PAGE水泥攪拌樁在處理高速公路軟土地基的應(yīng)用水泥攪拌樁是“粉體噴射攪拌樁”的簡稱，其工作原理就是利用專用的攪拌鉆機將水泥漿等固化劑噴入軟土地基中，并將軟土與固化劑強制攪拌，利用固化劑與軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使軟土結(jié)成具有一定強度的水泥樁體而形成復(fù)合地基的一種施工方法。根據(jù)噴射的固化劑類型，分為干噴和濕噴。該工藝于20世紀(jì)70年代首先由日本和瑞典分別提出、推廣和應(yīng)用，我國于80年代初引入此項技術(shù)。由于水泥攪拌樁具有無振動、無泥漿排出、對環(huán)境無污染、施工機械不復(fù)雜、施工效率高，同時加固效果好，能有效減少總沉降量、能承受較大的加荷速率、抗側(cè)向變形能力強等優(yōu)點，目前在高速公路建設(shè)領(lǐng)域應(yīng)用得較為廣泛。廣州西二環(huán)高速公路部分地段利用水泥攪拌樁（干噴法）應(yīng)用于橋頭路堤軟土地基的加固，對降低工后沉降取得了良好的效果，通過試驗和觀測，各項指標(biāo)均滿足了設(shè)計要求?，F(xiàn)將有關(guān)水泥攪拌樁的施工、質(zhì)量控制、檢測等情況介紹如下：一、項目概況本項目利用水泥攪拌樁方案處理軟土地段主要以亞粘土、淤泥質(zhì)亞粘土及淤泥質(zhì)粘土為主，軟塑—流塑狀，具有天然含水量高、高壓縮性和抗剪強度低等特點，其對路基、路面以及人工構(gòu)造物具有很大的破壞作用，因此對部分軟土地基采用水泥攪拌樁進行加固處理。根據(jù)設(shè)計，本標(biāo)段水泥攪拌樁樁徑采用50cm，間距1.0～1.3m，樁長5～11m，樁位在平面上呈正三角形（梅花形）布置，采用干噴工藝，設(shè)計要求水泥土的7天強度0.8MPa，28天強度1.0MPa。二、水泥摻量的確定水泥攪拌樁的成樁原理是由噴射水泥干粉和地基土通過機械攪拌混合、固化而成的水泥土樁柱，因此，影響水泥土抗壓強度的因素很多，主要有攪拌的均勻程度、水泥標(biāo)號、水泥摻量、地基土的含水量和有機物含量等。對于既定的地質(zhì)情況，只有采用適當(dāng)?shù)乃鄵搅?，才能達(dá)到經(jīng)濟、有效的目的。本項目對原裝土進行了室內(nèi)實驗，水泥土的室內(nèi)試驗強度分別如表1所示。表1水泥土抗壓強度試驗水泥標(biāo)號425普通硅酸酸鹽水泥天然含水量(％％)56.756.7土的容重(g//cm3)1.5301.530有機質(zhì)含量(％％)5.65.6水泥摻量(％))20(即60kkg/m))16.6(即550kg//m)會期(天)728728水泥土強度(MMPa)0.941.220.580.90注：90天齡期的抗壓強度可由齡期T(天)的抗壓強度RT求得：由試驗數(shù)據(jù)可見，在相同條件下，水泥摻量增加，水泥土的強度顯著提高，水泥摻量是影響水泥土抗壓強度的最主要因素。同時有資料表明，軟土含水量在50%--85%之間時,相同摻量下,含水量每增加10%,水泥土的強度將降低30%左右,當(dāng)含水量大于70%時，土壤孔隙比很大，水分過大形成不了足夠強大的水泥土柱體，將嚴(yán)重影響粉噴樁的強度，同時土周邊的束縛力極低，當(dāng)鉆頭反轉(zhuǎn)提升噴灰時，產(chǎn)生一個垂直向下擠壓力和一個徑向水平推力，由于土呈流塑狀，束縛力極低，柱體在形成過程中向下以及四周水平排水，不能形成豎向柱體，通常形成所謂的“掉樁”或“下沉”，嚴(yán)重的影響工程質(zhì)量?？紤]到現(xiàn)場施工條件所限，實際形成的水泥攪拌土體均勻度肯定達(dá)不到實驗條件下的效果，為了確保工程質(zhì)量，確定了水泥的摻量為20%(即60kg/m)。三、施工工藝1、施工機械：水泥攪拌樁的主要施工機械為鉆機、粉噴機和空壓機。鉆機：是水泥攪拌樁的主要成樁機械，應(yīng)具有動力大、操作靈活、能按不同速度均勻地正向鉆進和反向提升、能前后左右自行移動的功能。噴粉機：是定量發(fā)送粉體材料的設(shè)備，包括儲灰罐、發(fā)送裝置、計量控制裝置等，是粉噴機施工的關(guān)鍵設(shè)備?？諝鈮嚎s機：為粉噴樁施工提供一定壓力的氣源，使水泥粉體克服噴灰口土體阻力而噴入土中。2、工藝流程水泥攪拌樁施工工藝流程見下頁：調(diào)平、送風(fēng)——→清理場地——→施工放樣——→鉆機定位——→鉆進到設(shè)計深度(預(yù)攪)——→成樁——→噴粉、攪拌、提升——→離地面50cm停止噴灰——→復(fù)攪下沉到樁長1/3且不小于5m——→復(fù)攪——→提升——→鉆機移位。3、技術(shù)要求：（1）鉆機就位：就位后的鉆機臺保持水平，不傾斜、不偏移。鉆機的鉆頭對正樁位中心的誤差不大于設(shè)計規(guī)定的10cm，鉆桿垂直度偏差不大于1.5%。（2）、攪拌下沉：啟動攪拌機，放松樁架鋼絲繩，使攪拌機沿導(dǎo)向架切土下沉，將土攪松，下鉆的速度根據(jù)土質(zhì)的軟硬情況調(diào)整快慢檔。攪拌下沉速度一般為0.7m/s，鉆進到設(shè)計標(biāo)高后，在原地攪拌1～2min。（3）、攪拌提升：鉆頭鉆至設(shè)計深度后，啟動噴粉機，出口壓力保持0.4～0.6Mpa，攪拌機邊噴邊旋轉(zhuǎn)邊嚴(yán)格按照設(shè)定的速度提升。（4）、為了確保質(zhì)量，重復(fù)上述2～3步，即采用“復(fù)噴復(fù)攪”工藝方法，重復(fù)次數(shù)按設(shè)計和試驗確定，成樁結(jié)束。（5）認(rèn)真做好施工原始記錄，施工過程中發(fā)生的情況都應(yīng)在原始記錄中反映，對不符合要求的粉噴樁應(yīng)注明采取的措施和補救方法。四、質(zhì)量控制措施：1、加強對施工機械設(shè)備的檢驗：（1）每臺樁機必須配置可以控制樁身每米噴粉量的記錄器，且記錄器上的任何一個可操作的按鈕和開關(guān)不得用于設(shè)定或操作時間、深度、噴粉重量、樁位編號、復(fù)攪深度、復(fù)攪次數(shù)等參數(shù)。（2）樁機上的氣壓表、轉(zhuǎn)速表、電流表、電子稱必須經(jīng)過標(biāo)定，不合格的儀表必須更換。2、加強對原材料的檢驗：水泥的堆放應(yīng)該符合防雨、防潮的要求，嚴(yán)禁使用過期、受潮、結(jié)塊、變質(zhì)的水泥。3、施工前必須進行工藝試樁不同地段具有不同的地質(zhì)條件，為了克服盲目性，確保粉噴樁加固地基收到預(yù)期的效果，在粉噴樁施工前必須進行工藝試樁，試樁數(shù)量不少于5根。試樁的目的是：（1）提供滿足設(shè)計噴粉量的各種操作參數(shù)。如管道壓力、灰罐壓力、鉆機提升速度、鉆進速度、攪拌速度等。（2）、驗證攪拌均勻程度及成樁直徑。（3）、確定該地質(zhì)條件下，合理的工藝流程。（4）、確定進入持力層的判別方法。4、三個重要施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制措施（1）樁長按進入持力層控制根據(jù)在以往一些水泥攪拌樁地段的沉降觀測資料表明，攪拌樁必須盡量打至持力層上（一般控制為qc=800kpa），并且進入持力層50cm左右。判別是否進入持力層的方法可由鉆機鉆到最深時的下鉆速度和電流表的讀數(shù)來判定，本項目經(jīng)過試樁確定鉆速度達(dá)到0.5米/分，電流值達(dá)到額定電流值的125%以上時，可以確定已經(jīng)進入了持力層。（2）粉體計量控制粉噴樁的質(zhì)量好壞與水泥摻入量的多少及噴粉的均勻性有直接的關(guān)系，因此，如何來計量粉體是控制的關(guān)鍵。本項目采用的是電子稱重法與鉆機深度相結(jié)合的計量裝置，它能在記錄上反映深度、相對應(yīng)每延米的噴粉量、總灰量等。粉體計量控制主要應(yīng)注意以下兩點：要保證噴粉的均勻性，關(guān)鍵是掌握好鉆頭的提升速度。對于直徑一定的粉噴樁來說，粉體發(fā)送器單位時間內(nèi)水泥的噴出量Q與攪拌軸提升速度可由下式來確定：Q=π.D2.R.S.V/4其中：D：樁體直徑（m）；

R：軟土的容重（t/m3）；

S：水泥摻入比；

V：鉆頭提升速度（m/min）（3）、復(fù)攪控制水泥與土攪拌均勻程度是關(guān)系到粉噴樁樁體強度的關(guān)鍵因素。大量的施工實踐已充分證明粉噴樁復(fù)攪與不復(fù)攪的質(zhì)量相差甚大。鉆頭噴出的粉體往往呈脈沖狀，若不充分?jǐn)嚢?，粉體在樁中呈現(xiàn)層狀，形成一種“夾生”，這樣的樁即使水泥摻入量再多也沒有強度。復(fù)攪的作用在于通過充分的攪拌使粉體與土及水得到比較完全的接觸與作用，促使樁體的形成。為了確保攪拌的均勻性，施工時要嚴(yán)格掌握好鉆機提升速度、攪拌葉旋轉(zhuǎn)速度等，并應(yīng)盡量采用全樁復(fù)攪以保證質(zhì)量。當(dāng)樁長較長、土體天然含水量較高、粘性重時，應(yīng)采用“二噴二攪”的施工工藝，防止出現(xiàn)“沉樁”現(xiàn)象。五、現(xiàn)場質(zhì)量檢測根據(jù)水泥粉噴樁處理軟土地基的控制參數(shù)及檢測內(nèi)容，檢測水泥攪拌樁施工質(zhì)量常用的檢測方法有目測法、截取樁段試壓法、輕便動力觸探法、靜力觸探法、鉆孔取芯法、應(yīng)力波反射法、水電效應(yīng)法和靜載試驗法等8種。本項目采用目測及鉆孔取芯法，鉆孔取樣檢測方法是在成樁一定齡期后通過鉆孔取芯來檢查樁長、樁各部位的水泥含量、樁身水泥土的噴粉、攪拌均勻程度及樁身抗壓強度的變化情況。鉆孔取芯法是檢測水泥粉噴樁直觀、可靠、有效的方法，但由于粉噴樁橫斷面方向有攪拌軸部位的噴灰盲區(qū)、水泥土強度不是很高且樁體千層餅狀的特點，因此在采用鉆孔取芯法做單樁試驗時應(yīng)特別注意孔位應(yīng)避開噴灰盲區(qū)，宜定在離樁中心2/5樁徑處；另外在整個鉆進取芯過程中，鉆桿必須始終保持規(guī)定的垂直精度。1、目測法將樁體周圍土體挖開，進行外觀檢查，檢查其樁身水泥土的均勻性和密實度、樁的直徑和垂直度。2、鉆孔取樣進行樁身強度試驗在樁身不同部位鉆取試樣，進行無側(cè)限抗壓強度試驗。取樣試驗結(jié)果見表2。表2樁身試樣抗壓強度試驗樁號齡期(天)強度(MPa)樁號齡期(天)強度(MPa)K48+838311.15K48+890321.29K48+838311.25K48+890321.08K48+838311.04K48+890321.37K48+838301.10K48+890291.07K48+838301.09K48+890291.15K48+838301.06K48+890291.08由取樣試驗結(jié)果可見，水泥土的強度均符合設(shè)計要求。結(jié)束語水泥攪拌樁的施工，關(guān)鍵在于施工工藝