大跨度柱網(wǎng)混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

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一、前言：
　　深層攪拌技術(shù)在我國軟土地基加固處理方面的應(yīng)用只有20多年的歷史，但其發(fā)展速度之快、應(yīng)用區(qū)域之廣引起了巖土工程科技工作者的廣泛興趣。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，具有快速、經(jīng)濟(jì)、有效等特點。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。深層攪拌樁還經(jīng)常被應(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。1、噴漿型攪拌法：指將水泥加入水后，以水泥漿的形式拌入軟土中的深層攪拌法。2、噴粉型攪拌法：通過專用的粉體攪拌機(jī)械，用壓縮空氣將水泥粉均勻噴入所需加固的軟土地基中，憑借鉆頭翼片的旋轉(zhuǎn)使水泥粉和軟土充分混合，形成水泥攪拌樁。
　　設(shè)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。但由于地質(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。本文通過對采用噴粉法出現(xiàn)沉樁工程問題進(jìn)行分析，提出處理方法與同行探討。
　　二、工程實例
　　1、工程簡況
　　某高等級公路在K8+743~K9+826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，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?、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，水泥加固土的室內(nèi)實驗表明，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。而含有伊利石，氯化物和水鋁英石等礦物的粘性土及有機(jī)質(zhì)含量高，酸堿度較低的粘性土的加固效果較差。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)檐浰軤睿瑢雍駷?.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.
　　④淤泥質(zhì)粘土：灰、青灰色，軟塑，飽和，粘性較強，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，稍密至中密，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(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)補勘分析，主要有以下原因：
　?。?）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，參照相近項目試驗結(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。處于流塑至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(cè)向擠出量大；
　?。?）樁身周圍土受擾動土體下沉后，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至軟塑狀、壓縮模量小、抗剪強度低時，在負(fù)摩阻力的作用下發(fā)生沉樁。
　?。?）該段淤泥的靈敏度大，靈敏度是原狀試樣的無側(cè)限抗壓強度與相同含水量重塑試樣的無側(cè)限抗壓強度之比。從試樁現(xiàn)場，試樁樁位砂墊層表面擠壓出來的淤泥很稀，表明其重塑后強度很低，靈敏性高。
　?。?）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，短時間增加對樁體的負(fù)摩阻力，而此時水泥加固土的強度很低且增長慢。
　　總的來說，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(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)情況較差的實際，在施工工藝上找沉樁的原因。試樁時各施工參數(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)分析軟塑至流塑狀淤泥是在噴粉施工時風(fēng)壓氣流的作用下，攪拌過程中因受擾動發(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：
　?。?）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度提高不顯著，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(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，水泥加固土的強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(fù)摩阻力發(fā)生沉樁問題。主要原因：
　?。?）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；
　?。?）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)定性和一定強度的水泥土樁體時，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(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)計單位、監(jiān)理單位和施工單位召開軟基處理技術(shù)專題會議，決定K8+743~K9+826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，改用在水泥漿液中加入適量的早強劑噴漿法施工來解決沉樁問題。經(jīng)實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。