水泥噴粉深層攪拌樁沉樁問題分析及處理

9/9水泥噴粉深層攪拌樁沉樁問題分析及處理摘要: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。

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關(guān)鍵詞：路基工程深層攪拌樁沉樁噴漿法

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???一、前言：?

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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。

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?二、工程實(shí)例

???1、工程簡況

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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

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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(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.

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1）地質(zhì)方面

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?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，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．?

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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?層厚為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：

?1灰、青灰色，軟塑,飽和，粘性較強(qiáng)，均勻，層厚為1.8m。

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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。

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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。

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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，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，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；

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??(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；

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(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?、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(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: ；＆nbｓp;50㎝＆nｂsｐ; ；

???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: ；＆nbsｐ；≥30ｓ＆nbｓp；＆ｎbsp;?

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提升噴漿速度:&ｎbｓp;≤30ｃm／min＆nbsp；

??噴漿壓力：＆ｎbsp;0。6～1.０Mpa&nbｓｐ;??

＆nbｓｐ；水泥漿水灰比:＆nbsp；0。5＆nbsp;?

?早強(qiáng)劑摻量（水泥摻比）：＆nbsp;0。8％ ；

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水泥漿攪拌時(shí)間:&ｎｂｓp; ≥３０min（每拌）＆nbｓp；

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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㎝。

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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