水泥攪拌樁在軟土地基加固中的應用

楊 斌

(湖南城市學院土木工程學院，湖南 益陽 413000)

廣東、浙江等濱湖三角洲城市的軟土地區分布較廣，這些區域含有大孔隙、高含水率的淤泥質黏質土、泥炭或有機質土等軟土層。在軟土地區建成的道路會經常出現一系列病害：如路基會因為承載力不足出現不均勻沉降而導致路面出現裂縫或橋頭跳車等問題的現象較為顯著。

珠江三角洲地域內存在大量的海相沉積軟土，該地域范圍內的軟土具有：滲透性低、含水率高(80%～100%)、孔隙比大等特性[1]，這些特性使得在該地區進行工程建設時會存在著極大的挑戰。高壓縮性以及低滲透性使得沉降的時間漫長且沉降量大，因此在前期施工階段須對地基進行大規模的處理[2]。軟土地基的加固方法有垂直排水法、置換填土法、注入化學藥劑法、輕型填方施工法以及排水固結法等[3-6]。

水泥攪拌樁法作為一種工藝成熟的地基處理方法，處理后的地基屬于柔性樁復合地基，十分適合用于加固黏性土及粉土地基。主要原理是在地基深處使用深層攪拌的機械將原狀土和水泥等其他固化劑進行攪拌利用，軟土和固化劑之間會發生一系列物理化學作用，從而形成抗壓強度比天然土強度高得多的水泥加固土體，除此之外此種土體還具有一定的整體性和水穩性，使樁周圍的部分土體得到改善，從而起到承擔上部結構荷載的作用。該方法具有施工效率高、質量可靠、預壓時間很短或不要求預壓以及施工工藝簡便等優點，同時因為該方法的施工速度相對較快、抗水平擠壓效果好、設備簡單易操作且建設成本不大使得此方法廣泛應用在高速公路建設以及民用建筑等領域[7,8]。

本文以珠海市某市政工程軟土地基處理為依據，采用單軸深層攪拌機進行水泥攪拌樁試樁的現場試樁取樣，通過室內對比試驗確定水泥摻量及施工工藝，同時確定水泥攪拌樁試樁的水泥摻量和選定的施工工藝以及檢驗施工設備。

1 工程概況

某市政基礎設施工程位于保稅區、洪灣片區、橫琴一體化發展區域的西部，場地填筑面積共計1 432 572.6 m2，地塊軟基處理面積1 098 234.9 m2。根據原位的勘探測試結果和室內試驗結果表明，其土體的主要特征為：滲透系數小，天然含水量高，孔隙比大，壓縮性高，強度低等特點。

本次水泥攪拌樁試樁樁位選取在某路里程樁處，本工程道路軟基處理水泥攪拌樁試樁12根，此處攪拌樁所處位置，附近地質勘察報告鉆孔為地質淤泥層較厚，在此處進行試樁，具有較強的代表性。

表1 巖土層的巖土參數建議值表

由表1可知，淤泥的含水率較高、平均層厚較大且含有機質，同時黏土層粘聚力較大，故使用水泥攪拌樁時可能會導致水泥攪拌樁攪拌不均勻的現象發生。

2 試樁方案的確定

2.1 試樁布置位置及布置情況

此次試樁方案將工程某路里程中心樁號作為水泥攪拌樁的試樁樁位，道路軟基處理水泥攪拌樁試樁共計12根，此處攪拌樁所處位置，附近地質勘察報告鉆孔為地質淤泥層較厚，在此處進行試樁，具有較強的代表性。水泥攪拌樁試樁均按照正方形(矩形)布置，設計樁徑為0.8 m，設計樁間距D=2.0 m，樁間采用D600水泥攪拌樁加固，設計樁間距D=2.0 m。水泥攪拌樁采用四攪四噴的施工工藝。

2.2 試樁工具

采用單軸深層攪拌機PH-5D型樁機，攪拌機功率55 kW，四攪四噴施工工藝。施工前在實驗室內依據設計要求進行配合比試驗。對所有試樁的機械在試樁前都須完成如下工作：

1)用于記錄樁身每米噴漿量的記錄器須配置在樁基上，且不得將記錄器用于設定樁位編號、復拌次數、深度、噴漿量等參數。2)樁基上須安裝經過標定且達到合格的電流表、電子稱、轉速表、壓力表。3)每臺樁機的鉆架兩面上須分別設置兩個吊線錘，重量為0.5 kg，且樁架須相互垂直并畫上垂直線。4)樁機的樁架上都須進行鉆進刻度線的刻畫，同時標明深度。5)鉆頭直徑的磨損量不大于1 cm。

3 施工參數的確認

3.1 鉆進速度與提升速度

水泥攪拌樁的攪拌鉆桿轉速不小于45 r/min，施工工藝為四攪四噴，提升或下沉的速率不大于0.8 m/min。

3.2 水泥摻量

依據設計要求試樁采用18%，20%及22%三種水泥摻量進行試樁，水泥摻量比為重量比，淤泥容重取15.5 kN/m3，總計試樁12根，其中每種摻量試樁2根。經計算得出攪拌樁每米水泥摻量如表2所示。

表2 攪拌樁每米水泥摻量表

3.3 噴漿量及壓力

根據設計要求的水泥漿水灰比為0.5～0.6，將水灰比假定為0.55(質量比)，計算得到單位體積水泥漿的水泥用量為:水的密度取1×103kg/m3，水泥密度取3.15×103kg/m3，水泥漿體積比為(0.55/l)∶(1/3.15)=0.55∶0.32，1方水泥漿中水的體積V1=0.55/(0.55+0.32)=0.632 m3，水泥體積V2=0.32/(0.55+0.32)=0.368 m3，故1方水泥漿中水泥用量為0.368×3.15×1 000=1 158.62 kg。

根據上述計算方法，計算得出攪拌樁每米水泥漿用量如表3所示，同時根據水灰比，計算得出水泥漿比重為1.78×103kg/m3。水泥攪拌噴漿壓力控制在0.4 MPa～0.6 MPa。

表3 攪拌樁每米水泥漿用量表

4 水泥攪拌樁取芯測試結果與分析

4.1 水泥攪拌樁質量檢驗

1)水泥攪拌樁成樁7 d后，挖開樁頭淺層，開挖深度在停漿面0.5 m以下，人為觀察攪拌均勻，且攪拌樁的直徑滿足設計要求。

2)成樁28 d后，在樁長范圍內檢測樁徑1/4方位處鉆孔取芯，在每根試樁截取三個試件分為一組。若最大值與最小值之差大于30%時，去除最大值，取兩試樣平均值；若最大值與最小值之差不大于30%時，取平均值。觀察樁體的完整性，對12根樁試樣進行樁身無側限抗壓強度的檢測。檢測結論:所有檢測樁芯樣的抗壓強度代表值為0.64 MPa～1.56 MPa，均大于設計抗壓強度值0.6 MPa/28 d的要求。檢測結果見表4。

表4 水泥攪拌樁試樁檢測表

從表4可以發現：各種水泥摻量和水灰比的搭配方案下，試樁芯樣無側限抗壓強度平均值均滿足設計齡期強度0.6 MPa/28 d的要求。水泥攪拌樁樁位實際偏差為10 mm，20 mm，20 mm，10 mm，20 mm，20 mm，20 mm，10 mm，20 mm，10 mm，20 mm，10 mm，樁位偏差均在允許范圍50 mm以內。

4.2 數據總結

將以上數據匯總成表，將數據進行對比分析后，可篩選出最優的施工參數和施工工藝組合。試樁結果匯總見表5。

表5 試樁結果匯總表

5 結語

通過對比分析水泥攪拌樁試樁的各項檢測數據總結:在該地質條件下，采用PH-5D型深層攪拌機施工，施工工藝采取“四攪四噴”的方式及施工參數按試樁數據進行施工的水泥攪拌樁符合設計要求。綜合考慮，水灰比0.59時施工效果更加好。建議在該地區采用水泥攪拌樁加固軟土的方法處治軟土時，可按如下的水泥摻量、施工工藝及參數、施工機具進行攪拌樁施工:

1)水泥攪拌樁施工機具可采用PH-5D型深層攪拌機，TC1180-C泥漿泵、YX-Ⅰ型電腦自動記錄儀1和NJ-600型泥漿攪拌機配合施工，施工工藝為“四攪四噴”。

2)在施工過程當中，攪拌鉆桿轉速不小于45 r/min，提升或下沉速率不大于0.8 m/min。

3)水泥可采用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量宜為22%，每米水泥用量宜為171.3 kg(D800)，96.4 kg(D600)，水灰比0.59。配合比為水泥∶水=1∶0.59。漿液設計比重為1.78×103kg/m2。