水泥攪拌樁的成樁質量影響

(西藏大學 西藏 拉薩 850000)

水泥攪拌樁的成樁質量影響

齊磊

(西藏大學西藏拉薩850000)

通過對水泥土攪拌樁的樁身的研究，分析了水泥土攪拌樁的施工過程、固結原理以及影響樁身的強度問題，得出了水泥攪拌樁的固結是由水泥的水解和水化反應、離子交換和團粒化作用、水泥的凝結與硬化、碳酸化作用等4個方面構成；影響樁身強度的主要是水泥摻入比、水灰比、含水率、有機質等。

成樁質量；固結原理；強度分析

一、引言

在改革開放以后，我國經濟的發展有了很大的提高，與此同時在工程建設方面的技術要求也會相應的增強。所以當前我國在施工過程中會面臨極為復雜的地基問題，軟弱地基的承載力很低，受到荷載作用后會產生很大的變形，且不能及時的穩定，必須經過人為的方法來進行改善和處理。軟弱地基的處理往往決定了工程的造價、質量、工期等。通常，加固軟弱地基的方法就是水泥土攪拌樁加固法。

二、水泥土攪拌樁的概念

(一)水泥土攪拌樁工作原理。通過水泥攪拌樁，在地基的深部將水泥和土體攪拌均勻，攪拌范圍內的軟土和固化劑發生物理和化學作用，使得成為具有整體性、水穩性的水泥加固體并有一定的強度。

(二)水泥土攪拌樁技術。1.水泥土攪拌法按施工工藝分為：第一種為漿液噴射法，最終得成的水泥加固體稱為深層攪拌樁：第二種為粉體噴射法，形成的水泥加固體稱為粉噴樁。2.漿液噴射法施工程序：①水泥土攪拌樁樁機定位、對中、調平。將攪拌樁放置施工位置后，要再一次進行定位和對中，同時利用水準儀進行調平，保證施工開展的正常有序。②調整導向架垂直度。水泥土攪拌樁在進行工作時，導向架的垂直度極為重要，因此在進行定位、調平和對中后，要采用經緯儀調整導航架垂直度，按照規定:垂直度小于樁長的1.0。③提前拌制工程漿液。水泥土攪拌機在施工工作時要進行下沉作業，因此要提前拌制漿液，確保工作的正常開展。根據要求，水泥和水的比例要控制在0.45～0.50之間，為了確保工程質量，每米水泥土攪拌樁的水泥使用量不得低于50kg。

(如圖1-1)

3.粉體噴射法施工程序。①定位：平整場地將攪拌機移到樁位調平機位、對中。將場地整理平順，再把水泥土攪拌機平移到樁位地點，然后調平機位、對準。②預攪鉆進下沉：啟動攪拌攪機電機，使鉆頭正向轉動鉆進勻速下沉至設計標高為止。開啟攪拌樁電機，讓鉆桿鉆頭勻速鉆至設計的標高位置。③噴粉攪拌提升，當深層攪拌機下沉到設計深度時開啟空壓機待氣粉混和物到達噴口時按確定的提升速度開動鉆機反鉆邊噴灰，邊提升攪拌機。當鉆桿鉆頭鉆至設計的位置時，啟動空壓機等氣粉混合物到鉆頭時，再勻速提升且開啟鉆機反鉆噴灰。④重復攪拌：攪拌機噴灰反轉提升至原地面以下50cm時，關閉空壓機。為使軟土和固化劑攪拌均勻，再次將攪拌機鉆進下沉，直至設計深度，再將攪拌機按規定速度反轉提升出地面。⑤移位，準備打下一根樁。

三、水泥土攪拌樁的加固原理

在水泥加固土中，介質土的存在尤為關鍵。因水泥摻量稀少，水泥的水化與水解反應必須在土的情況下進行，同時水泥加固土的強度增長緩慢。

(一)水泥的水解和水化反應。在水泥加固軟土進行充分攪拌時，水泥表面的礦物顆粒與土中的水發生水化和水解作用，反應生成得水化產物有氫氧化鈣、含水硅酸鈣等，且與外圍的水泥顆粒繼續發生反應。

(二)離子交換和團粒化作用。土體和水結合過程中，形成了膠體分散系，具體了膠體的特征。當粘土中的二氧化硅與水發生反應后，其土體的表面帶有鉀離子或者鈉離子，從而能和水泥水化反應后產生的氫氧化鈣進行再一次作用產生了吸附的效果，使得土顆粒逐漸變大，土體強度得到提升。

水泥水化后生成的膠凝顆粒分散開來，其表面積迅速擴大，使得表面能吸附活性增強，土顆粒得到擴大，也使各土顆粒的縫隙逐漸閉合。從宏觀上來看，水泥土的強度得到了很大的增強。

(三)水泥土的凝結與硬化。水泥土的凝結與硬化是處于不同的過程，凝結代表著水泥具有了塑性強度而失去了流動性。水泥的水化反應不斷進行，溶液中有大量的鈣離子溢出，從而超過了反應的需求量，鈣離子在堿性的環境下與土體中的三氧化二鋁和二氧化硅進行化學反應，其產物是不溶于水的化合物。該化合物在水和空氣中漸漸的硬化，使得水泥土強度進而增強。同時因為物質其結構密實，還有防水性的優點。

水泥加固軟土的強度主要是由水泥水解水化物的交接作用，使得土體內部形成了膠結結構。不過在實際的工程中，強制攪拌的過程中水泥攪拌樁的原狀土塊和水泥塊的粒徑大小不一。攪拌的越充分，土塊被攪拌的越小，水泥和土塊粘合的就越均勻，水泥與土體的結構就越密實，水泥土攪拌樁的強度也就更高。

四、水泥土攪拌樁強度影響

決定水泥土攪拌樁成樁質量的決定性因素就是強度，而影響樁身強度則有很有方面，比如水泥摻入比、水灰比、含水率、有機質等。

(一)水泥摻入比的影響。不同的水泥摻入比對應的水泥土強度差異很大。李琦通過做出的實驗，得出在對于不同的水泥摻量，無側限抗壓強度隨齡期的增長幅度卻不同。

(二)水灰比的影響。當土的天然含水率低于水泥土的最佳含水率時，水泥土強度隨著水灰比的提高而提高；當天然含水率遠大于最佳含水率時，強度隨著水灰比的提高而降低。Fook-Hou Lee，Yeong Lee，Soon-Hoe Chew，and Kwet-Yew Yong等引入了同時使用水灰比和土灰比的概念來反應固化土強度和模量的變化。

(三)含水率的影響。水泥土固化作用中一系列水化反應必須在水的作用下發生，土體的含水率直接影響水化反應發生的速度及水化產物的量，影響水泥土的物化特性，即改變了水泥土的強度。

五、結語

水泥作為水泥攪拌樁的核心固化劑，由于不同的土質造成了加固效果不同;施工方法的不同以及在施工過程產生的損耗;水泥摻入比、含水率、水灰比、有機質的不同也會對具體的工程產生不同強度影響，所以決定了水泥攪拌樁成樁的質量。

[1]李琦.深圳地區海相淤泥水泥土強度特性的研究[D].北京；鐵道科學研究院，2005.

[2]荀勇.有機質含量對水泥土強度影響與對策[J].四川建筑科學研究,2000,26(3):58-60.

[3]饒彩琴，黃漢盛.深圳軟土水泥土抗壓強度的影響因素研究[J].華中科技大學學報：城市科學版，2009，26(2)：99-102.

齊磊(1992-)，男，漢族，安徽省滁州市人，工學碩士，西藏大學工學院建筑與土木工程專業，研究方向巖土工程。