水泥土攪拌樁的施工質(zhì)量問題和解決方法

1、.水泥土攪拌樁的施工質(zhì)量問題和解決方法1.攪拌樁在我國的應(yīng)用情況和可行性 攪拌樁工法的可行性國外海上自動化程度很高的攪拌船最大施工深度已達海平面下70m，陸上加固深度也達40m。在地基的5種主要加固方法(置換法、降水法、致密法、固化法和加筋法)中，灌漿法和攪拌樁法是固化法的代表，經(jīng)常被使用，且認為是以上加固技術(shù)中最有效的技術(shù)。國內(nèi)攪拌樁加固深度一般在15m左右，并曾有“深層攪拌樁屬于柔性樁，其有效作用樁長只能達到15m”的觀點，原因是攪拌樁施工質(zhì)量不佳引起荷載難以向下傳遞。近幾年，筆者接觸了較多的攪拌樁工程，成功研制和應(yīng)用了長達27m的超長攪拌樁，取得一些經(jīng)驗和認識。實踐證明，只要施工設(shè)備和施

2、工工藝適當(dāng)，管理措施得力，現(xiàn)有設(shè)備完全可以在軟土中將攪拌樁做到長達27m，復(fù)合地基承載力達240kPa以上。攪拌樁在我國的生存危機自1984年在我國投入批量生產(chǎn)后，水泥土攪拌樁以其低廉的價格、較快的施工速度、靈活的布樁形式和水泥摻入量，在土木建筑的軟土地基處理中得到了廣泛應(yīng)用，節(jié)省了巨額的投資。但是，隨著攪拌樁施工隊伍的迅速發(fā)展，素質(zhì)參差不齊，而攪拌樁工法的成敗關(guān)鍵是水泥和土攪拌的均勻程度，施工中稍有不慎，就會出現(xiàn)水泥富集塊或樁身不連續(xù)的質(zhì)量問題，而導(dǎo)致工程事故。隨著國內(nèi)許多豆腐渣工程的暴露及其造成的嚴重后果，這幾年時而發(fā)生的攪拌樁工程事故已嚴重影響了其生存空間，使其不斷受到設(shè)計、業(yè)主和建設(shè)主

3、管部門的質(zhì)疑甚至禁止，大有“攪拌樁恐懼癥”之傾向。 關(guān)于濕噴和干噴深層攪拌時的噴漿方式有干噴和濕噴二種，前者又稱粉噴樁。從地基含水率的角度出發(fā)，干噴顯然要好于濕噴。但是，干噴時出灰孔容易堵塞，其水泥土均勻性往往比濕噴差。因此，國外海上的攪拌樁都只使用濕噴，在陸地上則二者均有。國內(nèi)這個問題比較突出，由此造成干噴樁的質(zhì)量問題比濕噴樁更多、更嚴重。本文內(nèi)容主要針對濕噴方法。攪拌樁施工質(zhì)量問題和產(chǎn)生原因當(dāng)前攪拌樁成樁質(zhì)量問題 一般認為，含水率高的軟土中水泥土樁體的強度較低；有機質(zhì)含量高或呈酸性的土層中樁體強度也很低，因其阻礙水泥的水化反應(yīng)，影響水泥土強度增長。依據(jù)攪拌樁規(guī)范，當(dāng)決定用攪拌樁處理地基時，

4、先要在室內(nèi)標準條件下制備不同配比的水泥土試件，進行不同齡期強度試驗，確定合適的水泥摻量和外加劑，再依據(jù)90d齡期的試塊強度標準值來計算單樁豎向承載力。國內(nèi)工程開工前幾乎都依規(guī)范做了室內(nèi)配比試驗，獲得或推得90d試塊強度，符合要求后才進行攪拌樁施工。所以，工程樁出問題，一般不是土質(zhì)原因。從國內(nèi)事故工程中的攪拌樁樁身鉆孔取芯結(jié)果可以看出，這些樁身常存在嚴重的水泥富集塊，小則15cm，大則在樁軸處形成一條水泥芯柱，而有的部位則很少有水泥漿；也有偷工減料，水泥摻量明顯不足的案例。這些均導(dǎo)致現(xiàn)場水泥土樁身強度嚴重不足。國外攪拌樁實踐也表明：攪拌樁的現(xiàn)場水泥土強度與水泥和土攪拌的均勻程度密切相關(guān)。攪拌樁質(zhì)

5、量問題產(chǎn)生的原因歸納國內(nèi)攪拌樁普遍存在的水泥土攪拌不均、樁身不連續(xù)，以致樁身強度過低，其主要原因有：（）施工機械設(shè)備和工藝不合要求主要表現(xiàn)在電機功率、轉(zhuǎn)速、灌漿壓力、葉片層數(shù)、噴漿提升速度、出漿口位置和方向等方面。因為水泥漿和土攪拌次數(shù)越多，拌合越均勻，水泥土強度越高；反之，強度則越低；（） 施工管理混亂攪拌樁施工中個體企業(yè)很多，即使是國有企業(yè)中標的工程實際也多為個體戶施工，水灰比、攪拌深度、樁身均勻性和連續(xù)性均無法保證； （）缺乏必要的檢測手段規(guī)范對攪拌樁的檢測主要為輕便觸探器鉆取樁身水泥土樣，而其檢驗深度只能達34m。靜載試驗雖能給出樁的承載力，但不能給出全長樁身質(zhì)量，且存在荷載作用面積小

6、、時間短導(dǎo)致影響深度有限的問題。目前因缺少對樁身全長質(zhì)量檢測的方法，使得樁身水泥土很差的攪拌樁常能順利通過最終的質(zhì)量檢測關(guān)。 對施工機械和工藝來說，突出問題有： （）出漿口位置在攪拌軸上漿液多集中在噴漿口的樁軸附近，葉片外緣缺漿，形成水泥漿富集； （）噴漿方式不合理當(dāng)前有下沉噴漿和提升噴漿二種形式，筆者認為不宜在首次下沉切土攪拌時噴漿和最后一次提升時噴漿。因前者噴漿時土未攪碎，漿液不易向四周土體中擴散，出漿口處容易形成水泥漿芯柱，故必須要求在土體攪松之后再噴漿；后者噴漿后缺少必要的攪拌次數(shù)，易造成水泥土強度過低。 （）噴漿后水泥土攪拌次數(shù)不足這又包括如下幾種原因：噴漿提升速度過快，攪拌次數(shù)不足

7、；葉片數(shù)量過少；電機功率偏低；攪拌軸上下循環(huán)的攪拌次數(shù)偏少。因此，許多工程中的攪拌樁成樁質(zhì)量不合格，準確說僅上部35m土層中樁身質(zhì)量合格，但由于軟土地基上大多存在地表填土層或粘土硬殼層，它提供的樁側(cè)摩擦力分擔(dān)了樁頂近荷載1/3，其下樁身軸力迅速減小，以致在通常200kPa左右的設(shè)計荷載下，除造成建筑物沉降稍大外，并未發(fā)生破壞。同時，我們也應(yīng)看到，還有相當(dāng)多的多層建筑工程，用深層攪拌樁處理后失敗，其中原因絕大部分不是出在設(shè)計方面而是出在施工質(zhì)量上。當(dāng)前攪拌樁問題的解決辦法針對前述產(chǎn)生攪拌樁施工質(zhì)量問題的原因，筆者認為應(yīng)從如下幾個方面加以改進。（）修訂和完善水泥土攪拌樁規(guī)范，尤其是對樁身全長的質(zhì)量

8、檢測方法水泥土攪拌樁的樁身質(zhì)量主要取決于水泥土的均勻性和強度兩個方面，檢測工作必須緊緊圍繞這兩點。水泥土標貫擊數(shù)和無側(cè)限抗壓強度既相互依存又相互對立。對天然地基土來說，標貫擊數(shù)愈大，則無側(cè)限抗壓強度愈高。攪拌樁水泥土則須分兩種情況：攪拌均勻的水泥土樁，標貫擊數(shù)和無側(cè)限強度間的關(guān)系類似于天然地基土。攪拌不均勻的水泥土樁，因存在大小不等的水泥碎塊和片塊，鉆孔取樣擾動較大，使水泥土無側(cè)限強度偏低很多；而相應(yīng)的標貫擊數(shù)卻偏大很多，因標貫筒帶動水泥富集塊體貫入，阻力增加。這種攪拌不均勻的樁無側(cè)限強度過小而標貫擊數(shù)過大的現(xiàn)象說明水泥土樁的質(zhì)量檢測不能單從某個方面來衡量，必須從多方面進行綜合判斷。標貫擊數(shù)，

9、因是原位測試，取樣擾動影響較小，如樁身攪拌均勻，基本上可以反映出水泥土強度的高低。鉆孔取得樁身全長水泥土芯樣，不僅能直觀地看出水泥土攪拌的均勻程度，而且從取出的芯樣還能定量地測出其無側(cè)限抗壓強度。從現(xiàn)場取芯得到的無側(cè)限強度真實地反映了現(xiàn)場施工水平和養(yǎng)護條件下的樁身水泥土強度值，不同于室內(nèi)人工制備的水泥土試樣強度。雖然鉆孔取樣對水泥土有一定的擾動，但對攪拌均勻的水泥土樁來說，其結(jié)果可作為標貫試驗的有效補充。據(jù)此，筆者在1996年研制超長水泥土攪拌樁時，提出水泥土樁樁身質(zhì)量檢測應(yīng)以現(xiàn)場取芯觀察、標準貫入試驗為主，無側(cè)限抗壓試驗為輔的綜合檢測方法。通過鉆孔取芯觀察來檢驗水泥土攪拌的均勻性；通過標貫擊

10、數(shù)來判斷攪拌均勻的水泥土強度，并輔以芯樣的室內(nèi)無側(cè)限抗壓強度試驗。取出的水泥土樁芯，應(yīng)觀察其顏色是否一致，是否存在水泥富集塊或未被攪勻的土團；只有在攪拌均勻的前提下，該點的標貫擊數(shù)才是有效的。為了防止水泥土后期強度過高造成標貫擊數(shù)太大而失去參考意義，檢測試驗日期最好選在成樁10d左右。從多個工程的檢測應(yīng)用看來，效果明顯。（）改進現(xiàn)行施工工藝，將質(zhì)量檢測和施工工藝結(jié)合起來。針對前述攪拌樁質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因，應(yīng)從以下幾點進行工藝改進：將攪拌葉片由2層4片增加至3層6片。各層葉片間互成60夾角，下面2層葉片應(yīng)沿旋轉(zhuǎn)時的切土方向適當(dāng)傾斜。出漿口宜設(shè)在攪拌葉片中部。以克服攪拌軸底出漿方式易引起的攪拌不均

11、。提升攪拌桿的卷揚機要采用調(diào)速電機。以根據(jù)水泥土攪拌均勻的需要來控制提升速度和噴漿量大小，實現(xiàn)樁身水泥摻量變配比要求。應(yīng)嚴格控制噴漿、提升速度不能過大，現(xiàn)行機械設(shè)備一般應(yīng)控制在0.60.9m/s。對3上3下的工藝，最后一次復(fù)攪提升速度為0.5m/s左右。變下沉噴漿為提升噴漿。下沉噴漿時存在因土體不均引起的漿液不合理分配：土愈硬，下沉愈慢，漿液愈多，水泥亦愈多；土愈軟，水泥漿愈少。首次下沉的作用主要是攪松土體，給漿液切出滲透通道，并減少硬軟土層間的阻力差異。增加噴漿次數(shù)。對規(guī)范上下工藝中僅第一循環(huán)提升噴漿方式，再增加第二循環(huán)下沉噴漿，以減少一次噴漿過多而造成的地表冒漿、局部水泥漿富集和攪拌不勻現(xiàn)

12、象。在樁底適當(dāng)座漿。當(dāng)首次攪拌至樁底時，原地噴漿攪拌1分鐘，以克服攪拌樁中常出現(xiàn)的樁底攪拌不足和深度不夠的問題。國外施工時大都有此程序，而國內(nèi)做得很少。當(dāng)樁長大于15m時應(yīng)增加一次復(fù)攪：第1次攪拌下沉，噴漿提升；第2次攪拌下沉，噴漿提升；第3次攪拌下沉，攪拌提升(即3上3下工藝)。當(dāng)樁長小于15m時，如工藝試樁時經(jīng)各種改進后仍發(fā)現(xiàn)樁身攪拌不均，也可增加1次復(fù)攪。要使超長水泥土樁攪拌均勻，必須使噴漿后水泥土每點攪土次數(shù)大于40。當(dāng)樁長大于15m時應(yīng)將攪拌電機功率由37kW提高到55kW，以保證攪拌軸的轉(zhuǎn)速和葉片的切土能力。對攪拌樁的檢測，應(yīng)特別強調(diào)施工過程中的跟蹤檢測，及時發(fā)現(xiàn)樁身缺陷部位，采取

13、降低噴漿提升速度的措施，增加灌漿量和攪拌次數(shù)。由于目前國產(chǎn)的水泥土攪拌機械大都采用定量泵輸送水泥漿，而攪拌電機又是轉(zhuǎn)速恒定型的，因此灌入地基中的水泥量完全取決于攪拌桿的提升速度和噴漿次數(shù)。在工程樁施工初期，應(yīng)先按照預(yù)定的水泥配比施工，詳細記錄成孔過程中主機電流的變化。在工程樁成樁10d后，跟蹤進行取芯觀察、標貫試驗和芯樣無側(cè)限試驗，找出了水泥土攪拌不均和強度不足的部位，再根據(jù)地質(zhì)報告、標貫擊數(shù)、芯樣和電流值，調(diào)整樁身水泥配比，使樁身各段的強度都均勻連續(xù)地與樁身應(yīng)力分布大致協(xié)調(diào)。取芯位置可選在距樁中心半徑1/3處。根據(jù)以上攪拌樁工藝改進方法和質(zhì)量檢測方法，筆者不僅在南京淤泥質(zhì)軟土中成功制作了長達26m的深層攪拌樁，而且最近在粘粒含量很高、業(yè)主多次試驗不成功、被認為不宜采用攪拌樁的蘇北流塑粘性軟土中成功試驗和應(yīng)用了水泥