大直徑勁性攪拌樁在黏土地區(qū)中的應用

楊立紅

（天津港航工程有限公司，天津300457）

我國存在眾多軟土地區(qū)，在其上建設鐵路、高速公路、超高層建筑、水利等工程時常需要先進行地基處理。近年來，隨著建設工程規(guī)模的迅猛發(fā)展，樁基工程逐漸向大直徑、超長樁基發(fā)展。在樁基工程技術要求不斷提高的同時，經(jīng)濟效益和社會效益的要求也日益提高，除研究新型樁，減小樁長和樁徑外，對施工環(huán)境的要求也越來越高，特別是在城市工程建設中，傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁在施工中會產(chǎn)生大量泥漿及渣土污染。

勁性攪拌樁（也稱勁性復合樁）是由外包水泥土攪拌樁和鋼筋混凝土芯樁兩種材料組成的復合樁型。該樁型的優(yōu)勢在于外包水泥土能提供大于混凝土的外界面60%左右的側(cè)摩阻力，而鋼筋混凝土芯樁可提供遠大于水泥土的樁身承載能力，使兩種材料性能得到充分發(fā)揮，可大幅減小樁長和樁徑，從而獲得高于其他樁型的性價比。該樁型適用于軟土地基，且勁性攪拌樁泥漿排放少，更適合應用在城市工程建設中。

目前勁性攪拌樁應用工程中直徑一般較小，芯樁直徑通常為400~600mm，外芯水泥土樁直徑通常為600~800mm[1-3]。本文基于天津黏土地區(qū)，對芯樁直徑0.8m、外芯直徑1.2m的勁性攪拌樁開展試樁試驗，對其施工工藝、成樁質(zhì)量、樁基承載能力進行研究，為擴大勁性攪拌樁的應用領域奠定了基礎。

1 試樁參數(shù)

該試驗工程位于天津市漢沽區(qū)，根據(jù)地勘資料，地面平均高程約2.0m，場地土層分布相對穩(wěn)定，試樁樁長30m，樁身范圍內(nèi)主要為粘性土、粉質(zhì)粘土，樁端處于粉砂層，各土層物理力學指標詳見表1。

表1 各土層物理力學指標

勁性攪拌樁采用外芯直徑1.2m的水泥土攪拌樁、內(nèi)芯直徑0.8m的PHC管樁組成，其中水泥土攪拌樁水泥摻量為20%（濕土重量）、水灰比為1.0、聚羧酸減水劑摻量為1%（水泥重量），樁頂標高2.0m，樁長30m，能夠穿透⑤2層粉砂層，PHC樁填芯混凝土強度等級不低于C40，且采用微膨脹型混凝土。

2 試樁工藝流程

勁性攪拌樁施工分為兩部分，一是水泥土攪拌樁施工，二是PHC管樁施工。

2.1 水泥土攪拌樁施工

（1）測量定位：采用全站儀測放樁位點。

（2）樁機就位：根據(jù)樁位，將水泥土攪拌樁施工機械移到施工樁位對中。施工中應保持攪拌樁機底盤的水平和導向架的垂直，以防打斜樁，降低樁基承載力。樁位允許偏差不大于50mm，水泥土攪拌樁垂直度偏差不大于1%，水泥土攪拌樁機見圖1。

圖1 水泥土攪拌樁機

（3）預攪下鉆：根據(jù)設計參數(shù)制備水泥漿液，水泥摻入量為20%，并在水泥漿中摻入水泥總用量2%的軟土固化劑，水灰比控制在1.0左右。啟動攪拌樁機，鉆桿旋轉(zhuǎn)下鉆。攪拌下鉆過程中噴射壓縮空氣，轉(zhuǎn)速18~25r/min，鉆進困難時開始注入水泥漿。

（4）鉆至樁底：通過鉆桿的不斷旋轉(zhuǎn)鉆進，從自然地面鉆至設計水泥土攪拌樁底標高位置。

（5）噴漿提升、底部復攪：在提升過程噴入水泥漿轉(zhuǎn)速提高至50-100r/min，提升至樁底標高以上5m位置時停止噴漿并再次下鉆攪拌至設計樁底標高位置。

（6）噴漿提升：從樁底標高位置直至樁頂標高以上0.5m范圍內(nèi)，攪拌提升并噴入水泥漿，至此完成樁身全長的兩攪兩噴、底部5m的復攪復噴工藝。

（7）施工完成：提升至樁頂標高以上0.5m位置時停止噴漿，在噴漿管道內(nèi)吹入高壓空氣清除管道余漿，并將鉆頭逐浙旋轉(zhuǎn)提升出地面，完成一根樁的施工，移動機械至下一根樁位。

2.2 PHC管樁施工

（1）測量定位：施工前根據(jù)圖紙和坐標控制點測放出準備施工的樁位，在樁位中心打一根竹楔，并涂上紅漆使標志明顯。

（2）樁機就位：將樁機對準樁位，調(diào)整樁在兩個方向的垂直度。

（3）立樁、壓樁：完成第一節(jié)樁的立樁后，啟動振動錘將其壓入土中，記錄壓樁深度。本次試樁中30m的PHC管樁由兩節(jié)15m長的管樁焊接組成，第一節(jié)管樁壓樁長度可達到10m左右，待壓樁困難時，啟動振動錘，開始錘擊沉樁。

（4）接樁：第一節(jié)樁樁頂露出地面0.8-1.0m時停錘，接第二節(jié)樁。

（5）錘擊完成：管樁施工以樁長控制為主，當樁錘擊至設計樁頂標高位置，施工結束，本次試樁中總錘擊數(shù)在150左右。

水泥土攪拌樁施工采用干法或濕法取決于地質(zhì)情況，若是淤泥質(zhì)土適宜采用干法工藝[4]，若土質(zhì)較硬適宜采用濕法工藝，若土質(zhì)比較多樣性適宜采用干濕同用。本次試樁中為提高水泥土稠度利于沉樁，加大了水灰比，原設計方案中水灰比為1.2，經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)當摻灰量為20%、水灰比為1.2時，水泥漿摻量過大，施工中有大量水泥漿溢出，因此將水灰比改為1.0，且實際施工中為使水泥漿全部攪拌進土層中，水泥土攪拌樁選用濕法施工，且在施工過程中鉆桿根據(jù)水泥漿注入情況需多次反復上下噴攪，以保證成樁質(zhì)量。

3 勁性攪拌樁成樁質(zhì)量及承載力檢驗

3.1 成樁質(zhì)量檢驗

沉樁28天后，采用開挖檢查的方法觀察成樁情況，主要檢查水泥土固結體形態(tài)、成樁垂直度及膠結情況。經(jīng)觀察，水泥土部分攪拌均勻，質(zhì)地堅硬，與地基土存在明顯的交界面，成形較好，勁性攪拌樁成形情況見圖2。

圖2 勁性攪拌樁成形情況

3.2 勁性攪拌樁承載力檢驗

本次試樁共5根試驗樁，其中3根勁性攪拌樁、2根混凝土灌注樁，試驗樁樁徑均為1.2m，樁長均為30m，在其成樁28天后分別進行單樁豎向抗壓、抗拔、抗水平靜載荷試驗，其靜載荷試驗結果見表2。

表2 靜載荷試驗成果

試驗結果可看出，勁性攪拌樁單樁豎向抗壓、抗拔承載力極限值分別是同參數(shù)灌注樁的1.6和1.7倍，勁性攪拌樁水平承載力極限值與同參數(shù)灌注樁基本持平。

4 結論

（1）在黏土地區(qū)施工勁性攪拌樁，摻灰量和水灰比是關鍵參數(shù)。摻灰量大于20%后水泥漿會溢出不能有效利用，加大水灰比可有效提高水泥土稠度利于沉樁，但水灰比過大會導致水泥土離析使淺部水泥土強度明顯降低。因此，建議在黏土地區(qū)摻灰量不宜大于20%，水灰比可取0.6-1.2，且施工中宜增加攪拌次數(shù)，實際施工時摻灰量和水灰比應根據(jù)成樁工藝試驗進行調(diào)整。

（2）從承載力檢測結果來看，勁性攪拌樁單樁抗壓極限承載力可達到10000kN，與傳統(tǒng)鉆孔灌注樁相比，是同參數(shù)灌注樁的1.6倍，按承載力折算，勁性攪拌樁性價比約比灌注樁降低25%-35%，且勁性攪拌樁施工中減少了泥漿處理，因此該樁型具有良好的經(jīng)濟和社會效益，應用前景廣闊。