水泥攪拌樁處理軟土路基技術(shù)研究

摘要：水泥攪拌樁技術(shù)是軟土路基處理的有效措施，在我國已經(jīng)廣泛應(yīng)用于公路建設(shè)中。本文分析了水泥土攪拌樁的原理與優(yōu)點，并以實際工程為例探討了水泥攪拌樁處理軟土路基的技術(shù)要點。

關(guān)鍵詞：水泥攪拌樁；軟土路基；樁頭

一、水泥土攪拌樁

（一）水泥土攪拌法的原理

水泥土攪拌加固的基本原理是基于水泥加固土的物理化學反應(yīng)過程。水泥與飽和的軟土攪拌后，首先發(fā)生水泥的水解和水化反應(yīng)，生成水泥水化物并形成凝膠體（氫氧化鈣），將土顆?；蛐⊥翀F凝結(jié)在一起形成一種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)整體，這就是水泥的骨架作用，同時，水泥在水化過程中生成的鈣離子與土顆粒表面的鈉離子（或鉀離子）進行離子交換作用，生成穩(wěn)定的鈣離子，從而進一步提高土體的強度。另外，水泥水化物中游離的氫氧化鈣能吸收水和空氣中的二氧化碳，發(fā)生碳酸化反應(yīng)，生成不溶于水的碳酸鈣，這種碳酸化作用也能使水泥土增加強度。

（二）水泥土攪拌法的適用范圍和優(yōu)點

這種方法適用于處理正常固結(jié)的淤泥與淤泥質(zhì)土、粉土、飽和黃土、素填土、粘性土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基。當?shù)鼗恋奶烊缓啃∮?0%（黃土含水量小于25%）、大于70%或地下水的pH值小于4時不宜采用干法。

水泥土攪拌法具有以下優(yōu)點：（1）將固化劑和原地基軟土就地攪拌混合，最大限度利用了原土；（2）攪拌時無振動、無噪音和無污染，可在市區(qū)內(nèi)和密集建筑群中進行施工；（3）攪拌時不會使地基側(cè)向擠出，對周圍建筑物和管線影響較小；（4）水泥土攪拌法形成的水泥土加固體，可作為豎向承載的復合地基、基坑圍護擋墻等；（5）根據(jù)上部結(jié)構(gòu)要求，可靈活采用各種加固形式；（6）與鋼筋混凝土樁基相比，可節(jié)約大量鋼材，降低造價。

（三）應(yīng)用要點

1、設(shè)計前應(yīng)進行擬處理土的室內(nèi)配比試驗。針對現(xiàn)場擬處理的軟弱層軟土的性質(zhì)，選擇合適的固化劑、外摻劑及其摻量，為設(shè)計提供不同齡期、不同配比的強度參數(shù)。對豎向承載的水泥土強度宜取90d齡期試塊的立方體抗壓強度平均值；對承受水平荷載的水泥土強度宜取28d齡期試塊的立方體抗壓強度平均值。

2、固化劑宜選用強度等級不低于32.5級的普通硅酸鹽水泥（型鋼水泥土攪拌墻不低于P.0.42.5級）。水泥摻量應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求的水泥土強度經(jīng)試驗確定；塊狀加固時水泥摻量不應(yīng)小于被加固天然土質(zhì)量的7%，作為復合地基增強體時不應(yīng)小于12%，型鋼水泥土攪拌墻（樁）不應(yīng)小于20%。濕法的水泥漿水灰比可選用0.45～0.55，應(yīng)根據(jù)工程需要和土質(zhì)條件選用具有早強、緩凝、減水以及節(jié)約水泥等作用的外摻劑；干法可摻加二級粉煤灰等材料。

3、豎向承載水泥土攪拌樁復合地基宜在基礎(chǔ)和樁之間設(shè)置褥墊層，剛性基礎(chǔ)下褥墊層厚度可取150～300mm。褥墊層材料可選用中粗砂、級配砂石等，最大粒徑不宜大于20mm，褥墊層的壓實系數(shù)不應(yīng)小于0.94。

4、豎向承載的水泥土攪拌樁復合地基承載力特征值不宜大于180kPa。

5、型鋼水泥土攪拌墻（樁）的設(shè)計和施工應(yīng)符合《型鋼水泥土攪拌墻技術(shù)規(guī)程》JGJ-的規(guī)定。型鋼水泥土攪拌樁或水泥土中插入混凝土預制樁時，單樁豎向抗壓承載力應(yīng)通過單樁靜載荷試驗確定，樁身強度的計算不應(yīng)考慮水泥土的作用。

二、水泥攪拌樁處理軟土路基技術(shù)

（一）工程概況

某開發(fā)區(qū)發(fā)展大道東延伸線道路工程全長3912m（其中道路部分長3229m），屬于城市主干道，近期按雙向四車道通行，遠期為雙向六車道，本次設(shè)計按遠期雙向六車道進行設(shè)計。設(shè)計行車速度為50km/h。路面采用瀝青砼結(jié)構(gòu)，雙幅路型式：單側(cè)車行道寬11.5m，兩側(cè)各設(shè)4.5m寬人行道。根據(jù)勘查資料，地基主要土層情況為：表層為1.3m左右的物理力學性質(zhì)較好的土層，其下為18m流塑狀態(tài)的淤泥或淤泥質(zhì)黏土，再向下50多米范圍內(nèi)為軟塑和流塑狀態(tài)的淤泥質(zhì)黏土或亞黏土。淤泥或淤泥質(zhì)黏土的壓縮模量為1.49～2.43MPa；亞黏土的壓縮模量為3.78～6.0MPa。地下水位距地表約1m。

（二）軟基處理方案的選擇

常用軟土地基的處理方式有換填、動力固結(jié)法、攪拌樁、CFG樁（水泥粉煤灰碎石樁）、真空聯(lián)合堆載預壓和袋裝砂井等。根據(jù)地質(zhì)勘察資料看，本工程軟基主要為含水量較大的流塑狀態(tài)淤泥類軟基，對于含水量較大的淤泥類軟基采用水泥攪拌樁處理，其加固較排水固結(jié)法效果好。根據(jù)本項目的實際情況，經(jīng)反復比較，選用水泥攪拌樁處理軟基方案。

（三）施工技術(shù)

1、材料與配合比

室內(nèi)配合比試驗根據(jù)圖紙設(shè)計要求，水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥，摻灰量為被加固土濕質(zhì)量的10～20%；為選擇經(jīng)濟、可靠、合理的水泥漿配比，試樁按水泥漿配比試樁做配合比，灰摻量為50kg/m、55kg/m、60kg/m的各試配三組，水灰比皆為0.55。根據(jù)攪拌樁摻入比室內(nèi)加固試驗結(jié)果，采用滿足設(shè)計要求的最佳水灰比0.55、水泥摻入量55kg/m的配合比進行現(xiàn)場試樁。

漿液配制采用P.O.42.5普通硅酸鹽水泥，嚴格控制水灰比在0.55，施工用水泥、水等材料及外加劑均應(yīng)進行試驗檢驗，同時，在施工前應(yīng)進行水泥漿的試配，并將試配結(jié)果以及上述材料的試驗結(jié)果報告同時上報監(jiān)理工程師審批。加水時要采用定量容器，保證噴漿量的準確。為了更好的控制噴漿量，按每棵樁按施工長度及每延米摻灰量確定總灰量，只拌制一次水泥漿，全部用完。

2、定樁位

用全站儀放線，配合鋼尺丈量、竹簽定位，并經(jīng)監(jiān)理人員驗收后施工。

3、攪拌機定位

縮進伸縮葉片，起重機懸吊攪拌機到指定樁位并對中。

4、切土下沉

啟動攪拌機，使攪拌機沿導向架向下切土，同時開啟送漿泵向土體噴水泥漿，兩組葉片同時正、反向旋轉(zhuǎn)切割、攪拌土體，攪拌機持續(xù)下沉，直到設(shè)計深度。

5、提升攪拌

關(guān)閉送漿泵，攪拌機提升、兩組葉片同時正反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，至地表或設(shè)計樁頂標高。

6、切土下沉

調(diào)整伸縮葉片達上部樁體直徑，使攪拌機沿導向架向下切土，同時開啟送漿泵向土體噴水泥漿，兩組葉片同時正、反向旋轉(zhuǎn)切割、攪拌土體，攪拌機持續(xù)下沉，直到變截面設(shè)計深度。

7、提升攪拌

攪拌機提升、關(guān)閉送漿泵，兩組葉片同時正反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，直到地表或設(shè)計樁頂標高以上50cm；完成水泥土雙向攪拌樁單樁施工。

（四）質(zhì)量控制要點

1、樁位控制

（1）在確保測量控制樁樁位準確無誤的前提下，采用高精度的測量儀器（經(jīng)緯儀和50m鋼卷尺）進行施工樁位放樣，插“竹簽”進行明顯標識及編號，并保護好。放樣樁位偏差不得大于20mm。

（2）準確埋設(shè)樁尖，保證其正對放樣安插的“竹簽”，二者偏差不大于30mm。

（3）樁機就位后，利用樁機塔身前后和左右垂直標桿檢查塔身導桿，校正位置，使樁管垂直對準樁位中心，并用特制尺規(guī)檢驗，使樁位偏差控制在50mm內(nèi)。

2、漿液檢測

添加進來的外摻劑、調(diào)制好的固化劑，應(yīng)能依托室內(nèi)測定才可運用。固態(tài)狀態(tài)之下的這類漿液，應(yīng)能依據(jù)擬定好的配比予以拌合，確認液體不會離析。持續(xù)予以泵送，設(shè)定專人來查驗總體漿液的比值、添加的制劑總量，查驗泵送耗費的時間。

3、噴漿時間和停漿時間

每根樁開鉆后應(yīng)連續(xù)作業(yè)，不得中斷噴漿。嚴禁在尚未噴漿的情況下進行鉆桿提升作業(yè)。儲漿罐內(nèi)的儲漿應(yīng)不小于一根樁的用量加50kg。若儲漿量小于上述重量時，不得進行下一根樁的施工。施工中發(fā)現(xiàn)噴漿量不足，應(yīng)按監(jiān)理工程師要求整樁復攪，復噴的噴漿量不小于設(shè)計用量。如遇停電、機械故障原因，噴漿中斷時應(yīng)及時記錄中斷深度。在12小時內(nèi)采取補噴處理措施，并將補噴情況填報于施工記錄內(nèi)。補噴重疊段應(yīng)大于100cm，超過12小時應(yīng)采取補樁措施。

4、樁頭施工

當攪拌樁樁頂接近設(shè)計標高時，應(yīng)特別注意樁頭的施工質(zhì)量，樁頂1-1.5米范圍內(nèi)增加噴漿攪拌一次。同時攪拌自地面以下1m噴漿攪拌提升出地面時，宜應(yīng)慢速，當噴漿口至樁頂標高時，宜停止提升，攪拌10秒-20秒，以保證樁頭密實均勻。當輸漿管有彎折、外壓或漏漿情況時要及時檢查、理順管道，清除外壓，發(fā)現(xiàn)漏漿點應(yīng)進行補漏，嚴重時停機換管當輸漿管道過長，沿程壓力損失增大時可使制漿池布置靠近樁位，以縮短送漿管道。當場地條件不具備時，可適當調(diào)增泵送壓。

參考文獻：

[1]馮偉.山區(qū)高速公路軟土地基處理方法適用性研究[D].建筑與土木工程：重慶交通大學，2012.

[2]王剛.水泥攪拌樁處理軟土路基的應(yīng)用及管理措施[J].科技致富向?qū)В?012年15期.