水泥攪拌樁在公路軟基中的加固施工技術(shù)探討
2015-08-04
1、工程簡介
本工程的公路軟土路基位于剝蝕丘陵地貌，地形較平坦，起伏較??；段內(nèi)有簡易公路與某國道相連，植被發(fā)育，地面基本為水田，緩坡多為旱地，水系發(fā)達，地下水豐富，但地下水對混凝土無侵蝕性。經(jīng)地質(zhì)勘察，本標(biāo)段公路的路基為軟黏土和粉質(zhì)粘土，結(jié)合較多的軟土路基加固工程實踐，以及水泥攪拌樁適用于處理軟粘土、淤泥以及淤泥質(zhì)土、地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值不大于120 KPa的黏性土和粉土地層。因此經(jīng)研究，本軟土路基采取水泥攪拌樁進行加固。
2、水泥攪拌樁加固公路軟土路基原理
通過采用機械把水泥與路基中的軟土進行攪拌以加固路基土體的方式即為水泥攪拌樁，其在軟土路基中的水泥與土發(fā)生了一系列物理化學(xué)反應(yīng)，其硬化機理類似于混凝土，但水泥攪拌樁的凝結(jié)速度較混凝土凝結(jié)慢，而且其強度加固增長過程也較慢。從宏觀上來分析，水泥攪拌樁能加固軟土路基的承載力強度，其主要是水泥和土壤在強力攪拌下，土塊被充分粉碎，而且粉碎得越細意味著水泥在土中的分布越均勻，則水泥土的結(jié)構(gòu)強度離散型更少，水泥攪拌樁在軟土路基上的宏觀總體強度就越高。
3、施工準(zhǔn)備
?。?）水泥攪拌樁施工現(xiàn)場事先應(yīng)予以平整，必須清除地上和地下的障礙物，挖除根莖土、建筑垃圾等雜填土或生活垃圾。當(dāng)遇有明渠、池塘及洼地時應(yīng)抽水和清淤。機械安裝就位困難的，應(yīng)抽水清淤，分層回填碾壓密實，厚度的粘性土料適宜作為施工面，以對于路塹段開挖的褐黃色砂質(zhì)粘性土或混合巖全風(fēng)化土為宜，回填粘性土料并予以壓實，不得回填雜填土或生活垃圾。攪拌樁停漿面為地面清表線（場地平整面），攪拌樁施工結(jié)束后，挖除樁頂浮土，回填30cm砂礫材料，碾壓密實后作為路基墊層。
?。?）采取室內(nèi)配比試驗。采集該工點土樣，當(dāng)存在成層土?xí)r，應(yīng)采集各層土樣，至少應(yīng)采集最軟弱層土樣，進行室內(nèi)配比試驗，測定各水泥土試塊的不同齡期、不同水泥摻入量和不同外加劑的抗壓強度，尋求滿足設(shè)計要求的最佳水灰比、水泥摻入量及外加劑品種、摻量。一般要求28d齡期柱身無側(cè)線抗壓強度不小于1.8MPa。
（3）水泥攪拌樁路基工點必須安排提前施工，在填筑至路基基床底層頂面時進行觀測，時間不少于6個月，確定穩(wěn)定后方可進行基床表層級配碎石施工，鋪軌前先進行沉降評估。
4、水泥攪拌樁加固公路軟土路基的施工工藝
本軟土路基工程采取的水泥攪拌樁加固施工工藝是：施工準(zhǔn)備→攪拌樁機就位、調(diào)平→預(yù)攪下沉，同時噴漿至設(shè)計加固深度→邊攪拌邊噴漿同時提升至預(yù)定的停漿面→重復(fù)攪拌噴漿同時下沉至設(shè)計加固深度→重復(fù)攪拌提升，最后閉漿至預(yù)定的停漿面→關(guān)閉攪拌機、清洗→移至下根樁、重復(fù)以上施工流程。具體加固施工工藝如下。
?。?）攪拌樁機定位。根據(jù)本軟土路基的加固樁體定位，調(diào)整好導(dǎo)軌的垂直度，以確保鉆頭準(zhǔn)確落到樁位上，保證攪拌樁的水平偏差應(yīng)小于50mm，并使攪拌軸保持垂直，偏差應(yīng)小于1.0%。
?。?）制漿。所配制的水泥漿液應(yīng)控制好其水灰比，水灰比適宜控制在0.45～0.55范圍內(nèi)。本工程根據(jù)試驗室下發(fā)的配比為準(zhǔn)。制備水泥漿時，攪拌時間標(biāo)定不少于4-5min，對配制好的水泥漿液進行過篩，同時還根據(jù)試驗確定來摻入一定比例的外加劑。
?。?）送漿。泵送漿在泵出口壓力應(yīng)當(dāng)保持控制在4-6MPa范圍之間，對于本工程中樁長的則取高值，而對于樁短的則取低值，攪拌提升速度和輸漿速度確保保持同步，為此本工程的水泥漿噴出速度控制在40-60L/min 之間。
?。?）鉆桿下沉鉆進施工前應(yīng)當(dāng)標(biāo)定攪拌機械的灰漿輸送量。啟動電機，放松起吊鋼絲繩，空壓機送風(fēng)，讓攪拌機的鉆頭沿著導(dǎo)軌下沉而鉆進到攪拌樁設(shè)計深度。鉆機正鉆速度控制在80r/min-135r/min 范圍內(nèi)，而下鉆進尺速度則控制在0.8m-1.0m/min范圍內(nèi)；同時本工程根據(jù)鉆機鉆到最深實時下鉆速度和電流表的讀數(shù)來判別鉆頭是否已到達持力層。
?。?）提升鉆桿同時上提噴漿強制攪拌。開啟灰漿泵等待漿液到達噴漿口時，則根據(jù)規(guī)定的提升速度和攪拌速度，采取邊拌邊噴漿液以及邊提升，直到設(shè)計噴灰標(biāo)高。本工程考慮到一般表層50cm 土層側(cè)向約束軟弱，而對成樁不利，因此停灰面控制在離地面50cm 處。另外，為了有效地確保軟基加固范圍內(nèi)均得到充分?jǐn)嚢?，?yán)格控制攪拌時的下沉和提升速度，提升或下沉速度不得超過1.0m/min。
?。?）復(fù)攪。到達停灰口后，關(guān)閉灰漿泵，再次將攪拌機下沉到設(shè)計要求深度，采取再攪拌后提升到地面，即采取整樁三次復(fù)攪工藝。
5、施工關(guān)鍵部位以及加固質(zhì)量控制要點
（1）水泥摻入量擬為被加固濕土重量的15%，水泥漿水灰比為0.45~0.55。水泥攪拌樁施工過程中應(yīng)保證攪拌樁機底盤的水平和導(dǎo)向架的豎直。
?。?）嚴(yán)格按照設(shè)計樁位、樁長、樁數(shù)、噴漿量以及試驗確定的參數(shù)施工。樁體攪拌應(yīng)均勻、連續(xù)，全樁須復(fù)攪一次。機具下沉攪拌中遇有土阻力較大，應(yīng)增加攪拌機自重，然后啟動加壓裝置加壓，或邊輸入漿液邊攪拌鉆進。
（3）樁底必須滿足進入持力層不小于50cm，判別是否進入持力層的方法可根據(jù)鉆機鉆到最深時下鉆速度和電流表的讀數(shù)來判別，當(dāng)遇到硬層時電流標(biāo)的讀數(shù)會發(fā)生突變。
?。?）?；颐鎽?yīng)控制在離地面50cm 處。應(yīng)嚴(yán)格控制攪拌時的下沉和提升速度，提升或下沉速度不得超過1.0m/min，以保證加固范圍內(nèi)每一深度均得到充分?jǐn)嚢?；深層攪拌施工中采用少量多次噴漿的方法，至少保證兩次噴漿，同時應(yīng)確保復(fù)攪次數(shù)不小于3次。
（5）攪拌樁開鉆后應(yīng)當(dāng)連續(xù)施工，嚴(yán)格控制起噴和停噴高程，不得間斷。若出現(xiàn)停機或機械故障停噴，應(yīng)及時記錄中斷高程，同時將攪拌頭下沉至停漿點以下0.5 m 處，待恢復(fù)供漿時再噴漿攪拌提升重攪，復(fù)攪重疊長度不小于1 m。若停機超過3 h，則先拆卸輸漿管路，并妥加清洗。如中斷時間超過12 h，應(yīng)當(dāng)采取補樁措施。
?。?）為了能有效地確保樁底端施工質(zhì)量，當(dāng)漿液到達出漿口后，應(yīng)噴漿坐底30 s，使噴液完全到達樁底端。對樁身上端1 / 3 樁長范圍，應(yīng)采用復(fù)攪措施，將此范圍內(nèi)的漿液分兩次噴入，使攪拌效果最佳。當(dāng)噴漿口到達頂標(biāo)高時，宜停止提升，攪拌數(shù)秒，以確保樁頭的均勻密實。
?。?）攪拌頭翼片的枚數(shù)、寬度與攪拌軸的垂直夾角、攪拌頭的回轉(zhuǎn)數(shù)、提升速度相互匹配，以確保加固深度范圍內(nèi)土體的任何一點均能經(jīng)過20 次以上的攪拌。
?。?）整樁噴漿攪拌結(jié)束后，為使軟土與水泥漿攪拌均勻，應(yīng)再次將攪拌頭邊旋轉(zhuǎn)邊沉入土中至設(shè)計深度，再將攪拌頭邊旋轉(zhuǎn)邊提升出地面。
?。?）應(yīng)注意漿噴樁的樁位施工順序；在一個區(qū)域內(nèi)，應(yīng)先打設(shè)路基兩側(cè)及該處理段兩頭的樁，以形成一個封閉的區(qū)域，再逐漸往中心打設(shè)，有利于整體的成樁質(zhì)量和軟基處理效果。
6、結(jié)語
本文從分析水泥攪拌樁的加固軟土路基的原理出發(fā)，結(jié)合某軟土路基加固工程實例，探討了水泥攪拌樁加固軟土路基的施工工藝以及質(zhì)量控制技術(shù)措施，工程實踐表明，該加固技術(shù)可有效改善軟土路基承載力，是對軟土路基加固處理的一種實用方法，值得推廣應(yīng)用。
