水泥噴粉深層攪拌樁沉樁問題分析及處理

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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(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(chǎng)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(duì)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(jiǎn)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(zhǎng)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)?；饔谩⒛沧饔?、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(duì)其中兩根進(jìn)行抽芯檢測(cè)，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(duì)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)檐浰軤睿瑢雍駷?1.2m。    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(duì)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(chǎng)，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(duì)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(zhǎng)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(duì)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(chǎng)，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(duì)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)?；饔谩⒛沧饔?、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(duì)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(chǎng)試樁，試樁七天后進(jìn)行樁體抽芯檢測(cè)，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。