深層水泥攪拌樁處理公路軟基技術(shù)
引 言
安徽省內(nèi)河水網(wǎng)比較發(fā)達,地下水位高,表層土結(jié)構(gòu)松軟,含水量高,強度低,變形大[1],公路建設(shè)有很大一部分路基均需穿越軟土地區(qū)。而軟基處理的好壞,直接影響到路基的穩(wěn)定性、整體工程的營運質(zhì)量及工程的經(jīng)濟性。深層水泥攪拌樁由于工藝獨特,具體施工周期及預壓期短、工后沉降小、無噪音、無振動、不排污、節(jié)約大量鋼材等特點[1.2],在我省公路工程的軟基處理中得到廣泛應(yīng)用。
深層水泥攪拌樁屬于加固土樁,適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭土和粉土,它是利用水泥作為固化劑,通過專用機械設(shè)備將固化劑灌入需處理的軟土地層內(nèi),并在灌注過程中上下攪拌均勻,其間水泥與土發(fā)生水化反應(yīng)生成水化物,然后水化物膠結(jié)形成凝膠體,將土顆;蛐⊥翀F凝結(jié)在一起形成具有一定強度和穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)整體。從而提高其復合地基承載力及改變地基土物理力學性能,達到提高地基承載力、減少地基沉降、阻止水體流動、增強地基穩(wěn)定性的目的。根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的要求,攪拌樁可布置成柱狀、壁狀和塊狀三種加固形式:樁狀為每間隔一定距離打設(shè)一根樁;壁狀是將相鄰樁部分重疊搭接而成;塊狀為縱橫兩個方向的相鄰樁搭接而成。
利用深層水泥攪拌樁處理軟土效果顯著,處理后可很快投入使用。如何有效地控制深層水泥攪拌樁的成樁質(zhì)量、確保軟基處理效果,這是工程實踐中必須解決的一個問題。
1 施工控制
1.1 施工準備
1.1.1 平整施工場地
清除樁位處地上、地下一切障礙。場地低洼時應(yīng)抽水清淤,并分層回填粘性土填料,予以適當壓實,不得回填雜土。
1.1.2 施工機械進場
主機為深層攪拌機,有雙攪拌軸中心管輸漿方式和單攪拌軸葉片噴漿方式兩種。配套機械主要有灰漿拌制機、集料斗、灰漿泵、控制柜及計量裝置,設(shè)備必須具備良好及穩(wěn)定的性能,并配備電腦記錄儀及打印設(shè)備,以便及時了解和控制水泥漿用量及噴漿均勻程度,應(yīng)組織檢查驗收合格后方可開始施工。
1.2.3 標識鉆桿長度
施工前應(yīng)丈量鉆桿長度,并標上顯著標志,以便掌握鉆桿鉆入深度、復攪深度,保證設(shè)計樁長。
1.1.4 材料設(shè)備
水泥宜采用普通水泥或礦渣水泥,應(yīng)是國家免檢產(chǎn)品,嚴禁使用過期、受潮、結(jié)塊、變質(zhì)的劣質(zhì)水泥。對非免檢廠生產(chǎn)的水泥,應(yīng)分批提供有關(guān)標號、安定性等試驗報告,并按規(guī)定頻率進行抽檢。為改善水泥和易性,以提高水泥土的強度和耐久性,可摻入適量外加劑,實際施工使用的水泥和外加劑,必須通過室內(nèi)試驗的檢驗,符合設(shè)計要求后方能使用。
1.2 試 樁
施工前必須進行成樁試驗,應(yīng)達到下列要求,并取得以下技術(shù)參數(shù),以指導下一步正式施工:①滿足設(shè)計噴入量的各種技術(shù)參數(shù),如鉆進速度、提升速度、攪拌速度、噴氣壓力、單位時間噴入量等。②確定攪拌的均勻性。③掌握下鉆和提升的阻力情況,選擇合理的技術(shù)措施。④根據(jù)地層、地質(zhì)情況確定覆噴范圍。⑤成樁工藝性試驗樁數(shù)不宜少于5根,且必須待試樁成功后方可進行正式施工。試樁檢驗可采取7d后直接開挖取出,或至少14d后抽芯,以檢驗其攪拌均勻程度和水泥土強度。
1.3 施工工藝流程
樁位放樣(重點對控制性軸線、樁位進行復查)—定位(調(diào)整導軌垂直度,鉆頭對中樁位)—鉆桿下沉鉆進(啟動電機,放松起吊鋼絲繩,空壓機送氣,使鉆頭沿導軌下沉至設(shè)計深度,同時注意工作電流不應(yīng)大于額定電流。如果下沉速度太慢,阻力太大,可通過輸漿管送水稀釋土體,以利鉆進)—配制漿液—提升噴漿,強制攪拌(當攪拌頭抵達設(shè)計深度時,開啟灰漿泵待漿液到達噴漿口,反循環(huán)勻速提鉆并噴水泥漿,嚴格控制攪拌速度,邊噴漿邊攪拌邊提升,將所噴水泥漿充分與土拌和均勻。為保證樁頭質(zhì)量,噴漿攪拌應(yīng)高于設(shè)計樁基項50cm)—重復下沉,上升攪拌(關(guān)閉灰漿泵,再次將鉆桿下沉至設(shè)計要求深度,攪拌提升至地面,以達到充分攪拌的要求)—提桿出孔,成樁—鉆機移位—清理樁頭(待達到要求的齡期后清理樁頭;宜使用小錘、短釬等輕便工具,以免損壞樁頭)。
1.4 施工注意事項
(1)配制漿液:漿液應(yīng)嚴格按預定的配比拌制,并拌和均勻,為防止水泥漿產(chǎn)生離析,可在灰漿機中不斷攪動,待壓漿前才將水泥漿倒入料斗中,超過2h的漿液應(yīng)降低標號使用:漿液倒入集料斗時應(yīng)加篩過濾,以免漿內(nèi)結(jié)塊,損壞泵體。
(2)泵送漿液:輸漿管不能發(fā)生堵塞,泵送漿液前,管路應(yīng)保持濕,以利輸漿。供漿必須連續(xù),一旦因故停漿,為防止斷樁和缺漿,應(yīng)使鉆頭下沉至停漿面以下0.5m,待恢復供漿后在噴漿提升;如因故停機超過3h,為防止?jié){液硬結(jié)堵管,應(yīng)先拆卸輸漿管路,清洗后備用。
(3)根據(jù)試樁確定的參數(shù)進行施工,操作人員應(yīng)記錄每米下沉時間、提升時間、送漿及停泵時間等有關(guān)參數(shù)的變化。
(4)攪拌機提升至地面以下1m時宜用慢速;當噴漿口即將出地面時,應(yīng)停止提升,攪拌數(shù)秒以保證樁頭均勻密實。控制重復攪拌時的下沉和提升速度,以保證加固范圍每一深度內(nèi),得到充分攪拌。
(5)對于柱狀攪拌樁,相鄰兩樁施工間隔時間不得超過12h。為確保壁狀加固體的連續(xù)性,按設(shè)計要求樁體要搭接一定長度時,原則上每一施工段要連續(xù)施工,相鄰樁體施工間隔時間不得超過24h。
(6)考慮到攪拌樁與上部結(jié)果的基礎(chǔ)或承臺接觸部分受力較大,因次通常還可以對樁頂板以下1.5m范圍內(nèi)再增加一次輸漿,以提高其強度。
(7)攪拌樁施工完成后,不充許在其附近隨意堆放重物,防止樁體變形。水泥攪拌樁施工時施工現(xiàn)場合理設(shè)置排水溝,將廢棄泥漿由排水溝排至指定位置,防止污染周邊環(huán)境。施工時應(yīng)注意合理安排時間,盡量避免夜間施工,減少噪音對附近居民的影響。
1.5 主要安全技術(shù)措施
(1)深層攪拌冷卻循環(huán)水在整個施工過程中不能中斷,應(yīng)經(jīng)常檢查進水和回水溫度,回水溫度不應(yīng)過高。
(2)深層攪拌機的入土切削和提升攪拌,負載荷太大及電機工作電流超過額定值時,應(yīng)減慢提升速度或補給清水,一旦發(fā)生卡鉆或停鉆現(xiàn)象,應(yīng)切斷電源,將攪拌機強制提起之后,才能重新啟動電機。
(3)深層攪拌機電網(wǎng)電壓低于380V應(yīng)暫停施工,以保護電機。應(yīng)定期拆開并清洗灰漿泵,同時注意保持齒輪減速器內(nèi)潤滑油的清潔。
(4)深層攪拌機械及起重設(shè)備,在地面土質(zhì)松軟環(huán)境下施工時,地要鋪填石塊、碎石,平整壓實。
2 質(zhì)量檢測
2.1 檢測方法
(1)N10輕便動力觸探檢驗。用輕便動力觸探N10檢驗樁身的強度要求是:1d齡期成樁的N10擊數(shù)大于15擊。7d齡期成樁的N10擊數(shù)大于原天然地基的N10擊數(shù)1倍以上(淤泥除外)。
檢驗攪拌均勻性:用輕便觸探器中附帶的勺鉆,在攪拌樁身中心鉆孔,取出樁芯,觀察其顏色是否一致,是否存在水泥漿富集的“結(jié)核”未被攪勻的土團。
輕便觸探的有效檢驗深度為4m,為加深檢驗深度,可在做完4m后用鋼管壓入4m再繼續(xù)做4m,一般可做到8m深。但是,這種檢驗方法存在一定局限性及操作可行性欠佳,其檢驗結(jié)果只能作為參考,需結(jié)合采用其它試驗方法所得的結(jié)果作進一步對比分析。
(2)樁身抽芯取樣檢驗。成樁齡期28d后取樁身樣品檢驗,檢查其完整性、樁土攪拌均勻程度及樁的施工長度?刹捎靡韵聝煞N方法進行檢驗:①在樁頭截取試樣,制成標準試塊50mm×50mm×50mm做抗壓試驗。②用大管徑鉆機鉆取芯樣,芯樣直徑宜大于10cm,以減少擾動的影響,無側(cè)限抗壓強度試驗,可采用芯樣制備成7.07cm×7.07cm×7.07cm的立方試件,也可直接用圓柱體芯樣試件進行試驗。
取芯檢驗數(shù)量一般不少于總樁數(shù)的1%或不少于3根。如果某段水泥攪拌樁取芯檢測結(jié)果不合格率小于10%,則可認為該段水泥攪拌樁整體滿足要求;如果不合格率大于10%小于20%時,則應(yīng)在該段同等補樁;如果不合格率大于30%,則該段水泥攪拌樁為不合格。取芯后留下的空間應(yīng)采用同等強度的水泥砂漿回灌密實。
鉆芯檢驗的缺點是試驗速度慢,費用較高,且取芯時對芯樣的擾動較大,不宜作大面積普查。
(3)載荷試驗。載荷試驗[3]在成樁28d齡期時進行。一種為單樁載荷試驗,另一種為復合地基載荷試驗(可做單根、2根、4根樁的復合地基),按試驗操作規(guī)程進行,一般要求每個場地的載荷試驗點不少于3個。單樁載荷試驗一般做樁帽,即將樁頂開挖后修理平整;復合地基試驗時荷載板必須在同一平臺上。
文獻[4]規(guī)定,“復合地基承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場復合地基載荷試驗確定,或采用增強體的載荷試驗結(jié)果和其周邊土的承載力特征值結(jié)合經(jīng)驗確定”。所以載荷試驗是相對比權(quán)威的檢驗方式。
(4)沉降觀測。定期對采用深層水泥攪拌樁加固的地基路段進行沉降觀測[5]/側(cè)向位移觀測,通過觀測評定地基變形是否滿足設(shè)計及規(guī)范要求,是直觀檢查加固效果的理想方法。
2.2 外觀鑒定
(1)樁體圓勻,無縮勁和回陷現(xiàn)象。
(2)攪拌均勻,凝體無松散。
(3)群樁樁頂平齊,間距均勻,
2.3 檢查項目
深層拌樁的樁位偏差、樁斜率、樁底深度、斷面尺寸、樁頂停漿高程、單樁噴漿量、原材料、搭接情況整體穩(wěn)定和強大、墻體、樁身強度、噴漿量、攪拌時間等,以上項目均需符合設(shè)計及要求。
3 結(jié)束語
由于深層攪拌樁施工速度快,且屬隱蔽性施工,不易監(jiān)控,個別施工單位偷工減料,致使樁長不夠。同時,由于固結(jié)速度較慢,施工樁頭段時用力過猛,易使淺部樁身斷裂。上述質(zhì)量問題對復合地基承載力均有較大影響,因此,在施工深層水泥攪拌樁時,應(yīng)根據(jù)其工藝流程制定各工序質(zhì)量控制關(guān)鍵點[6],層層把關(guān),加強施工自檢、監(jiān)理旁站檢查,以及業(yè)主及相關(guān)質(zhì)量監(jiān)督管理部門的監(jiān)督檢查,確保工程質(zhì)量。
參考文獻
[1] 錢讓清.公路工程地質(zhì)[M].合肥:中國科學技術(shù)大學出版社,2005.
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[3] 河海大學.交通土建軟土地基工程手冊[M].北京:人民交通出版社,2001.
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[5] 高速公路路基設(shè)計與施工[M].北京:人民交通出版社,2000.
[6] 陳萬佳.港口水工建筑物[M].北京:人民交通出版社,1995.