章啟彬
(繁昌縣水務(wù)局 安徽 繁昌 241200)
水泥深層攪拌樁是利用攪拌機(jī)把送入地層深部的水泥就地進(jìn)行攪拌,使水泥與地層中的軟土拌和均勻,讓水泥與軟土發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng),硬化成水泥土樁體的一種施工方法。 水泥深層攪拌樁依水泥是否先加水拌成漿液再噴入地層攪拌,還是直接將干粉噴入地層并攪拌,區(qū)分為“濕法”與“干法”兩種[1]。 濕法攪拌比較均勻,易于復(fù)攪,但水泥土硬化時間長,特別是地層中軟土含水量過高時,樁間土多余的孔隙水影響水泥土強(qiáng)度增長;干法正好相反,攪拌不太均勻,很難全程復(fù)攪,但水泥土硬化時間較短,樁間土的含水量在一定程度上也能夠減少,從而使樁間土的強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)得以提高。
水泥攪拌樁適用于江河堤防的防滲, 堤岸邊坡加固,基坑開挖支護(hù),水利、港口、高速公路等基礎(chǔ)加固。 就處理對象來說,它適用于砂性土、粘性土、粉土、淤泥、淤泥質(zhì)土,松散至稍密無大塊硬質(zhì)建筑垃圾的雜填土和素填土。 一般不適用于生活垃圾和化纖等工業(yè)廢料雜填土, 以及含大量樹根、塊石的土層。
水泥攪拌樁設(shè)計應(yīng)全面收集以下資料:
1.1.1 處理區(qū)域內(nèi)詳盡的巖土工程資料。 尤其是填土層的厚度和組成,軟土層的分布范圍、分層情況,地下水位及pH 值,士的含水量、塑性指數(shù)和有機(jī)質(zhì)含量等;
1.1.2 建筑場地有無影響攪拌樁機(jī)械施工障礙物。 地下有無各類管網(wǎng),生活垃圾、工業(yè)化纖和硬質(zhì)塊體建筑垃圾,地上有無高壓電線。 如果影響大,又難以解決,有可能會導(dǎo)致地基處理方案變更。
1.1.3 應(yīng)針對現(xiàn)場擬處理的最薄弱層軟土做配合比試驗,確定合適的固化劑、外摻劑及其摻量,為設(shè)計提供各種齡期、各種配比的強(qiáng)度參數(shù)。對豎向承載的水泥土強(qiáng)度宜取90 d 齡期試塊的立方體抗壓強(qiáng)度平均值;對承受水平荷載的水泥土強(qiáng)度宜取28d 齡期試塊的立方體抗壓強(qiáng)度平均值。
水泥土攪拌樁豎向復(fù)合地基承載力及單樁豎向承載力特征值,應(yīng)通過現(xiàn)場荷試驗確定。 初步設(shè)計時,復(fù)合地基承載力和單樁豎向承載力按文獻(xiàn)[2]計算,確定攪拌樁的復(fù)合地基承載力、樁的直徑、置換率和長度。
豎向承載攪拌樁的平面布置可根據(jù)上部結(jié)構(gòu)特點及對地基承載力和變形的要求,采用柱狀、壁狀、格柵狀或塊狀等加固型式。 柱狀加固一般在基礎(chǔ)平面范圍外布置一排維護(hù)樁,可采用正方形、梅花形等布樁型式。
豎向承載攪拌樁的長度應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對承載力和變形的要求確定,并宜穿透軟弱土層到達(dá)承載力相對較高的土層;為提高抗滑穩(wěn)定性而設(shè)置的攪拌樁,其樁長應(yīng)超過危險滑弧以下。
豎向承載攪拌樁復(fù)合地基應(yīng)在基礎(chǔ)和樁之間設(shè)置褥墊層褥墊層厚度可取其材料可選用中砂粗砂級配砂石等。
2.1 粉噴樁應(yīng)在設(shè)計樁頂以上不小于1.5m 基坑面開始施工,如地面高程不足,應(yīng)回填中、重粉質(zhì)壤土,保證施工機(jī)械安裝平穩(wěn)、牢固,施工面平整。
2.2 粉噴樁施工前應(yīng)根據(jù)設(shè)計進(jìn)行工藝性試樁,根據(jù)試樁質(zhì)量確定工程樁施工工藝參數(shù),試樁數(shù)量不少于2 根。
2.3 水泥土攪拌樁施工步驟由于濕法和干法的施工設(shè)備不同而略有差異。 其主要步驟為:攪拌機(jī)就位、調(diào)平,預(yù)攪下沉至設(shè)計深度,邊噴漿(粉)、邊攪拌提升至預(yù)定的停漿面,重復(fù)攪拌下沉至設(shè)計深度,噴漿(粉)攪拌提升至預(yù)定?;颐?,空鉆提出地面,關(guān)閉攪拌機(jī)。
2.4 粉噴樁施工時實際施工樁頂高程需高出設(shè)計樁頂500mm 以上, 在基坑開挖時將設(shè)計樁頂以上部分人工鑿除,嚴(yán)禁采用挖掘機(jī)等機(jī)械鑿除,以免破壞樁身。
2.5 水泥土攪拌法干法噴粉施工機(jī)械必須配置經(jīng)國家計量部門檢定合格、具有能瞬時檢測并記錄出粉量的粉體計量裝置及攪拌深度記錄儀。
2.6 控制好噴粉(漿)時鉆頭的下沉、提升速度,第一次噴粉應(yīng)控制在0.5~0.7m/min,第二次噴粉應(yīng)控制在0.6~0.8m/min,勻速提升防止因噴粉不均勻形成軟弱夾層。
2.7 土樣含水量:當(dāng)水泥摻入量相同時,樁身強(qiáng)度隨土樣含水量增大而降低,施工時應(yīng)測定土樣含水量。 濕法根據(jù)實際含水量調(diào)整水灰比,現(xiàn)場應(yīng)配備水泥漿比重測定儀控制漿體稠度。 干法在地基土天然含水量小于30%土層中成樁時,應(yīng)采用地面注水?dāng)嚢韫に嚒?/p>
2.8 樁長、樁位、樁徑的控制。 樁長的控制不僅要看表通過鉆速和時間計算, 還要在鉆進(jìn)時在搭架上在設(shè)計樁長深度位置劃上明顯的標(biāo)記,同時根據(jù)鉆機(jī)負(fù)載電流突變和轉(zhuǎn)速變化,判斷是否穿透軟土層進(jìn)入持力層[3]。 樁位測量放樣后應(yīng)在樁位釘小樁,并保護(hù)好不被破壞,樁機(jī)就位時樁位偏差應(yīng)<5㎝。 垂直度是樁位控制的關(guān)鍵,施工中應(yīng)經(jīng)常用錘球檢查樁機(jī)垂直度,垂直度偏差應(yīng)<1%。 樁徑控制要求不小于設(shè)計直徑,施工中應(yīng)經(jīng)常檢查鉆頭直徑,發(fā)現(xiàn)磨損超過規(guī)范要求應(yīng)及時補焊。
水泥土攪拌樁的質(zhì)量控制應(yīng)貫穿在施工全過程,并應(yīng)堅持全程旁站監(jiān)理。 施工過程中必須隨時檢查施工參數(shù)和計量記錄,對照施工工藝對每根樁進(jìn)行質(zhì)量評定。 重點檢查水泥用量、樁長、攪拌頭轉(zhuǎn)數(shù)和提升速度、復(fù)攪遍數(shù)和復(fù)攪深度等。 成樁后應(yīng)檢驗樁體均勻性、完整性和承載力。
3.1 粉噴樁樁體均勻性檢驗。 根據(jù) 《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》, 攪拌樁應(yīng)在成樁后3 天以內(nèi)用輕便動力觸探器進(jìn)行質(zhì)量檢驗,檢驗樁的數(shù)量為施工總樁數(shù)的1%,且不少于3 根。
3.2 粉噴樁應(yīng)在成樁7d 后,及時檢查樁身的完整性。抽樣檢測數(shù)量為成樁的5%,檢測方法為:淺部開挖樁頭(含超噴部分),其深度為500mm,目測檢查攪拌的均勻性,測量成樁直徑,對樁身強(qiáng)度持有懷疑的樁體,鉆取樁身芯樣,測其強(qiáng)度。
3.3 成樁28d 后,按總樁數(shù)的0.2%且不少于3 根,檢測單樁及復(fù)合地基承載力是否滿足設(shè)計要求。
紅星排水站位于繁昌縣峨溪河右堤上,站址區(qū)原為老河道,峨溪河大堤修建后人工填筑,該地段堤頂高程11.6m,堤頂寬度為5.0m。 臨水高程5.0~6.0m, 背水側(cè)地面高程5.00~7.5m。 根據(jù)鉆探資料所揭示的地層,建筑物底板以下地層分布如下:
4.1.1 層淤泥質(zhì)粉質(zhì)壤土:呈灰褐色、灰黃色等,濕,流塑~軟塑狀態(tài)。層底高程-3.6~-4.1m,層厚9.4~10.0m。靜探比貫入阻力Ps 值0.4~0.80MPa,平均為0.5MPa,實測標(biāo)貫擊數(shù)N 為2~4 擊/30cm,平均為3.2 擊/30cm。
4.1.2 層粉質(zhì)粘土~重粉質(zhì)壤土:呈灰黃~褐黃色,濕,可塑~硬塑,含少量鐵錳礦物及少量高嶺土。 該層未鉆穿,最大揭露厚度5m。
4.2.1 粉噴樁數(shù)量。 泵站出水箱涵斷面尺寸2m×2.5m,設(shè)計面積置換率19.6%, 采用正方形布置, 樁徑50cm, 樁距100cm,在箱涵底面以外布置一排維護(hù)樁,共布置250 根樁,具體布置參見圖1。
4.2.2 粉噴樁深度。 樁長穿過③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)壤土層,進(jìn)入下部④層粉質(zhì)粘土~重粉質(zhì)壤土層1 米, 樁長在9.5~10 米之間,樁頂高程4.9m,樁頂?;颐娓叱?.1m。
圖1 出水箱涵粉噴樁布置圖
4.2.3 材料。 水泥采用PO42.5,干法,摻入比為15%,復(fù)合地基承載力130kPa。
4.2.4 施工工藝。 工程樁施工前對現(xiàn)場進(jìn)行了粉噴樁干法工藝試驗,共打2 根試樁,擬定施工工藝參數(shù)為:采用干法,水泥摻入比為15%(56kg/m),全程復(fù)噴、復(fù)攪工藝,鉆進(jìn)速度0.6~1.0m/min,第一次噴粉提升速度0.5~0.7m/min,復(fù)噴、復(fù)攪速度0.6~0.8 m/min。
攪拌樁的成樁質(zhì)量檢驗方法常用的有:反射波法、靜載試驗、鉆芯檢驗、輕便觸探、標(biāo)準(zhǔn)入試驗、挖驗等。 紅星排水站出水涵水泥攪拌樁加固地基檢測采用:輕便觸探、挖驗和靜載試驗三種方法,分階段檢測樁體均勻性、完整性和復(fù)合地基承載力,檢測結(jié)果如下:
4.3.1 樁體均勻性檢測。 成樁3d 內(nèi),選擇3 根樁,用輕型動力觸探(N10)檢查樁身的均勻性,成樁后的觸探檢測結(jié)果見表1, 顯示3 天內(nèi)的N10 擊數(shù)均大于對應(yīng)天然地基土的N10 擊數(shù)的一倍以上,滿足設(shè)計要求。
表1 紅星站水泥攪拌樁輕便動力觸深成果匯總表
4.3.2 成樁開挖檢查。 成樁7 天后采用淺部開挖樁頭,檢查成樁效果。 選擇12 根樁,經(jīng)檢查,樁的外徑為50cm,和攪拌機(jī)頭部的葉片直徑相當(dāng),樁體均勻、無斷層現(xiàn)象,整體性、密實性較好。 強(qiáng)度方面,用鐵鍬鏟比較困難,初步判斷強(qiáng)度較高。
4.3.3 復(fù)合地基承載力試驗。 成樁28 天后,選取3 根樁檢測復(fù)合地基承載力,3 根樁的復(fù)合地基承載力檢測結(jié)果如下:54# 靜試點:單樁復(fù)合地基加荷至270kN 時,抗壓穩(wěn)定,未達(dá)到極限荷載,最大沉降量15.79mm,最大回彈量為11.98mm,殘余沉降量3.81mm;106# 試驗樁: 單樁復(fù)合地基加荷至270kN 時,抗壓穩(wěn)定,未達(dá)到極限荷載,最大沉降量18.50mm,最大回彈量14.69mm, 殘余沉降量3.81mm;174# 靜試點:單樁復(fù)合地基加荷至270kN 時,抗壓穩(wěn)定,未達(dá)到極限荷載,最大沉降量26.97mm, 最大回彈量為21.71mm, 殘余沉降量5.26mm。 3 根樁復(fù)合地基承載力均大于130kPa,滿足設(shè)計要求。 成樁后的靜載試驗P-S 曲線見附圖3。
圖3 單樁復(fù)合地基靜載P-S 曲線圖
通過近幾年來幾項水泥攪拌樁加固地基的實踐,初步得出以下結(jié)論:
水泥深層攪拌樁具有施工操作簡單, 施工中噪聲小,無振動、無污染,施工速度快、造價低等優(yōu)點;繁昌縣河漫灘土層含水量一般在40~50%,其巖性多為粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)壤土,地下水無侵蝕性,適合采用水泥深層攪拌樁加固地基;水泥攪拌樁主要承受豎向荷載,對樁身連續(xù)、均勻要求極高,樁的實際承載力由樁最薄弱段質(zhì)量決定,因此施工中應(yīng)建立一套完整的質(zhì)量保證體系進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。
[1]張繼周,文小利,翟孝猛.如何運用水泥深層攪拌樁處理公路軟基[J].科技信息,2009(19):222-223.
[2]JGJ79-2002 建筑地基處理技術(shù)規(guī)程[S].
[3]宋軍成.淺談水泥漿深層攪拌樁施工質(zhì)量控制[J].中小企業(yè)管理與科技,2009(10):200-200.