水泥攪拌樁在軟土地基處理中的應(yīng)用

1、水泥攪拌樁在軟土地基處理中的應(yīng)用軟基在我國(guó)的東部、南部沿海，普遍有分布；同時(shí)，該區(qū)域也是我國(guó)人口眾多、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、建造密集的區(qū)域。在該區(qū)域修建的道路工程，不行避開的會(huì)碰到軟基處理的問(wèn)題。軟基一般具有高含水性、低密度、低強(qiáng)度、高壓縮性、低透水性和中等敏捷度的特點(diǎn)，一般壓縮沉降量大、排水固結(jié)慢、地基穩(wěn)定性差。軟土地基處理的方式比較多樣，有換填法、預(yù)壓法、強(qiáng)夯和強(qiáng)夯置換法、砂石樁法、水泥粉煤灰碎石樁法、水泥土攪拌法、高壓噴射注漿等?？砂凑詹煌捻?xiàng)目狀況選用合適的地基處理方式。其中濃厚飽和粘土為主地基的處理方法主要是堆載預(yù)壓和水泥攪拌（含粉噴）樁等方法。濃厚松散沙（粉）土為主地基的處理方法主要有強(qiáng)夯法、

2、擠密砂（石）樁法和水泥攪拌（含粉噴）樁等方法。1、項(xiàng)目狀況簡(jiǎn)介廣東省連州至懷集大路項(xiàng)目，位于廣東省西北部山區(qū)，是國(guó)家高速大路網(wǎng)第7縱線的一段，也是廣東省高速大路網(wǎng)計(jì)劃中第7縱線的一段，是泛珠三角區(qū)合作大路、水路交通計(jì)劃的一部分，是交流香港、澳門與湖南、廣西的又一條重要通道。2、地質(zhì)狀況分析沿線軟土主要由第四系沼澤相淤泥、淤泥質(zhì)亞粘土（層號(hào)為3-0、3-1）組成，以淤泥質(zhì)亞粘土為主，局部為軟塑粉質(zhì)粘土，層號(hào)為2-1r；總體呈點(diǎn)狀或帶狀隨機(jī)分布于山間凹地或谷地。本項(xiàng)目軟土一般賦存較淺（谷地局部較深），沼澤相淤泥、淤泥質(zhì)亞粘土約22.5米的實(shí)行換填法，厚度大的實(shí)行排水法結(jié)合預(yù)壓處理。3、地基處理方式

3、確實(shí)定及加固機(jī)理3.1綜合考慮項(xiàng)目的地質(zhì)狀況、造價(jià)、施工工藝等因素以及參考了周邊項(xiàng)目的處理方法，兩種方式比較合適：預(yù)壓法、水泥土攪拌法。預(yù)壓法：是通過(guò)堆載或真空預(yù)壓，使地基土固結(jié)的地基處理方法。比較經(jīng)濟(jì)、歷時(shí)較長(zhǎng)。需先查清土層、水層、地下水類型等，并取得先期固結(jié)壓力、空隙比與固結(jié)壓力的關(guān)系、滲透系數(shù)、固結(jié)系數(shù)、三軸實(shí)驗(yàn)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)以及原位十字板抗剪強(qiáng)度等。并在預(yù)壓過(guò)程中舉行豎向變形、側(cè)向位移、孔隙水壓力、地下水位等項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)，并舉行原位十字板剪切實(shí)驗(yàn)和室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)。水泥土攪拌法：是以水泥為主要固化劑，通過(guò)特制的深層攪拌機(jī)械，將固化劑和地基土強(qiáng)制攪拌，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的樁

4、體的地基處理方法。優(yōu)點(diǎn)比較顯然：就地?cái)嚢琛⒆畲笙薅壤迷?，地基土不?huì)側(cè)向擠出、對(duì)四周建造干擾少，樁體布置形式靈巧。但是需要做一定的摻量的協(xié)作比。因?yàn)轭A(yù)壓法的工期較長(zhǎng)，需歷時(shí)半年至一年，考慮到項(xiàng)目的施工工期要求，舍棄該方案，決定為水泥土攪拌法，按照該區(qū)域的地質(zhì)特點(diǎn)，終于決定采用深層攪拌法（濕法）。3.2水泥土攪拌法加固機(jī)理3.2.1水泥的水解和水化反應(yīng)水泥中的硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣、硫酸鈣為反應(yīng)物，與水反應(yīng)，生成一系列的化合物。生成的化合物也會(huì)參加反應(yīng)，連續(xù)增強(qiáng)土體強(qiáng)度。3.2.2粘土顆粒與水泥水化物的作用上述生成物連續(xù)發(fā)生離子交換和團(tuán)粒化作用、硬凝反應(yīng)、碳酸化作用。終于被粉

5、碎的越勻稱的土體，水泥土的總體強(qiáng)度越高。3.2.3其他影響因素水泥土的強(qiáng)度隨水泥用量增強(qiáng)而增強(qiáng)；隨齡期增長(zhǎng)，持續(xù)時(shí)光約三個(gè)月；隨水泥標(biāo)號(hào)增強(qiáng)而增強(qiáng)；隨土樣含水量增強(qiáng)而削減；隨土中有機(jī)質(zhì)含量增強(qiáng)而減小，有機(jī)質(zhì)含量高的軟土，單純采用水泥的加固效果不好；部分種類的外摻劑可有效轉(zhuǎn)變水泥土的強(qiáng)度、齡期強(qiáng)度增長(zhǎng)等；較好的養(yǎng)護(hù)方法和養(yǎng)護(hù)條件，可以提高水泥土的早期強(qiáng)度。故，合理決定水泥摻量、削減齡期內(nèi)擾動(dòng)、適當(dāng)選用外摻劑對(duì)水泥土強(qiáng)度有較好的協(xié)助。4、水泥攪拌樁參數(shù)決定項(xiàng)目的地基處理狀況基本確定了項(xiàng)目的工程質(zhì)量，特殊是囫圇項(xiàng)目的軟土地基徹低由水泥攪拌樁控制。決定復(fù)合地基處理目標(biāo)：承載力120KPa，沉降要求0.

6、3m，工后差異沉降控制在2%。4.1樁間距決定按照項(xiàng)目需要、規(guī)范要求，決定樁徑0.5米。因?yàn)闃吨芡恋牧W(xué)性質(zhì)很差，擬定采用樁間距1.2米的三角形布置。因?yàn)樵撎幍鼗鶢顩r很差，地下狀況復(fù)雜，樁端要求進(jìn)入持力層最小深度0.8米。4.2復(fù)合地基計(jì)算根據(jù)最不利位置的樁基布置舉行復(fù)核。4.2.1單樁承載力計(jì)算樁身強(qiáng)度計(jì)算：Rk1=qs*l*S+a*Ap*fk=131.51KN；Rk2=*quc*Ap=137.80KN；按照計(jì)算結(jié)果，單樁承載力取值采用較小值。4.2.2復(fù)合地基承載力計(jì)算面積置換率m=0.190512，復(fù)合地基承載力fk=m*Rk/Ap+*（1-m）*fs=137.83KPa。按照計(jì)算的結(jié)果

7、，單樁承載力滿意設(shè)計(jì)要求，復(fù)合地基承載力也可以滿意設(shè)計(jì)的要求。4.3樁頂褥墊層設(shè)計(jì)考慮到項(xiàng)目水泥攪拌樁和淤泥的性質(zhì)差別較大，為保證復(fù)合地基的整體受力性能，故考慮在樁頂設(shè)置50cm砂墊層，并保證樁頂進(jìn)入砂墊層10cm。4.4沉降分析豎向承載攪拌樁復(fù)合地基的變形包括兩個(gè)部分：攪拌樁復(fù)合土層的平均壓縮變形S1和樁端下未加固土層的壓縮變形S2。4.4.1復(fù)合地基的沉降分析攪拌樁的壓縮模量Ep=1.8X105kPa；樁長(zhǎng)范圍內(nèi)的Es=2.68MPa；復(fù)合土層的壓縮模量為Esp=m.Ep+（1-m）.Es=34294Kpa攪拌樁復(fù)合土層頂面的附加應(yīng)力Pz為120KPa。按照Esp/Es=12.78，z/b

8、=12/12=1查表得=300。攪拌樁復(fù)合土層底面的附加應(yīng)力為Pzl=b（Pk-Pc）/（b+2Z*tan）=55.7KPa。攪拌樁復(fù)合土層的壓縮變形S1=（Pz+Pzl）*l/（2*Esp）=30.7mm4.4.2樁端土的壓縮變形復(fù)合地基底面的附加應(yīng)力為55.7KPa，自重應(yīng)力為140Kpa，土層的壓縮模量為30MPa；6米下的附加應(yīng)力為46.9KPa，自重應(yīng)力為200kPa；對(duì)應(yīng)的e值=e1-e2=0.015。經(jīng)過(guò)計(jì)算并參考周邊項(xiàng)目的e-P曲線，在樁端6米范圍內(nèi)，壓縮量5cm。4.4.3經(jīng)計(jì)算和分析，復(fù)合地基的沉降量10cm。滿意規(guī)范的要求。4.5管基、井底等特別部位處理項(xiàng)目的污水管的管底

9、高程低于復(fù)合地基頂面標(biāo)高，為保證污水管的管底有足夠的承載力，在管底部位至少保證有三根樁形成復(fù)合地基來(lái)承載。并保證管底有50cm砂墊層。5、水泥攪拌樁施工方法5.1材料要求采用32.5級(jí)以上的硅酸鹽或平凡硅酸鹽水泥。采用飲用水，使用非飲用水需控制硫酸鹽和含鹽量。PH值4。5.2施工方法5.2.1清理平整施工場(chǎng)地施工前開挖排水溝準(zhǔn)時(shí)排解地面積水，平整施工場(chǎng)地，回填50cm碎石并碾壓密實(shí)作為施工面。攪拌樁停漿面高于設(shè)計(jì)樁頂面50cm,攪拌樁施工結(jié)束后，回填50cm砂墊層，碾壓密實(shí)后作為路基墊層。5.2.2標(biāo)出鉆孔位置在整平后的場(chǎng)地上按設(shè)計(jì)要求標(biāo)出攪拌樁位置（誤差不得大于2cm），并測(cè)量場(chǎng)地的高程，決

10、定噴漿標(biāo)高和停漿標(biāo)高。5.2.3前臺(tái)鉆機(jī)定位、鉆進(jìn)及后臺(tái)拌合水泥漿鉆機(jī)就位，對(duì)正樁位（樁位誤差不大于2cm），調(diào)平樁機(jī)機(jī)身,保證樁的垂直度（允許偏差1.5%），啟動(dòng)主電機(jī)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度（攪拌樁穿透淤泥層進(jìn)入持力層約50cm）。在前臺(tái)就位鉆進(jìn)的同時(shí)，后方應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室供應(yīng)的水泥漿協(xié)作比制漿，制備好的水泥砂漿不得離析,泵送務(wù)必繼續(xù)，注漿壓力控制在0.4MPa0.6MPa。水泥漿池宜設(shè)兩個(gè)，一個(gè)用以控制配比，一個(gè)做泵送池?？刂茲{液的罐數(shù)、水泥及外摻劑的用量及泵送漿液的時(shí)光應(yīng)由專人記錄。針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)施工班組操作人員作業(yè)水平不高的現(xiàn)象，可以在拌漿桶上用油漆標(biāo)識(shí)水位線，然后交底給現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員，在注水到該水位

11、線時(shí)，加多少包水泥攪拌就是設(shè)計(jì)的協(xié)作比。以容易明白的方式保證水泥攪拌樁漿液符合設(shè)計(jì)要求。5.2.4水泥攪拌樁采用四攪四噴成樁的施工步驟設(shè)備就位：攪拌機(jī)的鉆桿須垂直并對(duì)準(zhǔn)樁位，檢查深度計(jì)轉(zhuǎn)軸中心是否位于刻度盤中心，確保攪拌樁深度計(jì)量精確。第一次鉆進(jìn)：在確認(rèn)漿液從攪拌葉的出漿口噴出后，方可啟動(dòng)攪拌機(jī)，以60r/min的轉(zhuǎn)速和不大于1m/min的鉆進(jìn)速度，順時(shí)針?lè)较蜻呫@邊噴漿，直至設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)（在不變動(dòng)檔位的前提下，電流表電流突變后，再向下鉆進(jìn)50cm），再連續(xù)噴漿30s后，改逆時(shí)針?lè)较驍嚢鑷姖{提升至設(shè)計(jì)樁頂。其次次鉆進(jìn)：以同樣方式再次順時(shí)針?lè)较蜚@進(jìn)注漿，直至復(fù)攪噴漿到設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)后，改逆時(shí)針?lè)较驍嚢鑷姖{提

12、升到設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高,再原地連續(xù)噴漿30s，停止噴漿。兩次循環(huán)鉆進(jìn)成樁：經(jīng)過(guò)上下兩次循環(huán)鉆進(jìn)提升，使水泥漿液在樁孔內(nèi)攪拌4次成樁。5.2.5樁機(jī)移位復(fù)攪完成后，將鉆頭提出地面,停止主電機(jī)、填寫施工記錄并將樁機(jī)移至下一孔位。5.3施工留意事項(xiàng)國(guó)內(nèi)目前的水泥樁攪拌法多為中心管噴漿方式和葉片漿噴方式。后者是使水泥漿從葉片上若干小孔勻稱噴出，對(duì)大直徑葉片和繼續(xù)攪拌比較合適，但噴孔易阻塞，且只能用純水泥漿；前者是從攪拌軸中間另一中心管噴出，若葉片直徑在1米以下，不影響攪拌勻稱度，且適宜多種固化劑。按照本項(xiàng)目的特點(diǎn)，介紹使用前者。5.3.1施工前舉行水泥加固土的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，決定合理的水灰比，本項(xiàng)目按照計(jì)算結(jié)果以

13、及參考其他周邊項(xiàng)目的勝利閱歷，并滿意設(shè)計(jì)和施工技術(shù)規(guī)范的要求，決定水泥用量為55kg/m，并介紹水灰比為0.450.55，終于以實(shí)驗(yàn)為準(zhǔn)。5.3.2施工前，舉行場(chǎng)地平整，并需舉行不少于5根的實(shí)驗(yàn)工藝樁，以校核機(jī)具性能及施工參數(shù)。包括灰漿稠度、工作壓力、鉆進(jìn)和提升速度參數(shù)。5.3.3施工時(shí)應(yīng)控制噴漿速度，注漿泵出口壓力應(yīng)控制在0.40.6MPa。應(yīng)盡量繼續(xù)施工、繼續(xù)供漿；如因故短時(shí)光停漿，應(yīng)將攪拌頭下沉到停漿點(diǎn)下0.5米重新噴漿攪拌。超40分鐘，應(yīng)清洗輸漿管。攪拌樁頂部1米，應(yīng)重復(fù)噴漿；樁底0.5米內(nèi)，應(yīng)減慢速度，保證有足夠的噴漿量；為保證樁端施工質(zhì)量，當(dāng)漿液達(dá)到出漿口后，應(yīng)噴漿座底30s，使?jié){

14、液徹低布滿樁端，這個(gè)對(duì)保證工程質(zhì)量尤其重要。5.3.4應(yīng)控制施工機(jī)具的平整度，保證施工中的穩(wěn)定性，不發(fā)生傾斜和移動(dòng)，機(jī)架和鉆桿的傾斜度應(yīng)1.0%，施工中應(yīng)采用吊錘觀測(cè)鉆桿的傾斜度，并對(duì)傾斜的鉆桿舉行調(diào)節(jié)。控制對(duì)中誤差20mm。5.3.5制備好的泥漿應(yīng)不得離析，并控制停置時(shí)光2h。5.3.6應(yīng)控制攪拌機(jī)的下沉和提升速度1.0m/min。5.3.7定期檢查槳葉的尺寸，鉆頭直徑損耗1cm。5.3.8對(duì)樁長(zhǎng)采用電流和長(zhǎng)度雙控的原則舉行，保證工程質(zhì)量，確保水泥攪拌樁進(jìn)入持力層足夠的深度。6、水泥攪拌樁施工觀測(cè)、檢測(cè)要求水泥攪拌樁施工完，應(yīng)舉行N10檢測(cè)、抽芯實(shí)驗(yàn)、單樁載荷實(shí)驗(yàn)、復(fù)合地基載荷實(shí)驗(yàn)。并應(yīng)舉行沉降觀測(cè)。6.1成樁齡期7d內(nèi)用輕便觸探器舉行N10檢測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率為10%總樁數(shù)。6.2成樁28d后舉行抽芯、單樁以及復(fù)合地基承載力監(jiān)測(cè)，該實(shí)驗(yàn)需剔除樁頭0.5米。6.2.1根據(jù)1%頻率舉行抽芯實(shí)驗(yàn)，對(duì)重點(diǎn)部位以及持疑惑的樁舉行重點(diǎn)抽測(cè)。6.2.2舉行單樁、復(fù)合地基承載力的檢測(cè)。6.3道路每100米，舉行道路斷面的沉降觀測(cè)。每斷面設(shè)置三個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)。應(yīng)控制推算的工后沉降量小于設(shè)計(jì)容許值，并繼續(xù)兩個(gè)月