水泥噴粉深層攪拌樁沉樁問(wèn)題分析及處理論文
摘要：深層攪拌樁進(jìn)行地基加固有噴粉和噴漿兩種施工方法，設計人員在地基天然含水量大于60％的情況下，從降低地基含水量考慮，常常選用噴粉法。而在天然地基含水量大的情況下采用噴粉法施工，由于流塑狀淤泥在噴粉施工時(shí)風(fēng)壓氣流的作用下，在攪拌過(guò)程中因受擾動(dòng)發(fā)生液化，強度來(lái)不及形成，造成沉樁。通過(guò)施工現場(chǎng)試驗，證明改用噴漿法施工的攪拌樁解決沉樁問(wèn)題是有效的，工程造價(jià)變化不大，是可行的。
關(guān)鍵詞：路基工程 深層攪拌樁 沉樁 噴漿法
一、前言：
深層攪拌樁經(jīng)過(guò)近二十年的發(fā)展，由于施工技術(shù)和施工機械的成熟已經(jīng)被廣泛地用于軟土地基加固、邊坡支護、基坑及堤壩防滲等方面。深層攪拌樁可以增加軟土地基的承載力，減少沉降量，提高邊坡的穩定性，以及具有快速、經(jīng)濟、有效等特點(diǎn)，而被應用在公路橋頭軟土地基上，以加快公路的施工進(jìn)度，消除或緩解橋頭跳車(chē)等問(wèn)題。其施工方法分為噴粉和噴漿兩種方法。設計人員在地基天然含水量大于60％的情況下，從降低地基含水量考慮，常常選用噴粉法。由于地質(zhì)條件千變萬(wàn)化，其中若存在淤泥含水量過(guò)大，采用噴粉法則可能出現沉樁問(wèn)題。以下通過(guò)對采用噴粉法出現沉樁工程問(wèn)題分析及提出處理方法與同行探討。
二、工程實(shí)例
1、工程簡(jiǎn)況
某高等級公路在K9+753~K10+836橋頭186m采用水泥噴粉樁處理，水泥噴粉樁按正三角形布置，樁徑采用50cm，樁距1.5m，平均樁長(cháng)10m，水泥摻入比15%，即每延米50kg水泥，標號425#。施工單位在施工配套設備進(jìn)行標定、試樁方案經(jīng)過(guò)監理單位和業(yè)主單位同意的情況下采用噴粉法進(jìn)行試樁試驗，共試59根，其中的21根樁發(fā)生沉樁，沉樁深度一般為1.1m~4.5m不等。
2、沉樁原因分析
水泥深層攪拌樁加固機理是通過(guò)水泥的水解和水化反應、水泥水化物與土顆粒之間的離子交換和團�；饔�、凝硬作用、碳酸化作用等一系列化學(xué)反應而成為具有整體性、水穩定性和一定強度的水泥土樁體。因此，可從地質(zhì)、施工工藝兩方面來(lái)分析沉樁原因。
地質(zhì)方面，由于各地質(zhì)層土質(zhì)的差異而產(chǎn)生水泥加固土的效果不同，一般認為含有高嶺石、多水高嶺石、蒙脫石等粘土礦物的軟土加固效果較好，而含有伊里石、氯化物和水鋁英石等礦物的粘性土以及有機質(zhì)含量高、酸堿度（PH值）較低的粘性土加固效果較差。各地質(zhì)層的含水量的不同，也是引起水泥和土一系列化學(xué)反應而形成強度的速度不同的原因。
施工工藝方面，水泥與土攪拌不均勻，甚至水泥與土無(wú)法混合。這與施工機械的各施工參數有關(guān)，如鉆進(jìn)速度、鉆頭轉速、提升速度、噴粉壓、水泥用量等有關(guān)。必須通過(guò)試驗樁根據不同地質(zhì)層、不同土質(zhì)、不同土壓力找到合適的施工參數，加以嚴格控制，使樁體均勻，防止縮頸、斷頸等現象。
�。保┑刭|(zhì)方面
在第一次試樁的一排7根樁中，靠路線(xiàn)前進(jìn)方向右側有4根樁沉樁。在試樁后第七天對其中兩根進(jìn)行抽芯檢測，發(fā)現樁體上均有兩段水泥明顯不凝固。在試樁后第十天對發(fā)生沉樁的地質(zhì)進(jìn)行補勘，具體地層由上至下為：
�、偬钌埃汉由�，層厚為0.5m.
�、诜圪|(zhì)粘土：灰黃、灰褐色，可塑，稍濕～濕，隨深度增加漸變?yōu)檐浰軤�，層厚�?.2m。
�、塾倌啵荷罨�、灰黑色，軟塑～流塑，飽和，粘性強，滑膩，巖性均一，底部0.5m含腐殖物，層厚為6.0m。
�、苡倌噘|(zhì)粘土：灰、青灰色，軟塑，飽和，粘性較強，均勻，層厚為1.8m。
�、萦倌鄪A砂：灰、青灰色，軟塑，含較多中粗砂，含量在30%～50%，松散狀，層厚為1.5m。
�、奚皩樱簻\灰色，稍密～中密，飽和，以粗砂為主，含粘性土，級配良好，層厚為1.9m。
�、叻圪|(zhì)粘土夾砂：灰黃、棕黃色，軟塑，濕，含量在20%～50%，巖性不均，層厚為2.6m。
�、嗌皩樱阂灾写稚盀橹�，灰白、灰黃色，中密，飽和，含粘性土，級配良好，層厚為0.3m。
軟土物理力學(xué)指標很差，淤泥平均含水量為90%，天然孔隙比2.51，直快剪C=6.79Kpa，φ=7.36。
從以上地質(zhì)補勘分析，主要有以下原因：
�。�1）由于該段淤泥含水量為90%，而噴粉（50～60kg/m）后水泥在樁體內吸水是有限的，參照相近項目試驗結果可知，短期內水泥加固土含水量減少量低于水泥摻入比，也就是該段淤泥經(jīng)水泥加固土的含水量仍為75%以上，攪拌時(shí)的土和水泥還是處于流塑～軟塑狀，壓縮模量小，抗剪強度低；噴50～60kg/m水泥9m后增加4500~5400KN自重力。處于流塑～軟塑狀水泥加固土壓縮模量小，自身自重引起樁壓縮量就大；水泥加固土抗剪強度低自身自重引起側向擠出量大；
�。�2）樁身周?chē)潦軘_動(dòng)土體下沉后，土對樁側表面產(chǎn)生向下的負摩阻力。當土和水泥還是處于流塑～軟塑狀、壓縮模量小、抗剪強度低時(shí)，在負摩阻力的作用下發(fā)生沉樁。
�。�3）該段淤泥的靈敏度大，靈敏度是原狀試樣的無(wú)側限抗壓強度與相同含水量重塑試樣的無(wú)側限抗壓強度之比。從試樁現場(chǎng)，試樁樁位砂墊層表面擠壓出來(lái)的淤泥很稀，表明其重塑后強度很低，靈敏性高。
�。�4）噴粉在樁體內吸水，引起樁體周?chē)馏w孔隙壓力消散、產(chǎn)生下沉，短時(shí)間增加對樁體的負摩阻力，而此時(shí)水泥加固土的強度很低且增長(cháng)慢。
總的來(lái)說(shuō)，是在噴粉初期，水泥加固土的強度承受不了水泥加固土的自重力和負摩阻力的作用而發(fā)生沉樁。
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在施工工藝方面，針對沉樁問(wèn)題，結合地質(zhì)情況較差的實(shí)際，在施工工藝上找沉樁的原因。試樁時(shí)各施工參數（鉆進(jìn)速度、鉆頭轉速、提升速度、噴粉壓、水泥用量等）作了有效控制。在第二次試樁52根樁中，采用不同鉆進(jìn)速度、不同鉆頭轉速、不同提升速度、不同噴粉壓、不同水泥用量進(jìn)行嚴格控制。試樁中雖然采用加大噴粉量至75kg/m,仍未解決沉樁問(wèn)題。
察看試樁現場(chǎng)，試樁樁位砂墊層表面存在大量淤泥，據分析軟塑～流塑狀淤泥是在噴粉施工時(shí)風(fēng)壓氣流的作用下，攪拌過(guò)程中因受擾動(dòng)發(fā)生液化，液化的淤泥上涌至地表面，造成樁體范圍內淤泥質(zhì)的減少而沉樁。
增加噴粉量解決不了沉樁問(wèn)題的原因在于：
�。�1）增加噴粉量即增加樁體自重力；
�。�2）增加噴粉量導致噴粉在樁體內吸水量增加，引起樁體周?chē)馏w孔隙壓力消散加快、產(chǎn)生下沉，短時(shí)間對樁體的負摩阻力增大，因增加噴粉量水泥加固土的強度提高不顯著(zhù)，在噴粉初期，水泥加固土的強度仍承受不了水泥加固土的自重力和負摩阻力的作用而發(fā)生沉樁。
3、處理方法
通過(guò)以上分析，沉樁是由于在噴粉初期，土體受擾動(dòng)，水泥加固土的強度承受不了水泥加固土的自重力和負摩阻力的作用而發(fā)生沉樁。改用在水泥漿液中加入適量的早強劑噴漿法施工可以解決噴粉法施工成樁初期水泥加固土的強度承受不了水泥加固土的自重力和負摩阻力發(fā)生沉樁問(wèn)題。主要原因：
�。�1）早強劑可以使水泥加固土的強度迅速提高，而早強劑在水泥漿中攪拌可以較均勻；
�。�2）水泥漿液注入土體發(fā)生水泥的水解和水化反應、水泥水化物與土顆粒之間的離子交換和團�；饔�、凝硬作用、碳酸化作用等一系列化學(xué)反應而成為具有整體性、水穩定性和一定強度的水泥土樁體時(shí)，漿液本身存在足夠水，不需吸收天然地基的水，并未引起樁體周?chē)馏w孔隙壓力消散、產(chǎn)生對樁體的負摩阻力。
因此，改用噴漿法施工并在水泥漿液中加入適量的早強劑，以解決噴粉法施工成樁初期水泥加固土的強度承受不了水泥加固土的自重力和負摩阻力的作用而發(fā)生沉樁的問(wèn)題。
噴漿施工參數：
成樁直徑： 50㎝
鉆進(jìn)速度： 控制在2～３檔（30～50cm/min）
電流表讀數： 進(jìn)入持力層I≥60A
樁底持續噴漿攪拌時(shí)間： ≥30s
提升噴漿速度： ≤30cm/min
噴漿壓力： 0.6～1.0Mpa
水泥漿水灰比： 0.5
早強劑摻量（水泥摻比）： 0.8%
水泥漿攪拌時(shí)間： ≥30min（每拌）
噴漿攪拌樁施工工藝按中華人民共和國交通部發(fā)布《公路軟土地基路堤設計與施工技術(shù)規范》JTJ017-96關(guān)于加固土樁技術(shù)規范進(jìn)行。全部穿過(guò)淤泥進(jìn)入持力層50㎝。
以上施工參數進(jìn)行現場(chǎng)試樁，試樁七天后進(jìn)行樁體抽芯檢測，從樁體抽芯結果來(lái)看，成樁連續性與完整性均較好，無(wú)沉樁問(wèn)題。由業(yè)主組織設計單位、監理單位和施工單位召開(kāi)軟基處理技術(shù)專(zhuān)題會(huì )議，決定K9+753~K10+836橋頭186m原采用噴粉法施工攪拌樁改為噴漿法施工，原合同單價(jià)不變。該段在改用噴漿法施工后，無(wú)出現沉樁問(wèn)題，證明采用噴漿法施工的攪拌樁解決沉樁問(wèn)題是有效的。工程造價(jià)變化不大，經(jīng)濟上是可行的。
三、結語(yǔ)
在高含水量軟基中采用深層攪拌樁處理，從降低地基含水量考慮，常常選用噴粉法施工。而當采用噴粉法出現沉樁問(wèn)題時(shí)，改用在水泥漿液中加入適量的早強劑噴漿法施工來(lái)解決沉樁問(wèn)題。經(jīng)實(shí)踐證明采用噴漿法施工的攪拌樁解決沉樁問(wèn)題是有效的、經(jīng)濟上是可行的。
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