水泥土深層攪拌樁在軟基處理中的應(yīng)用

1、    水泥土深層攪拌樁在軟基處理中的應(yīng)用    楊會(huì)橋【摘 要】深層攪拌法是目前加固軟土地基的一種常用方法，水泥穩(wěn)定土深層攪拌樁是其中最為常見(jiàn)的一種。水泥土攪拌樁是一種化學(xué)加固地基法，在建筑行業(yè)中有廣泛應(yīng)用。本文首先針對(duì)深層攪拌法用于軟基處理的作用機(jī)理進(jìn)行了分析，進(jìn)而對(duì)水泥土深層攪拌樁加固地基的國(guó)內(nèi)代表性研究成果進(jìn)行了綜述，分析了水泥土深層攪拌樁加固地基的強(qiáng)度形成機(jī)理，提出了影響水泥土深層攪拌樁的強(qiáng)度影響因素和強(qiáng)度提高措施，最后介紹了目前常用的水泥土深層攪拌樁質(zhì)量的檢測(cè)方法。論文對(duì)于特殊路基處治技術(shù)研究和工程實(shí)踐具有一定的參考價(jià)值?！娟P(guān)鍵詞】

2、地基加固;軟基處理;水泥土樁;深層攪拌法;質(zhì)量檢測(cè)application of deep mixing pile of cement soil in soft foundation treatmentyang hui-qiao（guizhou provincial highway survey and design institute co.， ltd guiyang guizhou 550008）【abstract】the deep mixing method is currently a common method for reinforcing soft s

3、oil foundation， and the cement stabilized soil deep mixing pile is the most common one. cement-soil mixing pile is a chemically reinforced foundation method and is widely used in the construction industry. in this paper， the mechanism of deep mixing method for soft foundation treatment is analyzed f

4、irstly， and the domestic representative research results of cement-soil deep mixing pile reinforcement foundation are reviewed. the strength formation mechanism of cement-soil deep mixing pile reinforcement foundation is analyzed. the influencing factors and strength improvement measures for the str

5、ength of deep mixing piles in cement soil are proposed. finally， the methods for detecting the quality of deep mixing piles in cement soil are introduced. the thesis has certain reference value for special roadbed treatment technology research and engineering practice.【key words】foundation reinforce

6、ment;soft foundation treatment;cement soil pile;deep mixing method;quality inspection1. 引言（1）水泥土攪拌法在建筑行業(yè)中應(yīng)用廣泛，它是一種化學(xué)加固地基法，其作用機(jī)理是以水泥或水泥系材料為固化劑，通過(guò)特制的深層攪拌機(jī)械，在地基深處將原位土與固化劑強(qiáng)制攪拌，形成水泥土加固柱體，該柱體與地基土相比具有強(qiáng)度高、模量大、滲流系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，故在實(shí)際工程中有著廣泛應(yīng)用。深層攪拌樁作為一種地基處治方法，可有效控制和減少工后沉降量，并能適應(yīng)快速加荷要求，從而縮短建設(shè)周期，非常適合高速公路建設(shè)。該法具有其它軟基處治方法不可替

7、代的優(yōu)越性，必將在高速公路軟基處治中得到更為廣泛的應(yīng)用。（2）由于水泥土樁的各項(xiàng)指標(biāo)介于鋼筋混凝土樁和土體間，是一種柔性樁體，其效用是通過(guò)樁身有限的強(qiáng)度將樁所承受的荷載傳遞給四周及下端部支承土體，與混凝土樁的不同在于所組成復(fù)合地基的強(qiáng)度在更大程度上取決于樁本身的強(qiáng)度，亦即樁身強(qiáng)度將成為制約復(fù)合地基強(qiáng)度及減少沉降的瓶頸。因此，對(duì)于水泥穩(wěn)定土攪拌樁而言，提高其自身的強(qiáng)度對(duì)于地基加固后的承載力的提升具有決定性影響。2. 深層攪拌法加固地基原理（1）深層攪拌法是目前加固軟土地基的一種常用方法，迄今為止已有近60年的發(fā)展歷程，其施工工藝流程如圖1。二戰(zhàn)以后，美國(guó)率先研制成功并用于軟土處治工程，因固化劑選

8、用水泥，該法被稱(chēng)為水泥深層攪拌法，制成的水泥土樁則稱(chēng)為就地?cái)嚢铇叮╩ixed-in-place pile）。日本于1953年從美國(guó)引進(jìn)水泥深層攪拌法，在上世紀(jì)60年代末，日本和瑞典開(kāi)始研制噴石灰粉深層攪拌施工法并獲得成功，于70年代應(yīng)用于工程實(shí)踐（深層攪拌法施工過(guò)程示意圖見(jiàn)圖1）。（2）深層攪拌法根據(jù)施工方法的不同，又可分為水泥漿攪拌和粉體噴射攪拌兩種，兩者強(qiáng)度生成機(jī)理相似，差異主要表現(xiàn)在粉體噴射攪拌法采用粉體作為固化劑，不再向地基中注入水分，因此適合含水量過(guò)高的地基處理，國(guó)外使用該法加固的土質(zhì)有新吹填的超軟土、泥炭土和淤泥質(zhì)土等飽和軟土，加固場(chǎng)所從陸地到海底軟土;國(guó)內(nèi)目前采用水泥土深層攪拌法

9、（漿噴法）加固的土質(zhì)有淤泥、淤泥質(zhì)土、地基承載力不大于120kpa的粘性和粉質(zhì)土等地基，加固場(chǎng)所局限于陸地。粉噴攪拌法采用干噴法施工，通過(guò)輸灰泵控制輸灰量，施工質(zhì)量控制比較困難，而且無(wú)法添加任何外加劑對(duì)成樁質(zhì)量進(jìn)行改良，因此，粉噴樁在建筑工程領(lǐng)域已被禁止使用，在公路軟基處治中的應(yīng)用范圍也越來(lái)越窄，與之相反，水泥深層攪拌樁（濕噴工藝）因其具有施工時(shí)無(wú)震動(dòng)、無(wú)噪音、無(wú)泥漿廢水污染、無(wú)大量廢土外運(yùn)、一般不會(huì)引起土體隆起或側(cè)移、施工速度快、成樁均勻等優(yōu)點(diǎn)，已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。（3）水泥土攪拌法可用于增加地基承載力、減少沉降量和提高邊坡穩(wěn)定性，作為建筑物或構(gòu)筑物的地基、廠房?jī)?nèi)具有地面荷載的地坪、高填

10、方路堤下基層等;進(jìn)行大面積地基加固、以防止岸壁的滑動(dòng)、深基坑開(kāi)挖時(shí)坍塌坑底隆起和減少軟土中地下構(gòu)筑物底沉降;作為地下防滲墻以阻止地下滲透水流對(duì)樁側(cè)或板樁背后的軟土加固以增加側(cè)向承載力。對(duì)軟土路基工程來(lái)說(shuō)，具有以下四個(gè)方面的作用：樁體作用、墊層作用、擠密作用及加筋作用。也正是因?yàn)樯鲜鏊膫€(gè)方面的作用，才使得水泥土深層攪拌樁能夠處理濕軟地基，使地基承載力得到提高。3. 水泥土深層攪拌樁研究現(xiàn)狀（1）1977年，交通部水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院和冶金部建筑研究總院共同引進(jìn)開(kāi)發(fā)水泥土深層攪拌法用于地基加固，至今我國(guó)許多科研、設(shè)計(jì)、施工單位仍在致力研究、使用和推廣該項(xiàng)技術(shù)，并取得了一系列可喜成果。（2）該法適用于加固

11、軟土地基，可根據(jù)工程需要將地基土加固成塊狀、圓柱狀、壁狀、格柵狀等任意形狀的水泥土。同時(shí)由于該法施工工期短，無(wú)公害，施工過(guò)程無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音、無(wú)地面隆起、不排污、不排土、不污染環(huán)境和對(duì)相鄰建筑物不產(chǎn)生有害影響，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)環(huán)境效益。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，近些年來(lái)該法在我國(guó)分布有軟土地基的地區(qū)，如江蘇、浙江、上海、安徽、廣東、天津、湖南、臺(tái)灣等地的工業(yè)民用建筑、道路橋梁、鐵路工程、市政工程、港口碼頭工程的軟土地基處治中得到了廣泛應(yīng)用，并逐步形成了較為完整的理論計(jì)算和設(shè)計(jì)方法，積累了豐富的施工、質(zhì)量控制和質(zhì)量檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)。（3）曾小強(qiáng)在水泥中摻加熟石灰（占水泥重量的1020%），并通過(guò)摻水和不摻水制

12、樣來(lái)分別模擬漿體噴射法和粉體噴射法的施工工藝，并通過(guò)室內(nèi)三軸試驗(yàn)表明可在一定程度上提高水泥土強(qiáng)度。水泥摻入比為13.5%，齡期t=30d，在不同熟石灰摻入比、不同圍壓條件下水泥土強(qiáng)度增長(zhǎng)的情況。胡同安等（1994）在水泥中摻入較大劑量（占水泥重量的2060%）的磷石膏，通過(guò)多年大量的室內(nèi)對(duì)比試驗(yàn)，表明摻加磷石膏對(duì)提高水泥土強(qiáng)度可以起到較好的效果。對(duì)云南泥炭土等5種軟土摻加磷石膏的水泥土強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果。潘林有（1995）針對(duì)溫州軟粘土起初制定了pl1和pl2兩種復(fù)合添加劑配方，但無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果表明其效果并不理想。后來(lái)通過(guò)單摻粉煤灰以及摻加粉煤灰、pl1、石膏粉和水玻璃等材料方達(dá)到了一定的

13、節(jié)材、增效的目的。童小東于1998針對(duì)深圳某工地，海相沉積的亞粘土，進(jìn)行了摻加氫氧化鋁的水泥土試驗(yàn)，結(jié)果表明在水泥土中摻加適量氫氧化鋁，可使水泥土的早期、中期和后期強(qiáng)度均得到提高，并可大幅度提高早期、中期強(qiáng)度，節(jié)省水泥，從而達(dá)到節(jié)材增效的目的，并且試驗(yàn)過(guò)程表明水泥中氫氧化鋁的摻加，對(duì)水泥漿液的流動(dòng)性不會(huì)產(chǎn)生不利影響。（4）武漢工業(yè)大學(xué)硅酸鹽工程中心周明凱等（1996）研制出一種固化素，“在水泥中加入約10%的固化素，復(fù)合成了一種新型土壤固化劑hs軟土固化劑”。分別用hs固化劑和水泥“固化”7種天然含水量的軟土，固化劑摻量為軟土重量的12%，試驗(yàn)結(jié)果表明，hs固化土的強(qiáng)度比水泥固化土的強(qiáng)度提高0

14、.30.5mpa，提高幅度波動(dòng)在30200%之間，hs固化土具有較強(qiáng)的膨脹收縮性，并且隨著土的含水量的變化，hs固化土的強(qiáng)度在大于液限的高含水量區(qū)存在一峰值。（5）目前國(guó)內(nèi)有一些學(xué)者對(duì)摻入玻璃纖維對(duì)水泥土抗壓和抗拉強(qiáng)度的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，玻璃纖維摻加水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度均得到較大的增加，在考察范圍內(nèi)水泥土的強(qiáng)度隨著玻璃纖維長(zhǎng)度和摻入量的增加而增大，且玻璃纖維摻量對(duì)水泥土抗拉強(qiáng)度的影響比抗壓強(qiáng)度更顯著，但當(dāng)玻璃纖維摻入量超過(guò)一定限度時(shí)，水泥土的強(qiáng)度反而會(huì)降低。而水泥穩(wěn)定土外加劑的研究表明，外加劑的研究重點(diǎn)在于提高水泥土的早期強(qiáng)度和成樁均勻性，通過(guò)摻加合適的外加劑，可以提高

15、水泥土深攪樁的早期強(qiáng)度，改善水泥土深攪樁的成樁均勻性。4. 水泥土深層攪拌樁強(qiáng)度形成機(jī)理（1）水泥土深層攪拌樁是利用水泥做固化劑，使用專(zhuān)門(mén)的深層攪拌機(jī)械，在地基深部將軟弱土和固化劑強(qiáng)制拌和，通過(guò)固化劑和土質(zhì)之間產(chǎn)生的系列物理-化學(xué)反應(yīng)，使軟弱土硬結(jié)成整體性、水穩(wěn)定性和足夠強(qiáng)度的加固土，通常稱(chēng)為水泥土樁體，從而提高地基承載力。（2）水泥漿液與原狀土體通過(guò)機(jī)械攪拌混合，并不是材料的簡(jiǎn)單摻入，其后水泥土之間將發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，加固土的強(qiáng)度主要由水泥的水解和水化反應(yīng)。該法處理軟弱地基具有施工速度快、價(jià)格低廉、加固效果好，施工時(shí)無(wú)振動(dòng)低噪音等特點(diǎn)，（3）就軟土地基深層攪拌加固技術(shù)本身來(lái)說(shuō)，由于機(jī)械

16、在攪拌過(guò)程中對(duì)土體切削作用的不完整，事實(shí)上會(huì)有一些未被粉碎的大小土團(tuán)存在。在拌入水泥后將出現(xiàn)水泥漿包裹土團(tuán)的現(xiàn)象，而土團(tuán)之間的大孔隙基本上已被水泥顆粒填滿(mǎn)。所以加固后的水泥土中形成一些水泥較多的微區(qū)，而在大小土團(tuán)內(nèi)部則沒(méi)有水泥，也就不可能形成具有較高強(qiáng)度的水泥土。只有在經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的時(shí)間后，土團(tuán)內(nèi)的顆粒在水泥水解產(chǎn)物滲透作用下，部分土團(tuán)才逐漸被改變，但這種作用畢竟有限，并不能從根本上提高其強(qiáng)度，因此在水泥土中會(huì)產(chǎn)生較大的和水穩(wěn)定性較好的水泥聚集區(qū)和強(qiáng)度較低的土塊區(qū)。兩者在空間相互交替，從而形成一種獨(dú)特的水泥土結(jié)構(gòu)，工程實(shí)踐表明，水泥和土之間的強(qiáng)制攪拌越充分，土塊被粉碎得越小，水泥分布到土中越均勻，

17、則水泥土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的離散性越小，其宏觀強(qiáng)度也越高。5. 水泥土深層攪拌樁強(qiáng)度提高措施5.1 水泥土自身的強(qiáng)度及其他一些相關(guān)參數(shù)，在很大程度上對(duì)水泥土復(fù)合地基的工程特性起著至關(guān)重要的作用。如何提高水泥土的強(qiáng)度和耐久性，是當(dāng)前水泥土攪拌樁推廣應(yīng)用的一個(gè)重要問(wèn)題，針對(duì)這一問(wèn)題，國(guó)內(nèi)部分專(zhuān)家學(xué)者進(jìn)行研究并得出了一些有益的結(jié)論。具體包括以下方面的措施：（1）調(diào)換水泥土原材料的質(zhì)和量，即可以通過(guò)提高水泥摻入比以提高水泥土的強(qiáng)度，這種方法，在水泥摻入比達(dá)到某一較大值時(shí)便不具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。（2）改變水泥土的生產(chǎn)工藝，可以通過(guò)施工機(jī)械的改善及增加復(fù)攪次數(shù)、降低提升或下降速度等施工參數(shù)，以增加水泥土的

18、拌和均勻性，這對(duì)水泥土強(qiáng)度的提高也起著極其重要的作用。（3）采用一些活性化學(xué)劑，以改善水泥土材料的理化性質(zhì)。5.2 第三種強(qiáng)度增加方法，主要通過(guò)活性化學(xué)劑的摻入對(duì)水泥土的物理力學(xué)性質(zhì)起改善作用，即在水泥中加入外加劑，可起到調(diào)整水泥-水-粘土系統(tǒng)液相組成，并增加水泥石骨架的強(qiáng)度。5.3 常用的外加劑對(duì)水泥土強(qiáng)度的增長(zhǎng)所起作用主要表現(xiàn)在幾方面：部分外加劑能改變水泥水化物組成，有吸水膨脹的作用，能夠起到減少水泥土的孔隙率，改善水泥土的結(jié)構(gòu)連接的作用;有些活性礦物摻合料能改變二次水化產(chǎn)物的膠凝性，對(duì)水泥土整體強(qiáng)度的提高也起著重要的作用;還有一些外加劑的摻加可以減少摻水量，進(jìn)而提高水

19、泥土強(qiáng)度。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外做過(guò)了不少的試驗(yàn)研究，如氯化鈉、硫酸鈉、硫酸鈣、氫氧化鈉、三乙醇胺復(fù)合外加劑、高效減水劑和木質(zhì)素磺酸鈣等。美國(guó)還利用工農(nóng)業(yè)廢料如造紙廠廢液、糖廠糖蜜以及稻殼、谷物秸稈等。這些外加劑對(duì)水泥土強(qiáng)度或耐久性均有一定的效果，起早強(qiáng)作用者居多。5.4 目前，室內(nèi)試驗(yàn)研究中采用較多的外加劑有石膏、三乙醇胺等等，一些學(xué)者對(duì)石灰、氫氧化鋁等外加劑的作用機(jī)理進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，它們對(duì)水泥土強(qiáng)度的提高亦可取得令人滿(mǎn)意得結(jié)果，并可獲得相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益。另外還有部分學(xué)者研究表明摻加粉煤灰的水泥土，其強(qiáng)度一般都比不摻粉煤灰的有所增長(zhǎng)。不同水泥摻入比的水泥，當(dāng)摻入與水泥等量的粉煤灰后，

20、其強(qiáng)度一般都比不摻粉煤灰的提高10%，故在加固軟土?xí)r摻入粉煤灰，不僅可消耗工業(yè)廢料，還可一定程度提高水泥土強(qiáng)度。6. 水泥土深層攪拌樁質(zhì)量檢測(cè)方法6.1 水泥土深攪樁的質(zhì)量檢驗(yàn)主要包括樁身成型、強(qiáng)度和單樁復(fù)合地基承載力檢測(cè)，目前常用的檢測(cè)方法有挖樁檢查、輕便觸探、靜載試驗(yàn)、低應(yīng)變動(dòng)測(cè)、鉆孔取芯、貫入試驗(yàn)、靜力觸探和地質(zhì)雷達(dá)，各方法的原理及優(yōu)缺點(diǎn)如下：（1）挖樁檢查，挖開(kāi)目視樁成型情況，分別在樁頂以下50cm、150cm等部位取樣，進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，能對(duì)樁上部（23 m）進(jìn)行準(zhǔn)確的質(zhì)量和成樁形狀檢測(cè);挖樁法工程量大，回填質(zhì)量難以保證，無(wú)法對(duì)樁身下部進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果無(wú)代表性。（2）輕便觸探，根據(jù)輕型貫入的擊數(shù)判別樁體強(qiáng)度，可測(cè)定57d內(nèi)齡期的樁體，有利于質(zhì)量動(dòng)態(tài)控制探測(cè)深度一般不超過(guò)4m，無(wú)法檢測(cè)深層質(zhì)量，不能對(duì)整個(gè)樁身質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定。（3）靜載試驗(yàn)，根據(jù)測(cè)定的p（荷載）、s（沉降）曲線，檢測(cè)樁強(qiáng)度及加固效果，能反應(yīng)攪拌樁處理軟基的效果，但是檢測(cè)復(fù)雜，周期長(zhǎng)，費(fèi)用較高，只宜做個(gè)別驗(yàn)證。（4）低應(yīng)變動(dòng)測(cè)，利用彈性波的傳播反射，間接推算樁身質(zhì)量好壞，檢測(cè)簡(jiǎn)單、快速、成本低，低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法檢驗(yàn)因素多，檢測(cè)結(jié)果離散性較大。（5）鉆孔取芯，利用地質(zhì)勘探鉆機(jī)進(jìn)行全長(zhǎng)取芯檢