水泥土攪拌樁在砂土地基抗?jié)B穩(wěn)定中的應(yīng)用

周成洋 林立 吳永軍

1.江蘇省淮沭新河管理處 江蘇 淮安 223001；

2.江蘇省水利建設(shè)工程有限公司 江蘇 揚(yáng)州 225000

引言

當(dāng)閘基為砂性土層時，因土層透水性強(qiáng)，往往因沿閘基底板水平段的滲流坡降或出口段逸出坡降不滿足要求，導(dǎo)致閘基滲流出口處和沿底板與地基的接觸處發(fā)生滲流變形、流土，甚至管涌，危及工程安全。為了滿足防滲要求，閘基地下輪廓線必須有足夠的防滲長度，根據(jù)美國萊茵的防滲理論，認(rèn)為垂直防滲板樁的防滲效果是水平底板的3倍，即L=Lx/3+Ly。根據(jù)地勘報告資料顯示，新建沭新閘地基位于④層粗中砂及礫石上，具有中等透水性。在可研階段對閘基防滲長度、水平段最大滲透坡降、出口段最大滲透坡降進(jìn)行復(fù)核，均不滿足防滲要求，在防滲設(shè)計(jì)時采用垂直防滲體加鋪蓋相結(jié)合的布置形式，使抗?jié)B穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

1 工程概況

沭新閘位于新開河入新沂河交叉口處的新沂河北大堤上，是分淮入沂綜合利用工程之一。該閘建成于1971年5月，共4孔，閘孔凈寬5.8m，設(shè)計(jì)流量100m/s。2013年12月，經(jīng)省水利廳安全鑒定，評定安全類別為四類，建議對其進(jìn)行拆除重建。新建沭新閘按照原規(guī)模設(shè)計(jì)，3孔，單孔凈寬8.0m，設(shè)計(jì)流量100m3/s，校核流量140m3/s。工程按新沂河防洪標(biāo)準(zhǔn)100年一遇、設(shè)計(jì)流量8600m3/s設(shè)計(jì)。工程等別為Ⅱ等，主要建筑物等級為1級，次要建筑物為3級，交通橋汽車荷載設(shè)計(jì)等級為公路-Ⅱ級。

為解決沭新閘閘底滲流和側(cè)向繞滲問題，在閘室底板、上下游第一、二節(jié)翼墻下均設(shè)單排Φ65@45三軸套打水泥土攪拌樁防滲墻[1]。

2 施工工藝及技術(shù)要求

2.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)

2.1.1 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)：對每塊底板，按7d、28d分別取1組（3塊）樁體水泥試塊，測定無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，要求28d攪拌樁樁身水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1200kPa。

2.1.2 輕型（N10）動力觸探：成樁后3天內(nèi)，檢查每米樁身的均勻性。

2.1.3 動測（小應(yīng)變）：成樁后7d內(nèi)抽檢已完成樁數(shù)的5%，以判定樁體的均勻性、連續(xù)性和長度，如有斷樁或樁長50cm以上，加測5%。

2.1.4 取芯檢測：成樁后28d內(nèi)抽檢已完成樁數(shù)的0.5%，且不少于3根，以判定樁體的均勻性、連續(xù)性和長度，如有斷樁或樁長短50cm以上，加測0.5%。

2.1.5 防滲攪拌樁選用探地雷達(dá)無損檢測法檢測攪拌樁的連續(xù)性，選用閉水試驗(yàn)檢測攪拌樁的防滲指標(biāo)，要求滲透系數(shù)不大于A×10-6cm/s。

2.2 試樁

為了滿足設(shè)計(jì)要求，水泥土攪拌樁在施工前，必須做工藝性試樁，提供滿足設(shè)計(jì)固化劑摻入量的漿液密度、泵送時間、下鉆提升速度，確定合適的輸漿量、復(fù)攪下沉、復(fù)攪提升等施工參數(shù)，驗(yàn)證攪拌均勻程度及成樁直徑，掌握鉆進(jìn)及提升阻力，從而使攪拌樁防滲墻滿足設(shè)計(jì)要求。

試裝參數(shù)：

2.2.1 鉆進(jìn)速度：V≤1.0m/min，鉆進(jìn)噴漿速度：V≤0.4～0.7m/min。

2.2.2 平均提升速度：噴漿時：Vp≤0.4～0.7m/min，復(fù)攪時：Vp≤0.8m/min。

2.2.3 攪拌速度：V=30～50轉(zhuǎn)/min。

2.2.4 噴漿泵送能力：80～120L/min。

3 三軸水泥攪拌樁施工

3.1 施工順序

本工程水泥攪拌樁采用三軸水泥攪拌樁機(jī)進(jìn)行施工，配備1臺套SJB-Ⅲ型鉆孔樁機(jī)，施工順序如下：

下游左岸150m截滲墻→閘底板四周防滲墻（向上下游翼墻方向各延長4m施工，以利于接頭處理）→下游翼墻底板防滲墻→上游翼墻底板防滲墻→上游第三節(jié)翼墻基礎(chǔ)加固→閘室兩側(cè)垂直水流方向防滲墻[2]。

3.2 場地平整和測量放樣

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，先進(jìn)行場地平整，然后進(jìn)行測量放樣，內(nèi)容：一是根據(jù)設(shè)計(jì)文件放出打設(shè)寬度；二是根據(jù)設(shè)計(jì)文件畫出布樁平面圖，標(biāo)明排列編號，放出具體樁位。

3.3 溝槽開挖

根據(jù)攪拌樁樁位中心線用挖機(jī)開挖槽溝，溝槽尺寸為寬1.2m，深1～1.5m，并清除地下雜物[3]。

3.4 樁機(jī)就位

由現(xiàn)場施工人員統(tǒng)一指揮樁機(jī)就位，并檢查定位情況，樁位偏差不應(yīng)大于50mm。樁機(jī)應(yīng)平正、平穩(wěn)，并用經(jīng)緯儀或線錘進(jìn)行觀測，確保鉆機(jī)的垂直度，攪拌樁垂直度精度不應(yīng)低于1/200。

3.5 配制水泥漿液及漿液注入[4]

在施工現(xiàn)場配備自動攪拌系統(tǒng)和散裝水泥罐，水泥要經(jīng)檢驗(yàn)合格，確保漿液質(zhì)量的穩(wěn)定。水泥漿液的水灰比為0.55，水泥摻量15%，即每立方米被攪拌土體中水泥摻入量不少于270kg（被攪拌土體密度以1800kg/m3計(jì)）。

配制好水泥漿后，停滯時間不得超過2小時，因故擱置超過2小時以上的拌制漿液，應(yīng)作廢漿處理，嚴(yán)禁使用。注漿時通過2臺注漿泵2條管路同Y型接頭在H口進(jìn)行混合，注漿壓力為1.5Mpa～2.5Mpa，注漿流量為80～120L/min/每臺。

3.6 下鉆攪拌提升

三軸水泥攪拌樁采用三攪兩噴的施工工藝，水泥和原狀土須均勻攪拌，下沉和提升過程中均為注漿攪拌，并嚴(yán)格控制下沉和提升速度：下沉速度為1.0m/min，提升噴漿速度為0.4～0.7m/min，在樁底部分宜重復(fù)攪拌注漿。攪拌機(jī)在下鉆時，注漿的水泥用量占總數(shù)的70%～80%，而提升時為20%～30%。根據(jù)要求均勻、連續(xù)注入拌制好的水泥漿液，鉆桿提升完畢時，設(shè)計(jì)水泥漿液應(yīng)全部注完。

3.7 樁機(jī)移位

完成一根樁施工后，移動樁機(jī)至下一根樁位，重復(fù)上述步驟進(jìn)行下一根樁的施工。

4 施工質(zhì)量控制

攪拌樁開鉆之前，用水清洗整個管道并檢查管道是否順暢，待水排盡后方可下鉆。

樁體的垂直度偏差不應(yīng)大于1.0%，為確保攪拌樁樁體垂直度滿足規(guī)范要求，在主機(jī)上懸掛一吊錘，通過控制吊錘與鉆桿上、下、左、右距離相等來進(jìn)行控制。

注重拌合場水泥儲存的管控。針對實(shí)際的施工作業(yè)要求，需要對一些項(xiàng)目標(biāo)段水泥土采用當(dāng)場拌和的方式，拌和料場要根據(jù)工程量大小和每天的生產(chǎn)能力，保證足夠的水泥儲備，現(xiàn)場根據(jù)材料供應(yīng)商提供的出場材質(zhì)單，分批次存放水泥，防止不同批次水泥中存在不合格產(chǎn)品，造成混淆，避免造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。同時在水泥存放時做好防水防潮措施，雨季配備足夠的覆蓋物資，防止水泥因雨水浸泡而失效。

為保證樁體每米摻合量以及水泥漿用量達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，每臺機(jī)械均配備電腦記錄儀。同時現(xiàn)場配備水泥漿比重測定儀，用于測定水泥漿水灰比，控制水灰比的方法采用在制漿罐標(biāo)示刻度的方法[5]。

第一次下鉆噴漿量應(yīng)控制在不低于總量的70%，嚴(yán)禁帶水下鉆。

通常情況下，因?yàn)楹粚?shí)水泥土樁一般樁長會相對較短，致使阻力會比較大。所以，在開展填料作業(yè)之前，應(yīng)將孔底進(jìn)行充分夯實(shí)，同時若孔底含水量較高，可根據(jù)實(shí)際情況，事先填入少量碎石或干拌混凝土，再進(jìn)行孔底夯實(shí)。

要控制鉆機(jī)下鉆深度、噴漿高程及停灰面，確保樁長，當(dāng)鉆頭提升至地面以下0.5m時，噴漿應(yīng)停止，進(jìn)行樁頂復(fù)攪。在成樁過程中遇有故障而停止噴漿時，在恢復(fù)噴漿前，將攪拌機(jī)機(jī)頭提升或下沉0.5m，然后在噴漿攪拌施工。接樁時間超過24小時應(yīng)采取補(bǔ)樁措施。

定時檢查機(jī)械的成樁直徑及攪拌均勻程度，對使用的鉆頭應(yīng)定期復(fù)核檢查，其直徑磨耗量不得大10mm[6]。

現(xiàn)場施工人員要填寫施工記錄表，內(nèi)容包括：①施工日期、施工樁號；②噴漿深度、停漿標(biāo)高；③漿液比重；④實(shí)際水灰比；⑤水泥滲量；⑥漿液流量；⑦累計(jì)噴漿量；⑧復(fù)攪深度[7]。

5 施工注意事項(xiàng)

如果想要更好地保證水泥土攪拌樁在砂土地基抗?jié)B穩(wěn)定中的應(yīng)用成效，進(jìn)一步確保施工作業(yè)的品質(zhì)，應(yīng)當(dāng)在實(shí)際施工中對以下事項(xiàng)重視。首先應(yīng)當(dāng)在開鉆前對管道進(jìn)行清理和檢驗(yàn)，確保管道內(nèi)不存在雜物和堵塞現(xiàn)象后方可進(jìn)行鉆孔施工。其次應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制水泥配合比，通常需要確保水泥摻量在水泥攪拌樁體土重12%上下，同時每米摻灰量應(yīng)當(dāng)控制在40～50kg范圍內(nèi)。然后在施工過程中需要采取懸掛并控制吊錘的方式確保樁體垂直度滿足要求，而且需要重點(diǎn)優(yōu)化提準(zhǔn)噴粉操作。當(dāng)首次進(jìn)行提鉆噴粉操作時，需要分別在樁底部和樁頂部停留并進(jìn)行相磨樁處理，磨樁時間為30s左右。一旦開鉆施工就需要確保連續(xù)作業(yè)，不能中斷噴粉，更不能在沒進(jìn)行噴粉操作的時候提升鉆。施工人員定期對儲粉罐進(jìn)行檢查，確保儲粉量達(dá)到一根樁用量加50kg這一標(biāo)準(zhǔn)線后方可開鉆施工。項(xiàng)目作業(yè)人員務(wù)必要注意上述事項(xiàng)，這樣才可確保施工成效。

6 質(zhì)量檢驗(yàn)

表1 水泥土攪拌樁防滲墻單元工程質(zhì)量檢驗(yàn)與評定

7 結(jié)束語

由于基坑降水引起的地面沉降、管線損壞等事故時有發(fā)生，而水泥土攪拌樁是一條可以有效截?cái)嗷虿糠纸財(cái)喑袎核畬拥目煽客緩健Ｍ瑫r，從應(yīng)用工程的水泥攪拌樁取芯試驗(yàn)和現(xiàn)場開挖效果表明，三軸水泥攪拌樁在砂土地基抗?jié)B穩(wěn)定中的應(yīng)用是成功的，基坑開挖過程中未出現(xiàn)明顯滲漏等現(xiàn)象。