簡介: 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(shè)計(jì)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,在攪拌過程中因受擾動(dòng)發(fā)生液化,強(qiáng)度來不及形成,造成沉樁。通過施工現(xiàn)場試驗(yàn),證明改用噴漿法施工的攪拌樁解決沉樁問題是有效的,工程造價(jià)變化不大,是可行的。
關(guān)鍵字:路基工程 深層攪拌樁 沉樁 噴漿法

一、前言:

深層攪拌樁經(jīng)過近二十年的發(fā)展,由于施工技術(shù)和施工機(jī)械的成熟已經(jīng)被廣泛地用于軟土地基加固、邊坡支護(hù)、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(wěn)定性,以及具有快速、經(jīng)濟(jì)、有效等特點(diǎn),而被應(yīng)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等問題。其施工方法分為噴粉和噴漿兩種方法。設(shè)計(jì)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?nèi)f化,其中若存在淤泥含水量過大,采用噴粉法則可能出現(xiàn)沉樁問題。以下通過對采用噴粉法出現(xiàn)沉樁工程問題分析及提出處理方法與同行探討。

二、工程實(shí)例

1、工程簡況

某高等級(jí)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10m,水泥摻入比15%,即每延米50kg水泥,標(biāo)號(hào)425#。施工單位在施工配套設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定、試樁方案經(jīng)過監(jiān)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(yàn),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(jī)理是通過水泥的水解和水化反應(yīng)、水泥水化物與土顆粒之間的離子交換和團(tuán)粒化作用、凝硬作用、碳酸化作用等一系列化學(xué)反應(yīng)而成為具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥土樁體。因此,可從地質(zhì)、施工工藝兩方面來分析沉樁原因。

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(rèn)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(jī)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(yīng)而形成強(qiáng)度的速度不同的原因。

施工工藝方面,水泥與土攪拌不均勻,甚至水泥與土無法混合。這與施工機(jī)械的各施工參數(shù)有關(guān),如鉆進(jìn)速度、鉆頭轉(zhuǎn)速、提升速度、噴粉壓、水泥用量等有關(guān)。必須通過試驗(yàn)樁根據(jù)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(shù),加以嚴(yán)格控制,使樁體均勻,防止縮頸、斷頸等現(xiàn)象。

1)地質(zhì)方面

在第一次試樁的一排7根樁中,靠路線前進(jìn)方向右側(cè)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(xiàn)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(bǔ)勘,具體地層由上至下為:

①填砂:河砂,層厚為0.5m.

②粉質(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。

③淤泥:深灰、灰黑色,軟塑~流塑,飽和,粘性強(qiáng),滑膩,巖性均一,底部0.5m含腐殖物,層厚為6.0m。

④淤泥質(zhì)粘土:灰、青灰色,軟塑,飽和,粘性較強(qiáng),均勻,層厚為1.8m。

⑤淤泥夾砂: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。

⑥砂層:淺灰色,稍密~中密,飽和,以粗砂為主,含粘性土,級(jí)配良好,層厚為1.9m。

⑦粉質(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。

⑧砂層:以中粗砂為主,灰白、灰黃色,中密,飽和,含粘性土,級(jí)配良好,層厚為0.3m。

軟土物理力學(xué)指標(biāo)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(bǔ)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(nèi)吸水是有限的,參照相近項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果可知,短期內(nèi)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(qiáng)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(qiáng)度低自身自重引起側(cè)向擠出量大;

(2)樁身周圍土受擾動(dòng)土體下沉后,土對樁側(cè)表面產(chǎn)生向下的負(fù)摩阻力。當(dāng)土和水泥還是處于流塑~軟塑狀、壓縮模量小、抗剪強(qiáng)度低時(shí),在負(fù)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側(cè)限抗壓強(qiáng)度與相同含水量重塑試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度之比。從試樁現(xiàn)場,試樁樁位砂墊層表面擠壓出來的淤泥很稀,表明其重塑后強(qiáng)度很低,靈敏性高。

(4)噴粉在樁體內(nèi)吸水,引起樁體周圍土體孔隙壓力消散、產(chǎn)生下沉,短時(shí)間增加對樁體的負(fù)摩阻力,而此時(shí)水泥加固土的強(qiáng)度很低且增長慢。

總的來說,是在噴粉初期,水泥加固土的強(qiáng)度承受不了水泥加固土的自重力和負(fù)摩阻力的作用而發(fā)生沉樁。

2)施工工藝方面

在施工工藝方面,針對沉樁問題,結(jié)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(shù)(鉆進(jìn)速度、鉆頭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速、不同提升速度、不同噴粉壓、不同水泥用量進(jìn)行嚴(yán)格控制。試樁中雖然采用加大噴粉量至75kg/m,仍未解決沉樁問題。

察看試樁現(xiàn)場,試樁樁位砂墊層表面存在大量淤泥,據(jù)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(nèi)淤泥質(zhì)的減少而沉樁。

增加噴粉量解決不了沉樁問題的原因在于:

(1)增加噴粉量即增加樁體自重力;

(2)增加噴粉量導(dǎo)致噴粉在樁體內(nèi)吸水量增加,引起樁體周圍土體孔隙壓力消散加快、產(chǎn)生下沉,短時(shí)間對樁體的負(fù)摩阻力增大,因增加噴粉量水泥加固土的強(qiáng)度提高不顯著,在噴粉初期,水泥加固土的強(qiáng)度仍承受不了水泥加固土的自重力和負(fù)摩阻力的作用而發(fā)生沉樁。

3、處理方法

通過以上分析,沉樁是由于在噴粉初期,土體受擾動(dòng),水泥加固土的強(qiáng)度承受不了水泥加固土的自重力和負(fù)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(qiáng)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(qiáng)度承受不了水泥加固土的自重力和負(fù)摩阻力發(fā)生沉樁問題。主要原因:

(1)早強(qiáng)劑可以使水泥加固土的強(qiáng)度迅速提高,而早強(qiáng)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(yīng)、水泥水化物與土顆粒之間的離子交換和團(tuán)粒化作用、凝硬作用、碳酸化作用等一系列化學(xué)反應(yīng)而成為具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)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,并未引起樁體周圍土體孔隙壓力消散、產(chǎn)生對樁體的負(fù)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(qiáng)劑,以解決噴粉法施工成樁初期水泥加固土的強(qiáng)度承受不了水泥加固土的自重力和負(fù)摩阻力的作用而發(fā)生沉樁的問題。

噴漿施工參數(shù):

成樁直徑:   50㎝  

鉆進(jìn)速度: 控制在2~3檔(30~50cm/min)

電流表讀數(shù): 進(jìn)入持力層I≥60A

樁底持續(xù)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(qiáng)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(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》JTJ017-96關(guān)于加固土樁技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。全部穿過淤泥進(jìn)入持力層50㎝。

以上施工參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場試樁,試樁七天后進(jìn)行樁體抽芯檢測,從樁體抽芯結(jié)果來看,成樁連續(xù)性與完整性均較好,無沉樁問題。由業(yè)主組織設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位和施工單位召開軟基處理技術(shù)專題會(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,無出現(xiàn)沉樁問題,證明采用噴漿法施工的攪拌樁解決沉樁問題是有效的。工程造價(jià)變化不大,經(jīng)濟(jì)上是可行的。

三、結(jié)語

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(dāng)采用噴粉法出現(xiàn)沉樁問題時(shí),改用在水泥漿液中加入適量的早強(qiáng)劑噴漿法施工來解決沉樁問題。經(jīng)實(shí)踐證明采用噴漿法施工的攪拌樁解決沉樁問題是有效的、經(jīng)濟(jì)上是可行的。