括：起重機定位—預攪下沉—制備水泥漿—提升噴漿攪拌—重復上下攪拌—清洗管路—機具移位。施工時要保證灰漿的輸送量，起吊設備要保持平衡，保證電壓穩定和水的溫度不易太高，施工開始后要連續進行，暫停復工時要將攪拌頭下沉到已完成點0.5米，在較硬土層上采用沖水方式時要考慮含水量增加對樁體強度的影響?？刂茦扼w的水平偏差不超過50mm，傾斜度不超過1%，樁徑偏差小于4%。記錄每次攪拌頭下沉的深度和提升時間，下沉深度誤差不超過10cm，時間誤差小于5s。

2.2 粉噴樁施工

施工機械主要有粉塵發射器、空氣壓縮機、攪拌鉆頭和鉆機。施工流程為將鉆機就位對中—下鉆—提升噴射攪拌—下沉重復攪拌—鉆機移位。

施工時要檢查各項儀器、設備完好，施工過程連續進行，需要搭接時中間間隔時間不能超過8h，停電等意外情況發生時，要在設計部門的指導下，采取相應的補救措施。在強度低的含水軟土中，要防治空氣壓縮帶來的土體液化，在下鉆的同時噴射水泥粉，改善土體的稠度。在噴粉時為了保證正常進行，要使灰缸內內氣壓稍大于管道氣壓，施工中時刻觀測機械狀況，出現問題時及時停鉆檢查，情況嚴重時要重新鉆打。

3 水泥攪拌樁施工中常見問題和質量控制措施

3.1 施工中常見問題的處理

深層攪拌樁和粉噴樁在施工過程中如果操作不當，很容易出現翻灰、翻漿、噴射和攪拌不均勻以及沉樁等現象，影響加固效果。

施工前要認真了解軟土的特性，知道應該注意的關鍵操作，嚴格按照施工工藝進行，對常見的問題要等及時處理。通常造成出現翻灰、翻漿的問題發生在有硬粘層夾層的地段和承壓滯水層地段，采用正向鉆進和反向鉆進相結合的方式快速穿過夾層，搞清楚承壓水的范圍和的厚度，在樁間設置排水孔等。針對攪拌不均勻的情況要降低提鉆速度，加強工程管理，在樁頂三分之一的樁長要進行復噴。

3.2 質量控制措施

施工前的質量控制，施工前要對使用的材料、機械設備做好檢測工作，施工人員進行技術交底，熟悉操作過程以及出現問題的應急措施。進行室內試驗和原位測試，對施工工藝提前驗證。

施工過程中，做好配合比試驗設計，篩除水泥中的塊體，攪拌時防治水泥漿的離析，對軟土進行預攪，保證拌和的均勻性。在壓漿時保持連續性，保持管道的暢通，不能發生堵塞現象，控制攪拌的下沉和提升速度，以利于加固范圍內都得到充分攪拌。施工機械要保持平整，導向架垂直于地面，水泥攪拌樁作為支護和隔水結構時，保證施工段的額連續性，相鄰樁的施工間隔不能超過24小時。

成樁后的質量檢查，檢查施工的原始記錄是否符合標準要求，對樁體進行抽檢開挖，通過樁體的外觀，判斷拌和狀態、均勻性等。也可以利用鉆探取芯的方式，檢查拌和程度以及樁長，將取出的試樣同室內試塊進行比較，從室內試塊強度推斷復合地基的承載力值。原位測試手段采用標準貫入度等觸探方式對樁體進行強度檢查。對承受豎向荷載的攪拌樁可以采用現場的荷載試驗驗證單樁承載力。

在使用過程中，定期的進行沉降觀測和側向位移觀測，檢驗加固效果。

4 水泥攪拌樁復合地基在工程中應用

工程中應用水泥攪拌樁加固土體時，不僅要求常規的工程地質勘查，還要對填土層的組成、含水量以及有機質含量詳細查明。確定各層土體的承載力特征值，計算有效樁長、樁身參數、置換率、樁數，選擇合適的布樁形式，確定加固范圍，并對定期觀測沉降變形情況。

工程應用中影響水泥攪拌樁的主要因素有樁長、水泥摻加量、置換率和加荷速度四個主要方面。樁長增加后，加固層和下臥層會共同承擔復合地基的變形，從而減小整個地基的沉降量，但當樁長增加到一定幅度時，減低效果就不在明顯，所以要控制樁長在一個最優的范圍內。水泥摻加量較少時，沉降會明顯增加，但當大于一定比例時，對降低沉降的效果就不在顯著，所以施工時不能盲目增加或減少水泥用量；置換率越大，雖然沉降減小，但花費較大；加荷速度過快，可能引起孔隙水壓力過大，壓力消散慢，成樁后很長一段時間沉降不穩定。

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