軟土地基處理水泥土攪拌樁施工工藝簡述

吳 榮 峰

(山西路橋第二工程有限公司,山西 臨汾 041051)

軟土地基處理水泥土攪拌樁施工工藝簡述

吳 榮 峰

(山西路橋第二工程有限公司,山西 臨汾 041051)

介紹了水泥土攪拌樁的技術(shù)類型，并通過工程實(shí)例，闡述了水泥土攪拌樁的施工技術(shù)及要求，指出水泥土攪拌樁具有樁身強(qiáng)度高、施工速度快、經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，值得在建筑工程中推廣應(yīng)用。

水泥土攪拌樁，軟土地基，抗壓強(qiáng)度，施工工藝

當(dāng)前我國的工程施工面臨著復(fù)雜的地基環(huán)境，軟土地基是在施工中需要進(jìn)行加固的一種地基。加固的方式主要為水泥土攪拌樁。水泥土攪拌樁的工作原理是：將固化劑水泥(石灰)等進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁ㄟ^水泥土攪拌機(jī)將漿液打入軟土地基的深處，使地基深處的軟土和水泥充分接觸，經(jīng)過短時間的化學(xué)和物理作用，形成抗壓能力強(qiáng)，并具有整體性和水穩(wěn)性的水泥加固體，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)加固的目的。通過此種工藝的運(yùn)用可以提高地基的承載能力，提高工程質(zhì)量，減少地基沉降的危險。本文將首先介紹水泥土攪拌技術(shù)，進(jìn)而利用水泥土攪拌實(shí)例論述水泥土攪拌樁施工工藝。

1 水泥土攪拌樁技術(shù)

1.1 水泥土攪拌樁技術(shù)類型

水泥土攪拌樁是20世紀(jì)末迅速發(fā)展的工程技術(shù)，是根據(jù)水泥土攪拌理論研制的工程用具。水泥土攪拌法分為漿液攪拌和粉塵攪拌兩種，前者是用漿體與軟土地基進(jìn)行攪拌，后者則利用粉體與軟土地基進(jìn)行攪拌。

1.2 水泥土攪拌樁技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

水泥土攪拌樁技術(shù)自發(fā)明起廣受歡迎，在工程中的廣泛應(yīng)用證明了此方法優(yōu)點(diǎn)突出：盡最大可能的利用了原土；根據(jù)地基土性質(zhì)和工程要求，可以合理選擇固化劑類型及其配方，設(shè)計靈活；與鋼筋混凝土樁基相比，大幅降低了成本；可根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的需要，靈活的采用柱狀、壁狀、格柵狀和塊狀等加固形式；加固后土體的重度基本不變，不會產(chǎn)生附加沉降。同時，水泥土攪拌樁的使用有效地加快了工程進(jìn)度，提高了工作效率，為工程的順利進(jìn)行保駕護(hù)航。

1.3 水泥土攪拌樁技術(shù)施工過程

水泥土攪拌樁技術(shù)在施工過程中具有嚴(yán)格的施工要求以及施工工藝，以防發(fā)生安全問題。水泥土攪拌樁具體施工要求如下：

1)水泥土攪拌樁樁機(jī)定位、對中、調(diào)平。將攪拌樁放置施工位置后，要再一次進(jìn)行定位和對中，同時利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行調(diào)平，保證施工開展的正常有序。

2)調(diào)整導(dǎo)向架垂直度。水泥土攪拌樁在進(jìn)行工作時，導(dǎo)向架的垂直度極為重要，因此在進(jìn)行定位、調(diào)平和對中后，要采用經(jīng)緯儀調(diào)整導(dǎo)航架垂直度，按照規(guī)定：垂直度小于樁長的1.0%。

3)提前拌制工程漿液。水泥土攪拌機(jī)在施工工作時要進(jìn)行下沉作業(yè)，因此要提前拌制漿液，確保工作的正常開展。根據(jù)要求，水泥和水的比例要控制在0.45～0.50之間，為了確保工程質(zhì)量，每米水泥土攪拌樁的水泥使用量不得低于50 kg。

4)樁機(jī)移位。待施工完一根樁后，將樁機(jī)移動到下一根作業(yè)樁位，繼續(xù)開展重復(fù)的施工作業(yè)。

1.4 水泥土攪拌機(jī)的弊端

根據(jù)我國工程建設(shè)實(shí)踐表明：運(yùn)用水泥土攪拌樁可以有效的改善軟土地基的弊端，加強(qiáng)地基的強(qiáng)度，水泥土攪拌樁表現(xiàn)如此優(yōu)異的同時，在施工過程中也暴露了一些問題：1)通過攪拌樁打入到地下的水泥漿在分布上表現(xiàn)出了垂直分布不均勻的現(xiàn)象；2)由于目前工藝 的限制導(dǎo)致攪拌樁在工作時攪拌的不夠均勻;3)在施工中，水泥土攪拌樁應(yīng)用的有效樁長和有效處理深度大大減小,限制了水泥土攪拌樁的應(yīng)用。

2 水泥土攪拌機(jī)應(yīng)用工程實(shí)例

2.1 施工工程場地

根據(jù)工程開展情況，本次選用的工程實(shí)例為水泥土攪拌機(jī)應(yīng)用于高速公路建設(shè)，工程所在地域為長江三角洲太湖沖擊平原區(qū),該地地勢較低，由于該地為重要的農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)，因此場地土質(zhì)疏松，土質(zhì)下淤泥較多，符合利用水泥土攪拌機(jī)各項條件。本次采用雙向水泥土攪拌樁。

2.2 水泥土攪拌樁試樁

1)施工機(jī)械參數(shù):攪拌樁鉆桿長設(shè)置長度為10 m;鉆頭的直徑設(shè)置為500 mm；樁機(jī)內(nèi)鉆桿設(shè)置轉(zhuǎn)速為54 r/min,將外鉆桿的轉(zhuǎn)速設(shè)置為 68 r/min;樁機(jī)的提升速度和下降速度定位為1.0 m/min～1.4 m/min。

2)在施工過程需要注意的問題：a.在架設(shè)樁機(jī)時，首先要注意調(diào)整樁機(jī)垂直度以及傾斜度，調(diào)整樁機(jī)垂直度傾斜度不大于1%。b.水泥和水的配比要控制在0.45～0.50之間。c.為了確保施工的有序進(jìn)行，要對樁機(jī)進(jìn)行試鉆。在工程用地之外試鉆7 m,要確定鉆土用時以及鉆土后情況。在進(jìn)行鉆土作業(yè)時，要將時間控制在1.0 m/min～1.4 m/min。d.調(diào)整注漿泵流量。在試鉆時，要觀察注漿泵的流量情況，對流量不斷調(diào)整，使配置的漿液在鉆機(jī)鉆到7 m時完成漿液疏松。

3)樁頭處理：本次運(yùn)用的是雙向水泥土攪拌樁，由于此樁的特點(diǎn)導(dǎo)致樁頂鉆頭位置漿液灌輸較少，導(dǎo)致泥土疏松，因此，在進(jìn)行作業(yè)時，一定要開展補(bǔ)漿作業(yè)：以鉆頭位置為圓心，50 cm為半徑，進(jìn)行下漿處理，通過反復(fù)攪拌達(dá)到要求。

3 施工過程中水泥土攪拌樁的優(yōu)點(diǎn)

3.1 施工效果好

水泥土攪拌樁在施工過程中效果極好，沒有出現(xiàn)冒漿,對施工時隆起的泥土中未發(fā)現(xiàn)濕潤的泥土或者泥漿。施工達(dá)到如此好的效果，我們根據(jù)機(jī)器原理認(rèn)為:機(jī)器在作業(yè)時，攪拌葉片通過正向和反向旋轉(zhuǎn)將土體切開，攪拌葉片對土層上部和下部分別施加了相反的切割力分量 TQ1，TQ2和壓力分量PQ1，PQ2。根據(jù)攪拌樁工作原理，攪拌樁動力來自于兩臺強(qiáng)大的大功率打洞機(jī)，但由于內(nèi)、外鉆桿的動力傳動過程中的實(shí)際損耗不相等,外鉆桿的動力傳動過程的動力損耗略大于內(nèi)鉆桿的動力傳動損耗,因此PQ2略大于PQ1,同樣TQ2略大于TQ1。但是在實(shí)際工作時，此種消耗可以忽略不計。通過以上分析，我們得出結(jié)論：TQ1=TQ2,PQ1=PQ2,因此，在工作時，攪拌樁機(jī)呈現(xiàn)較為平衡的趨勢，對周圍土體擾動小，極好的控制了冒漿的現(xiàn)象。

3.2 樁身強(qiáng)度

水泥土攪拌樁的樁身芯樣平均無側(cè)限抗壓強(qiáng)度沿深度方向變化不大，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗可知，攪拌機(jī)在工作時，樁身上體的壓力為1.90 MPa,樁身下部的壓力為1.49 MPa,我們發(fā)現(xiàn)上部和下部壓力不平均，導(dǎo)致此種現(xiàn)象發(fā)生的原因是下層土質(zhì)比上層土質(zhì)差。而下層土質(zhì)是施工的的重點(diǎn)區(qū)域。因此，在下層土質(zhì)施工的樁機(jī)樁體強(qiáng)度是否符合要求，關(guān)系到軟土地基的處理是否成功。水泥土深層攪拌樁在該土層中的平均強(qiáng)度達(dá)到1.49 MPa,最低強(qiáng)度基本在1.0 MPa 以上,遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足設(shè)計要求。

3.3 樁身強(qiáng)度比值沿深度變化

通過研究水泥土攪拌樁在軟土地基開展作業(yè)時，地基對于樁身的壓力是否符合一定規(guī)律，即隨著軟土地基的深度的增加，樁身受到的壓力變化較小，甚至不變。發(fā)生此現(xiàn)象的原因是水泥土攪拌樁施工工藝解決了常規(guī)工藝溢漿問題,且由于攪拌葉片的同時正反向旋轉(zhuǎn)對水泥土的攪拌更加均勻?？梢赃@樣理解:如果場地沿深度方向土層均勻 ,那么水泥土攪拌樁的樁身芯樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度沿深度方向基本無變化 。

4 經(jīng)濟(jì)對比

水泥土攪拌樁的使用加快了工程進(jìn)度，在工程開展中，機(jī)械投入的費(fèi)用和人員的費(fèi)用是占用總費(fèi)用較大的部分，機(jī)械的投入必然會導(dǎo)致機(jī)械預(yù)算成本增加了10%～15%,有的工程投入較多甚至成本超出了20%，但是由于機(jī)械的投入加快了工程進(jìn)度，致使人工費(fèi)大幅減少約20%～30%,在施工較方便的地段，有些工程人工費(fèi)減少50%左右，而且機(jī)械的投入能夠為攪拌樁的質(zhì)量提供保證,而且在設(shè)計時加大樁間距或減少水泥摻入量,工效可以提高約50%。

5 結(jié)語

在軟土地基開展作業(yè)時，水泥土攪拌樁可有效的開展作業(yè)，可以有效的改善施工時的各項問題，提高作業(yè)效率，保證施工質(zhì)量，加快工程的完成。因此，將水泥土攪拌機(jī)施工工藝的運(yùn)用是當(dāng)下開展工程的福音，根據(jù)當(dāng)前形勢，水泥土攪拌樁施工工藝還在不斷進(jìn)步，在未來，此工藝的發(fā)展將進(jìn)一步推動工程的發(fā)展。

[1] 葉書麟,韓 杰,葉觀寶.地基處理與托換技術(shù)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

[2] 劉松玉,儲海巖,宮能和,等.雙向攪拌樁的成樁操作方法：中國專利，200410065862[P].

[3] 劉和元,劉松玉.超長水泥土攪拌樁復(fù)合地基性狀研究[J].東南大學(xué)學(xué)報,1999(2):63-69.

Illustration on construction technologies of soft-soil foundation processing cement-soil mixing pile

Wu Rongfeng

(ShanxiHighway&Bridge2ndEngineeringCo.,Ltd,Linfen041051,China)

The paper introduces technological types of cement-soil mixing pile, describes construction technologies and requirements of cement-soil mixing pile through engineering examples, and points out its advantages, such as high pile strength, fast construction speed and obvious economic benefits and so on. Therefore, it is worth widely applying in building engineering.

cement-soil mixing pile, soft-soil foundation, compressive strength, construction technology

1009-6825(2017)02-0076-02

2016-11-06

吳榮峰(1981- )，男，工程師

TU472.36

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