水泥深層攪拌法加固公路軟土地基
2012-08-13 來源：筑龍網(wǎng)
采用深層攪拌法加固飽和軟粘土地基，即以水泥、石灰等材料作為固化劑，通過特制的深層攪拌機(jī)械將固化劑與原位軟土進(jìn)行強(qiáng)制攪拌，并吸收周圍水分，利用固化給予軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理-化學(xué)反應(yīng)，生成一種特殊的具有較高強(qiáng)度、較好變形特征和水穩(wěn)性的混合柱狀體，促使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)地基。它對提高軟土地基的承載力、減少地基的沉降量、阻止水體流動和地下水的滲透及保證橋頭高填土路基穩(wěn)定性具有明顯的加固效果。
由水泥與軟土攪拌形成的固結(jié)體稱為水泥土攪拌樁。用水泥漿與軟土攪拌形成的柱狀固結(jié)體稱為深層攪拌樁；用水泥粉體與軟土攪拌形成的柱狀固體稱為粉噴樁。二者合稱為水泥土攪拌樁，簡稱攪拌樁。
一、 發(fā)展簡況
1.1水泥深層攪拌法
水泥深層攪拌法始于美國，20世紀(jì)50年代引入日本，日本于1974年研制成功水泥攪拌固化法（CMC法），加固深度達(dá)32米。
1.2粉噴樁
粉體噴射攪拌加固土樁，于20世紀(jì)60年代后期由瑞典和日本分別提出。我國于80年代初引進(jìn)此項技術(shù)，1983年研制出我國第一臺液壓步履式深層攪拌噴粉樁機(jī)，于1984年7月第一次將粉噴樁技術(shù)應(yīng)用于工程實踐，成功的加固了一座涵洞，并取得了良好的加固效果， 1985年4月通過鐵道部鑒定，后推廣使用。
二、 適用范圍
攪拌樁最適合于加固各種成因的飽和軟粘土。目前國內(nèi)常用于加固淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和含水量較高的粘性土。
水泥深層攪拌法需要考慮地下水和土質(zhì)成分對水泥是否有害，如果地下水質(zhì)對水泥有侵蝕性則不能使用。對于高液限粘土不宜使用深層攪拌法，尤其不能用水泥粉噴攪拌法。如有的地基屬高液限粘土，液限高達(dá)90%-100%，天然含水量雖高，但還是低于液限，這種土含水量達(dá)70%時，尚處于可塑狀態(tài)，無法攪動，所以采用水泥粉噴樁就會失敗。
下面結(jié)合工程實際對水泥深層攪拌法加固公路軟土地基的施工工藝、技術(shù)要點、施工質(zhì)量檢驗進(jìn)行探討。
三、工程概況及施工準(zhǔn)備
3．1工程概況
xx至xx高速公路xx段為國家規(guī)劃的阿榮旗至深圳國家公路的重要地段，也是河南省“五縱四橫四通道”公路主骨架中一縱的重要部分。本標(biāo)段為NO.7合同段，其中涵洞2道，長81.69米，通道19處，通道、涵洞基礎(chǔ)共有3204根計32337米的水泥攪拌樁地基加固，采用水泥攪拌樁鉆機(jī)施工。
水泥攪拌樁設(shè)計樁徑為50cm，間距1~2ｍ，按等間距平行布置，制備水泥漿使用的水泥為：河南安陽湖波水泥有限公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽32.5水泥。
3.2施工準(zhǔn)備
⑴水泥攪拌樁施工前應(yīng)準(zhǔn)備下列施工技術(shù)資料：施工場地的工程地質(zhì)報告，水泥攪拌樁設(shè)計樁位圖，原地面高程數(shù)據(jù)表，加固深度與?；颐娓叱桃约皽y量資料等。
⑵場地平整、清除障礙。如場地低洼，應(yīng)回填粘性土；施工場地不能滿足機(jī)械行走要求時，應(yīng)鋪設(shè)砂土或碎石墊層。若地表過軟，則應(yīng)采取防止機(jī)械失穩(wěn)措施。
⑶施工機(jī)具準(zhǔn)備，進(jìn)行機(jī)械組裝和試運(yùn)轉(zhuǎn)。
⑷水泥攪拌樁的施工工藝根據(jù)設(shè)計要求的配比和實測的各項施工參數(shù)通過試樁來確定。試樁一般為５根，通過試樁來確定鉆進(jìn)速度、提升速度、攪拌速度、噴漿壓力、單位時間噴漿量等。
⑸水泥漿所用的水泥（普通硅酸鹽32.5水泥）應(yīng)符合設(shè)計要求，并有產(chǎn)品合格證，并經(jīng)室內(nèi)檢驗合格才能使用，嚴(yán)禁使用受潮、結(jié)塊變質(zhì)的加固料。
四、施工工藝和技術(shù)要點
4.1施工工藝：
?、艤y量放樣
按照圖紙要求放出需加固的涵洞及通道水泥攪拌樁的樁位，并用竹簽做出標(biāo)志；
?、茩C(jī)械就位
按照測量放樣位置將深層攪拌機(jī)械移至擬加固樁位，進(jìn)行就位對中，并調(diào)平，檢查沉管的垂直度；
?、穷A(yù)攪下沉
待攪拌機(jī)攪拌頭轉(zhuǎn)速正常后，啟動機(jī)使攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架邊旋轉(zhuǎn)攪土、邊下沉，下沉速度可由電機(jī)的電流監(jiān)測表控制，工作電流應(yīng)<70A（隨不同的機(jī)型有所差異），以一定的速度預(yù)攪下沉，遇到深層粘土?xí)r（或巖層）多做10—20cm，攪到底后提20cm；
?、扔嬎闼嘤昧浚捎脙纱螄姖{兩次攪拌成樁。以本標(biāo)段Ｋ50+744涵洞加固水泥攪拌樁為例，水泥用量的控制方法如下：
?、傩拗睆?.2m、高1.2m的水泥漿攪拌池，其體積：
V=0.25×3.14×1.22 ×1.2=1.356m3
②水灰比0.75的水泥漿比重g=1.63t/m3
?、蹎螛端酀{用量V單=（37.5+50）×8/（1.63×1000）=0.429m3
?、苊棵酌看螄姖{池中液面下降高度為：H=0.429/16×1.13=2.37cm
在水泥漿攪拌池內(nèi)豎立鋼尺，根據(jù)鉆桿鉆進(jìn)的深度對照池中液面下降的高度進(jìn)行控制；
⑸制備水泥漿
下沉到一定深度后，開始制備水泥漿，并注入集料斗中。按照單樁水泥漿用量制水泥漿，并送漿2—3分鐘，水泥漿用量扣除管道水泥漿；
?、蕠姖{攪拌提升
攪拌頭下沉到設(shè)計深度后，提升20cm，開啟水泥漿泵漿壓入土中，邊噴漿邊旋轉(zhuǎn)，同時嚴(yán)格按規(guī)定勻速提升，邊提升、邊噴漿、邊攪拌，噴漿上提，上提速度通過試驗樁確定，但不能超過0.5m/min，要勻速上提，以便使水泥漿分布均勻，與土體充分拌和，攪至樁頂停留幾分鐘，樁長增加50cm；
⑺重復(fù)攪拌下沉、提升
復(fù)攪增加樁體的均勻性，復(fù)攪速度比預(yù)攪速度稍快，也由試驗樁確定，不能超過0.5—0.8m/min；將攪拌機(jī)邊旋轉(zhuǎn)攪拌邊下沉，到設(shè)計深度后再邊旋轉(zhuǎn)邊提升，直到提出地面，樁柱制成；
?、逃涗泦螛端嘤昧俊?biāo)號、含量，沉管速度，攪拌速度；
?、颓逑刺幚順额^，清除樁頭的廢料雜物，將灰漿泵、深層攪拌機(jī)和相關(guān)的管道用清水洗干凈；
?、畏Q動攪拌機(jī)重復(fù)上述工序依次逐樁噴攪、制樁。
?。?2技術(shù)要點：
?、旁陂_鉆前，認(rèn)真復(fù)核樁位，通常定位偏差不超過5cm，必須校正攪拌軸的垂直度。檢查時用鉆錘吊線進(jìn)行控制。
?、茦俄敗段粯?biāo)高均不應(yīng)低于設(shè)計值。樁底一般應(yīng)超深10-20cm，樁頂應(yīng)高于設(shè)計標(biāo)高50cm。
?、撬鄵搅繎?yīng)按設(shè)計要求，并檢查摻量計量方法是否準(zhǔn)確可靠。水泥標(biāo)號與品種應(yīng)按設(shè)計要求或通過試塊強(qiáng)度試驗進(jìn)行抽檢；水泥應(yīng)保證無結(jié)塊、無紙屑石塊等雜物。
⑷制備的水泥漿不能離析，因而水泥漿應(yīng)在攪拌機(jī)中不斷攪拌，直至壓漿時才可將其緩慢地注入集料斗中。
⑸預(yù)攪下沉?xí)r，要嚴(yán)格控制下沉速度，使土體被完全切割破碎，以利于與水泥漿拌和均勻。特別是對于較硬的粘土夾層，如果在預(yù)攪下沉?xí)r速度過快，土層不能被完全切割，造成很多游離的硬粘土塊，在后續(xù)的重復(fù)攪拌過程中，不管如何加強(qiáng)復(fù)攪都無法將其消除，致使樁體中夾含大原狀粘土塊，降低了樁身強(qiáng)度和檢測合格率。為避免這種情況的發(fā)生，在預(yù)攪下沉?xí)r，針對特殊的粘土硬層要適當(dāng)放慢下沉速度。重復(fù)攪拌的下沉和提升速度也要嚴(yán)格控制。
?、抒@機(jī)正鉆給進(jìn)狀態(tài)，同時啟動水泥漿輸送泵，邊鉆進(jìn)邊噴漿，鉆進(jìn)至樁底設(shè)計深度，并且應(yīng)有一定的滯留時間，以保證水泥漿體到達(dá)樁底，一般為2-3min。
?、藝姖{提升：當(dāng)確認(rèn)水泥漿料到達(dá)樁底后開始反鉆提升，提升的速度不應(yīng)超過0.5m/min，到樁頂設(shè)計標(biāo)高時停止供料。為便于控制攪拌質(zhì)量，不得使用三檔提升。攪拌頭提升到樁頂時，關(guān)閉水泥漿輸送泵，在原位慢速轉(zhuǎn)動2min，以保證樁頭均勻密實。
?、虈姖{開始時，應(yīng)將電子秤顯示屏置零，使噴漿過程在電子計量顯示下進(jìn)行。噴漿時，記錄人員應(yīng)隨時觀察電子秤的變化顯示，以保證各段噴漿均勻。
⑼為確保加固強(qiáng)度和加固體的均勻性，整個制樁過程一定保證邊噴漿、邊提升連續(xù)作業(yè)，壓漿階段不容許出現(xiàn)斷漿或停漿現(xiàn)象，輸漿管道不能發(fā)生堵塞，并嚴(yán)格控制攪拌機(jī)的提升速度。如出現(xiàn)斷漿，應(yīng)及時補(bǔ)噴，補(bǔ)噴重疊長度不小于0.5m。
⑽水泥用量要采用單樁控制，一樁一清，確保水泥漿與土的比例。
五、施工質(zhì)量檢驗
５.1施工期間的質(zhì)量檢驗：
?、攀┕び涗?樁數(shù)、樁長與施工圖是否相符。
?、茦段唬和ǔ６ㄎ黄畈粦?yīng)超過5cm，施工前在樁中心插樁位標(biāo)，施工后將其復(fù)原以便驗收。
?、菢俄?、樁底標(biāo)高：均不應(yīng)低于設(shè)計值。在鉆桿上做標(biāo)記，間接控制樁底標(biāo)高。
?、葮渡泶怪倍龋好扛鶚妒┕r均應(yīng)用水準(zhǔn)尺或其它方法檢查導(dǎo)向架和攪拌軸的垂直度，間接測量樁身垂直度。通常垂直度誤差應(yīng)小于1%。
?、伤鄵搅浚喊丛O(shè)計要求，要檢查摻量計量方法是否準(zhǔn)確可靠。
⑹水泥品種及標(biāo)號：按設(shè)計要求指定選用，并通過試驗進(jìn)行抽檢。
?、藬嚢桀^上提噴漿的速度：一般均在上提時噴漿，提升速度不應(yīng)超過0.5m/min（或攪拌軸每旋轉(zhuǎn)一周的提升量不超過16mm）。
?、虈?yán)格按設(shè)計要求控制漿液水灰比。
?。?2工程竣工后的質(zhì)量檢驗
⑴檢查原始記錄是否詳盡，如實。
⑵按樁數(shù)2%作開挖檢驗，對樁頂以下1.0m附近進(jìn)行外觀檢查，量測直徑應(yīng)符合設(shè)計要求，樁身應(yīng)連續(xù)勻稱、灰土拌和均勻 。
?、怯诔蓸逗?5天或28天鉆孔取芯：重點檢查樁長，取芯做抗壓強(qiáng)度試驗，并檢查樁身強(qiáng)度。
?、扔诔蓸逗?5天做標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗：與鉆孔取芯同時進(jìn)行，針對不成完整芯樣的樁段，間接檢查樁身強(qiáng)度。
?、捎诔蓸逗?5天做低應(yīng)變檢測：批量檢查樁身平均強(qiáng)度，間接反映含灰量，攪拌均勻性等。
?、视诔蓸逗?8天做靜荷載試驗：工程初期試驗階段，驗證設(shè)計參數(shù)的合理性，并對低應(yīng)變法的估算數(shù)進(jìn)行標(biāo)定；工程檢測階段，針對質(zhì)量疑問的單體工程進(jìn)行抽量試驗。
深層攪拌法是目前加固公路軟土地基最常用的方法之一，近幾年來，國內(nèi)成功的實例也不少，在施工過程中要加強(qiáng)管理，實行全天候、全方位旁站，認(rèn)真做好施工記錄，以確保施工質(zhì)量。深層攪拌法加固軟土地基施工時無需高壓設(shè)備，基土不向側(cè)向擠壓，安全可靠，無污染，無振動，對環(huán)境無不良影響，而且產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
