淺談水泥土攪拌樁的設計與施工

熊強

摘要：本文介紹了采用水泥土攪拌樁法進行軟土地基處理的設計方法和基本步驟，對水泥土攪拌樁的施工進行了簡單闡述。

關鍵詞：單樁豎向承載力特征值；復合地基的承載力特征值；水泥土攪拌樁施工

1 前言

軟土含水量高、孔隙比大、抗剪強度低、壓縮性高、滲透性差、沉降穩定時間長。由于軟基地質條件較差，對路基沉降及穩定性有較大影響，可采用水泥土攪拌法進行處理。水泥土攪拌樁最適宜于加固各種成因的飽和軟粘土，但對于塑性指數Ip>25的粘土、泥炭土、有機質土、PH值小于4時，必須通過現場試驗確定其運用性。

2 設計要求及方法

固化劑宜選用強度等級為32.5級及以上的普通硅酸鹽水泥，水泥土攪拌樁法的水泥漿水灰比可選用0.45～0.55。水泥土攪拌樁法的設計，主要是確定攪拌樁的置換率和長度，豎向承載攪拌樁的長度應根據上部結構對承載力和變形要求確定，并宜穿透軟弱土層到達承載力相對較高的土層。

2.1 單樁承載力計算

攪拌單樁的設計步驟一般可分為三種情況：

（1）當擬加固場地的土質條件、施工機械因素等限制攪拌樁施工深度時，應先確定樁長，根據樁長計算單樁容許承載力，然后再確定樁身強度，并根據水泥室內強度試驗資料，選擇相應的水泥摻入比；

（2）當攪拌加固深度不受限制時，可根據室內強度試驗資料選擇水泥摻入比，確定樁身強度，再根據選定的強度，計算單樁承載力，然后求樁長；

（3）直接根據上部結構對地基的要求，先選定單樁承載力，即可求得樁長和樁身強度，然后根據室內強度試驗資料，確定水泥摻入比。

單樁豎向承載力特征值應通過現場荷載試驗確定，初步設計時可按公式（2-1）估算，并同時滿足公式（2-2）的要求。

（2-1）

（2-2）

2.2 攪拌樁復合地基承載力計算

豎向承載水泥土攪拌樁復合地基的承載力特征值應通過現場單樁或多樁復合地基荷載試驗確定，初步設計時可按公式（2-1）估算。

（2-3）

2.3 樁數的計算

對于采用柱狀加固時，可采用正方形或者等邊三角形進行布樁，總樁數可按公式（2-4）計算。

（2-4）

3 設計示例

某工程要求單樁復合地基承載力≥150kPa，樁身無側限抗壓強度R90=2.0MPa。處理范圍為60m×40m，相關數據如表3-1所示：

表3.1 各土層物理力學性質指標表

3.1 單樁豎向承載力特征值及樁長計算

采用水泥土攪拌樁法進行地基處理取η=0.3，取樁徑d=0.5m。

不考慮樁端土承載力，則有：

，可得 ，故取設計樁長為L=10m。

3.2 復合地基承載力特征值計算

取單樁承載力發揮系數λ=1，取樁間土承載力發揮系數β=0.7。取樁間距s=1.1m，按等邊三角形布樁，則一根樁分擔的處理地基面積的等效園直徑為dc=1.05s。

則面積置換率 =（0.5/（1.05×1.1））2=0.1874

則

樁數

4 水泥土攪拌樁施工

水泥土攪拌樁施工場地應予以平整，清除地上和地下的障礙物。遇有池塘及洼地時應抽水和清淤，回填粘性土，并壓實，不得回填雜填土和生活垃圾。攪拌頭翼片數、寬度、與攪拌軸的垂直夾角、攪拌頭的回轉數、提升速度相互匹配，以確保加固深度范圍內土體的任何一點均能經過20次以上的攪拌。豎向承載水泥土攪拌樁施工時，停漿面應高于樁頂設計標高300～500mm。在開挖基坑時，應將水泥土攪拌樁頂端施工質量較差的樁段用人工挖除。施工中應保持攪拌樁機地盤的水平和導向架的豎直，樁體垂直偏差不得超過1%，樁位偏差不得大于50mm，成樁直徑和樁長不小于設計值。

4.1 施工組織

（1）施工準備

根據工程地質勘察資料，進行室內配合比實驗，結合設計要求，選擇最佳水泥插入比，確定施工工藝參數。清理施工現場地面、地下及空中障礙，場地低洼時應抽干積水和挖除表面淤泥。按設計要求進行現場測量放線，定出施工樁位，并在施工樁位處打入小木樁。

（2）場地布置

根據施工現場實際情況，要因地制宜搭設安裝灰漿拌制的操作棚。且考慮泵送距離不宜大于100m。

（3）勞動組織

每臺攪拌樁機械由班長、機械操作手、泵送工、記錄員、拌漿工及供料工7人組成。此外還應配置機修工和電工，保證施工的正常快速進行。

（4）正式施工前的工藝性試樁

工藝性試樁的目的是：確定滿足設計固化劑摻入量的各種操作參數；驗證攪拌均勻程度及成樁直徑；了解下鉆阻力情況，并采取相應措施。

因施工現場土質、含水量、水泥品種及標號不同，因而在正式施工前應組織進行工藝性試樁，再最后確定水泥摻入比、攪拌機鉆進/提升速度、復攪深度、攪拌轉速及管道壓力等參數。

4.2 施工順序

（1）就位

攪拌機械運至工地后，先安裝調試，待轉速、空氣壓力及計量設施正常后，攪拌機械到達指定樁位，使鉆頭中心對準設計樁位。

（2）預攪下沉

鉆頭對準設計樁位后，待攪拌頭轉速正常后，邊旋轉邊切土下沉，直至加固深度。

（3）制備水泥漿

待攪拌機下沉到一定深度時，即開始按設計確定的配合比拌制水泥漿，壓漿前將水泥漿倒入泥漿池。

（4）噴漿攪拌提升

待下沉到設計深度后，開始噴漿，邊噴漿邊旋轉攪拌鉆頭，并嚴格按設計確定參數控制攪拌機的提升速度。

（5）重復攪拌下沉和提升

為使軟土和水泥漿攪拌均與，可再次使攪拌機邊旋轉邊沉入土中，至設計加固深度后再將攪拌機邊旋轉邊提升至地面。

（6）移位

將攪拌機移至下一施工樁位，重復（1）～（5）的操作，進行下一根樁施工。

5 質量保證措施

（1）水泥漿液嚴格按配比控制。制備好的漿液不得離析，不得放置時間過長（時間不超過兩小時）。每個水泥漿拌制點配備水泥漿比重測定儀，便于隨時檢查水泥漿濃度是否符合要求。

（2）施工樁位處必須打入小木樁進行標記，確保按設計樁位施工。通過在鉆桿支架上懸掛吊錘的方式控制鉆桿垂直度，保證樁體豎直度。

（3）泵送漿液前，管路應保持潮濕，以利于漿液的輸送。每臺漿泵必須配置壓力表，保證按確定的管道壓力參數進行施工。

（4）根據工藝性試樁確定的時間參數進行施工，嚴格控制鉆進速度、提升速度及復攪速度。

（5）供漿必須連續，漿液拌和均勻。一旦因故停漿，應將攪拌頭下沉至停漿點一下0.5處，待恢復供漿時再進行施工。如停機超過三小時，應先拆卸輸漿管路，并加以清洗。

（6）噴漿量及攪拌深度必須采用國家計量部門認證的監測儀器進行自動記錄。

參考文獻：

[1]張永鈞.《建筑地基處理技術規范》GJ79-2002內容簡介[J].施工技術，2003，32（1）：63-64.

[2]佚名.《地基處理手冊》（第三版）出版[J].地基處理，2008（2）：69-69.