水泥土深層攪拌樁在工程中的應用及質量控制

王利民

0 引言

深層水泥攪拌樁是以水泥漿液作為固化劑,通過深層攪拌機械在地基深處將軟土和固化劑強制攪拌,同時利用兩者之間產生的一系列物理和化學反應,使水泥土硬結成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的半剛性樁,并與樁間土組成復合地基。該法適用的土質范圍較廣,包括淤泥質土、粉土和軟黏土等,具有施工簡單、工期短、造價低、適用范圍廣、地基處理效果好等優(yōu)點,現已大量應用于建筑工程的軟基加固工程中。下面結合太原市萬柏林中心醫(yī)院地基加固實例探討水泥攪拌樁在軟土地基加固的應用。

1 工程概況

太原市萬柏林中心醫(yī)院位于太原市大眾街以南,眾紡路以東,地下2層,地上12層,結構形式為框架—剪力墻結構,基礎形式為梁筏基礎,基礎底標高-9.90 m。根據山西省勘察設計研究院提供的勘察報告,場地地貌單元屬汾河東岸Ⅱ級階地,該工程場地范圍內的地層分布自上而下依次為:素填土、粉質黏土、細砂、粉土、細砂、粉質黏土、細中砂、圓礫、粉質黏土。該場地土類別為Ⅲ類,擬建場地為較穩(wěn)定性場地,天然地基視為不均勻地基,場地土無液化?？辈炱陂g實測穩(wěn)定水位埋深介于7.4 m～8.7 m之間,地下水對鋼筋混凝土無腐蝕性。根據地質情況和工程上部結構情況,設計單位確定采用水泥土深層攪拌樁實施地基處理,樁徑500 mm,樁長7.50 m,樁間距 1.0 m,正三角形布樁。樁端落入第⑤層細砂層,共布樁2 479根。材料選用32.5礦渣硅酸鹽水泥,水泥摻量為每延米66.5 kg,濕法作業(yè),水灰比控制在 0.50～0.55,施打順序為隔行隔樁跳打,施工工藝采用兩噴四攪。要求單樁承載力特征值不小于140 kN,處理后的復合地基承載力特征值不小于200 kPa,樁體無側限抗壓強度不小于2.5 MPa。成樁28 d后開挖基槽,進行成樁質量檢測。

2 深層水泥攪拌樁的加固機制和特點

2.1 深層水泥攪拌樁的加固機制

軟土與水泥加固的基本原理是基于水泥與軟土的物理化學反應過程。施工過程中軟土首先被攪拌切削成大小不等的團塊,水泥漿摻入后,水泥包裹土團。由于水泥的摻量很少,水泥與軟土之間的不充分混合,水泥土中會產生強度較大和水穩(wěn)性較好的水泥區(qū)和強度較低的土塊區(qū)。水泥土的物化反應是一個緩慢的過程,水泥與土粒表面先反應,然后逐漸向土粒中間發(fā)展,經過較長的時間,土團內的土顆粒在水泥水解產物滲透作用下,逐漸改變其性質。因此,水泥和土之間的強制攪拌越充分,土塊被粉碎的越小,水泥分布到土中越均勻,水泥土結構強度的離散性越小,宏觀的總體強度也越高,無側限抗壓強度隨著水泥摻入比的增加而增加。

2.2 深層水泥攪拌樁的特點

1)處理地基設備簡單,費用較低,技術效果明顯,可用于大范圍軟基處理。2)利用固化材料可提高加固土的早期強度,大大縮短工期,由于固結屈服應力很大,故上部承重時,不會產生固結沉降。3)施工過程中無振動、噪聲和污染,對周圍環(huán)境無不良影響,適合鬧市區(qū)附近施工。

3 深層水泥攪拌樁的施工工藝及技術要求

1)樁機定位:平整場地利用自行移動將深層攪拌機移至指定樁位并對中,為保證樁位準確,必須使用定位卡,控制其對中誤差不大于50 mm,導向架和攪拌軸應與地面垂直,控制其偏差不大于1%;2)漿液配制:采用32.5R礦渣硅酸鹽水泥,沿樁體每延米水泥用量70 kg。攪拌樁的水灰比控制在0.5～0.55,水泥應抽檢合格,用水量應準確,攪拌時間不少于3 min;3)噴漿成樁:開啟泵機并確認噴嘴噴出漿液后,啟動樁機下旋鉆進噴漿成樁,噴漿應連續(xù),控制鉆進速度低于1.0 m/min,噴漿速度低于0.8 m/min,轉速約60 r/min,噴漿壓力 1.0 MPa～1.4 MPa,噴漿量30 L/min,鉆進噴漿至設計樁長或層位后,原地噴漿30 s,再反轉勻速提升;4)提升攪拌:攪拌頭自樁底反轉勻速攪拌提升至地面,如有軟土包裹則應及時清除;5)重復鉆進攪拌及提升攪拌成樁:仍按上述步驟進行,噴漿量如已達到設計要求,則只需復攪而不再送漿,成樁后開動漿泵清洗管路中的殘留水泥漿,使成樁直徑和樁長達到設計要求;6)攪拌樁施工應嚴格按照設計樁位、樁長、樁數、噴漿量以及試驗確定的參數進行,質量控制應貫穿在施工的全過程,并應堅持全程的施工監(jiān)理。檢查的重點:水泥用量、樁長、攪拌頭轉數和提升速度、復攪次數和復攪深度、停漿處理方法等。

4 樁基檢測方法及結論

1)成樁7 d后,采取淺部開挖樁頭,深度超過停漿面下 500 mm,目測攪拌的均勻性,量測成樁直徑,檢查數量為總樁數的5%。本項目檢查125根,全部合格。2)輕型動力觸探(N10)檢查樁體均勻性,檢查數量為施工總樁數的1%。本項目檢查25根,Ⅰ類樁18根,Ⅱ類樁7根,無Ⅲ類和Ⅳ類樁。3)成樁28 d后,開挖基槽,進行水泥土深層攪拌樁的單樁載荷試驗13組和復合地基載荷試驗13組,承載力全部滿足設計要求。荷載—沉降P—S曲線全部呈圓滑形,特征點不明顯,無明顯陡降段;沉降—時間S—lg t曲線無明顯向下彎曲,全部樁體在試驗范圍內未達到破壞。4)為保證樁體質量,采用雙管單動取樣器鉆芯取樣8根,樁體通長水泥土攪拌較均勻,檢驗芯樣抗壓強度平均值大于2.5 MPa。

5 結語

本工程地基處理采用攪拌樁對地基土的加固效果良好,質量穩(wěn)定可靠。該工程項目正在建設中,各觀測點沉降比較均勻,目前沉降量較小。由此可見,水泥土攪拌樁是一種具有工程造價低、處理效果好、質量易控制、周期較短、施工工藝受環(huán)境制約少的成熟地基處理技術,在軟土場地施工中有較高的推廣意義。在實際應用中建議攪拌樁樁端落入承載力較高的土層,每延米水泥用量根據土質情況適當增加,由于攪拌樁后期強度增長較大,應適當延長樁的養(yǎng)護時間,以期達到良好的工程質量和經濟效益。

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