水泥攪拌樁配合比設計及應用

中鐵二局集團有限公司，四川 成都 610000

1 工程概況

新建鐵路玉溪至磨憨線站前工程22 標位于西雙版納勐臘縣境內。標段屬丘侵蝕剝蝕構造低-中山地貌，地勢平緩，地形波狀起伏，丘坡上覆土層較厚。上覆第四系全新統人工填土（Q4 m1）粉質黏土，沖洪積（Q4a1+p1）粉質黏土，細砂、粗圓礫土、坡殘積（Q4d1+e1）粉質粘土等；下伏基巖為下第三系勐野井組（E1m）泥巖夾砂巖、鹽巖含石膏。標段部分路基段采用水泥攪拌樁加固處理，設計樁徑0.5m，樁間距1.1m、1.2m，膠凝材摻量不小于土體質量的18%，水泥：粉煤灰4：1，水膠比宜為0.45～0.55；要求28天后單樁承載力不低于100kN，復合地基承載力不低于150kPa，無側限抗壓強度不低于1.2MPa；攪拌樁采用正三角形布置形式，進入持力層不小于0.5m。

2 試配方案及參數確定

按膠凝材料摻量為12%、14%、16%、18%、5%、7%、9%、11%、19%、20%、23%、26%分別做十二個試配實驗方案。已知設計攪拌樁直徑為0.5m；通過試驗取得土體天然含水為：22.6%，土密度為：1970kg/ m3；設定水泥：粉煤灰=4：1，水膠比為：0.5。以方案一膠凝材料摻量為12%時為例計算試配參數如下：

（1）膠凝材料用量=1970×12%=236kg/ m3；

（2）水泥=236×80%=189kg/m3；

（3）粉煤灰=236×20%=47kg/m3；

（4）已知水膠比為0.5，則用水量為：236×0.5=118kg/m3；

（5）因室內試拌與現場施工不一致，現場施工把天然含水加在土體里，室內試拌采用干土，則扣除了天然含水，現將土體里22.6%的含水加入用水量里，則得出：

1970/（1+22.6%）=1607kg/m3

W=236×0.5+1970-1607=481kg/m3

試拌10L，各材料用量為：

水泥=0.189 kg/ L×10L=1.89kg

粉煤灰=0.047 kg/ L×10L=0.47kg

水=0.481 kg/ L×10L=4.81 kg

土=1.970 kg/ L×10L=19.7 kg

每m 各材料用量為：

土體的質量=3.1415×0.25×0.25×1×1970=387kg

膠凝材料的摻量=12%×387=46kg

水泥=46×80%=37kg

粉煤灰=46×20%=9kg

水=46×0.5=23kg

3 水泥攪拌樁試驗樁方案

試驗樁采用“兩噴四攪”施工工藝，打樁機攪拌下沉到達設計深度后，開啟灰漿泵，加至壓漿壓力，為保證樁底水泥土攪拌均勻、密實，樁底停噴30s 并噴嘴壓力達到0.4MPa 后再勻速攪拌提升攪拌頭。提升過程中始終保持送漿連續，中間不得間斷，保持注漿泵壓力為0.5MPa，提升速度控制在1.5m/min 左右，攪拌速度控制在40r/min，上升至樁頭后持續攪拌30s，并攪拌噴漿至樁頂以上30cm。從開始提升至樁頂攪拌30s 結束，并記錄鉆樁時間［1］。

4 水泥攪拌樁試驗樁檢測

4.1 檢測方案

綜合現場情況確定采用單樁豎向抗壓靜載試驗確定單樁豎向抗壓承載力極限值，采用復合地基靜載試驗評判復合地基承載力特征值能否滿足設計要求，采用無側限抗壓試驗確定樁身強度。檢測點位設置從最少水泥用量試樁組開始，逐步向高一等級水泥用量推進。

4.2 檢測方法及操作

4.2.1 單樁靜載檢測

①加載分級：每級加載約為預估極限荷載的1/10，第一級按2 倍分級荷載加載。②沉降觀測：每級加載后5、10、15min各測讀一次，以后每隔15min 測讀一次，累計1h 后每隔30min測讀一次。③沉降相對穩定標準：每一小時的沉降量不超過0.1mm，并連續出現兩次（由1.5h 內連續三次觀測值計算），認為已達到相對穩定，可加下一級荷載。④卸載與卸載沉降觀測：每級卸載值為每級加載值的2 倍。每級卸載后隔15min 測讀一次殘余沉降，讀兩次后，隔30min 再讀一次，即可卸下一級荷載，全部卸載后，隔3h 再讀一次。

4.2.2 復合地基靜載檢測

（1）加、卸載等級劃分：加載分8 級、卸載共分4 級進行。

（2）沉降觀測：每加一級荷載，按10、10、10、15、15min讀記壓板沉降一次，以后按每半小時讀記一次。

（3）沉降相對穩定標準：當1h 內沉降量小于0.1mm 時，并連續出現兩次，認為該級已達到相對穩定，可進行下一級加載。

（4）卸載級數可為加載級數的一半，等量進行，每卸一級，間隔半小時，讀記回彈量，待卸完全部荷載后間隔三小時讀記總回彈量。

4.3 檢測結果

水泥攪拌樁試樁現場檢測結果為：單樁豎向抗壓靜載力試驗3 點（73kg/m 級膠材用量為19%的試樁1 根、77kg/m 級膠材用量為20%的試樁2 根）；復合地基靜載力試驗3 點（73kg/m 級膠材用量為19%的試樁2 根、77kg/m 級膠材用量為20%的試樁1 根），無側限抗壓試驗3 根（73kg/m 級膠材用量為19%的試樁1 根、77kg/m 級膠材用量為20%的試樁1 根、89kg/m 級膠材用量23%的試樁1 根）。

根據規范要求取s/b ＝0.008 所對應的壓力，各試驗點復合地基承載力特征值應取s=8.8mm時所對應的荷載。本次試驗選取3 根攪拌樁進行鉆芯取樣，樁號為90-8#、90-15#、90-17#，分別對應的膠材用量為73kg/m、77kg/m、89kg/m。現場觀察芯樣較完整、連續、均勻。每根樁截取上、中、下部芯樣進行室內無側限抗壓，抗壓強度代表值分別為2.0MPa、2.3MPa、2.5MPa，滿足設計要求。

5 結論

玉磨鐵路水泥攪拌樁嚴格按照配合比設計與施工工藝實施試驗樁，以19%、20%、23%摻量試驗樁檢測結果驗證了配合比參數和施工工藝。檢測結果均滿足設計要求，證明了配合比設計科學合理，為后續水泥攪拌樁大面積施工應用提供了可靠依據，大幅降低了工程造價成本，實現了資源利用率，同時確保了工程質量。