公路軟土地基處理攪拌樁施工工藝分析
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【摘要】軟基處理是公路路基施工中的重要環(huán)節(jié)之一，如施工質(zhì)量控制不當(dāng)，則會造成安全事故。因此，只有運用合理的處理方法來嚴(yán)格控制施工，才能保證工程質(zhì)量。其中，深層水泥攪拌樁是應(yīng)用最為廣泛的軟基加固方法。對此，本文簡要分析了深層水泥攪拌樁的作用，介紹了參數(shù)設(shè)計要求、施工工藝流程、質(zhì)量檢驗等控制環(huán)節(jié)，并結(jié)合工程案例闡述了深層水泥攪拌樁在公路軟基施工中的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】公路軟基工程；深層攪拌樁施工；公路工程建設(shè)
軟土地基是公路工程建設(shè)的技術(shù)難題，通常具有含水量高、壓縮性高、抗剪強度低等不利施工的特性，在不進行有效處理的情況下會容易造成嚴(yán)重的工程質(zhì)量事故。盡管處理軟基的方法較多，但若處理方式不當(dāng)，則會易導(dǎo)致路基失穩(wěn)。深層水泥攪拌樁技術(shù)是處理軟基工程的重要方法，可承受較大的加荷速率，被公路建設(shè)領(lǐng)域多廣泛應(yīng)用。因此，對于公路軟基處理深層水泥攪拌樁施工控制的探討，可以為相關(guān)深層水泥攪拌樁施工提供有價值的參考。
1工程實例
某高速公路全長1600m，一段典型軟基段全長119m，該段內(nèi)為低液限粘土，天然含水量為21.7%，塑限18.2%，天然密度1.8g/cm3，施工前確定了深層水泥攪拌樁、土工布處理、塑料排水板軟基處理等方案。由于深層水泥攪拌樁適用于強度低、排水性能差的軟土；而塑料排水板軟基處理適用于軟土厚度大、填土高的軟土地基，因此在綜合分析工程環(huán)境條件和施工可行性后，選用了深層水泥攪拌樁方案來加固處理軟土地基，大大降低了樁間土的應(yīng)力。處理路基平均寬度為46m，樁徑50cm?！豆奋浲恋鼗返淘O(shè)計與施工技術(shù)細則》（JTG/TD31-02—2013）[1]要求，水泥攪拌木樁施工前進行試驗段，根據(jù)成樁實驗確定技術(shù)參數(shù)進行施工。具體施工工藝步驟為：①準(zhǔn)備施工設(shè)備和原料，并在原地整平后清除障礙；②將鉆機移位到指定樁機，啟動攪拌機沿導(dǎo)向架旋轉(zhuǎn)切土下沉，開鉆前用清水沖洗管道，待攪拌機下沉到一定深度拌制水泥漿；③待壓漿前將其導(dǎo)入集料斗內(nèi)；④射入攪拌葉的出漿口。攪拌機提升至設(shè)計加固深度的頂面標(biāo)高時，要進行二次噴漿攪拌，以清洗水泥漿殘留與粘附在攪拌頭上的軟土。噴漿壓力控制在1.0~1.3MPa，轉(zhuǎn)速控制在60r/min，下鉆速度控制在0.75m/min。水灰比0.5。施工中，嚴(yán)格控制原料質(zhì)量，保證水泥出廠合格按規(guī)定頻率取樣復(fù)檢，開挖檢查數(shù)據(jù)在50~54cm內(nèi)、芯樣完整連續(xù)、呈長柱狀。樁體件無側(cè)限，抗壓輕度測試滿足設(shè)計要求。
2軟土路基深層攪拌樁施工控制
2.1軟土路基深層攪拌樁機械控制
攪拌頭的攪拌葉片形狀對固化劑拌合效果有很大影響，葉片回轉(zhuǎn)頻率高則混合充分。轉(zhuǎn)速一定的情況下，攪拌葉片多則拌合效果好。攪拌頭主要用于粉噴樁施工，其外形結(jié)構(gòu)各有差異，除具有兩片麻花狀葉片外增設(shè)了兩組副葉片，便于固化劑與原土充分均勻拌合。固化劑沿成樁截面方向噴射效果不同。沿橫向截面方面，固化劑呈現(xiàn)外密中疏現(xiàn)象分布，噴出口徑不宜設(shè)計過大，以避免下鉆時噴出口易被堵塞。只能用純水泥粉作固化劑，但在噴粉壓力作用下噴射固化劑基本均勻后，可用其他工業(yè)廢粉施工。對成樁直徑較大的深層攪拌樁，可在中心軸與葉片上設(shè)置噴出口，而施工時噴粉壓力應(yīng)適當(dāng)提高。粉噴攪拌機鉆頭形式的優(yōu)劣，關(guān)系到成樁質(zhì)量及施工效率。應(yīng)優(yōu)化設(shè)計攪拌頭，其葉片形式應(yīng)保證在反向旋轉(zhuǎn)提升時，對樁體混合土有壓密作用。濕噴式攪拌頭工作狀態(tài)類似于粉噴攪拌頭。在相同條件下，其混合土攪拌效果越差，則噴出口越靠近攪拌頭的末端混合土的攪拌效果也會越差。因此，部分生產(chǎn)廠家會將粉噴與濕噴攪拌頭合成，使其能用于粉噴與濕噴施工。
2.2深層攪拌樁施工工藝控制
部分軟基含有大量水分，同時在對其加固時，除固化劑必須水分外，也會有多余的水分。因此，施工方案應(yīng)盡量減少地基中的水分，盡量選用低成本的施工方案。因為在高含水率軟基中，粉噴樁用水泥較濕噴樁少，而在高含水率地基中，分噴樁無側(cè)限抗壓強度較濕噴樁更高，所以，含水量過低的地基若采用粉噴攪拌施工，則不利于混合土充分均勻拌合。通常情況下，粉噴與濕噴的選取宜以含水率為35%作為界定標(biāo)準(zhǔn)?；旌蠑嚢栊Ч苯佑绊懫淇箟簭姸?，被加固體破碎余越細，固化劑攪拌越充分，混合土的無側(cè)限抗壓強度越高。攪拌初期混合強度會增加得較快，但是混合土無側(cè)限抗壓強度卻會隨著時間延長而逐漸減小。對此，要通過調(diào)節(jié)攪拌軸回轉(zhuǎn)速度來控制攪拌效果，避免其因過快而攪拌不均。在施工中，提高控制攪拌次數(shù)主要以控制回轉(zhuǎn)速度的方式來實現(xiàn)。因此，采取全程復(fù)攪的措施可滿足攪拌均勻的要求，使攪拌效果更加理想。復(fù)合地基中的水泥含量是影響地基承載能力的關(guān)鍵，應(yīng)根據(jù)攪拌樁承載力特點來控制水泥輸入量。如果一味地采用單樁水泥消耗總量的辦法控制水泥含量，就會影響成樁質(zhì)量。在軟土層薄層地區(qū)，為了減少路面不均沉降，可選用樁尖進入良好持力層的深層攪拌樁。摩擦型樁的深層攪拌樁承載力與端承型樁不同。摩擦型混合土攪拌樁樁軸力逐漸減小，深層攪拌樁因地表覆蓋層缺少必要的壓力易出現(xiàn)不密實，因此，此類樁在施工時宜采用變量攪拌方案，使其能夠隨樁身軸力變化而變化，用不同提速來滿足各樁段對水泥含量的要求。
3深層攪拌樁施工技術(shù)要點
（1）對于施工采用的水泥，應(yīng)根據(jù)地區(qū)土質(zhì)進行試驗，分析水泥品種與地下水和有機質(zhì)的固結(jié)效果。在施工前，必須合理配備拌樁機、空氣壓縮機等機械設(shè)備，以及適用的電腦記錄儀，從而更好地為后續(xù)施工提供數(shù)據(jù)資料。水泥攪拌樁開鉆前，要用清水清洗管道，同時必須檢查管道是否有堵漏，避免施工質(zhì)量出現(xiàn)問題。（2）由于攪拌水泥樁要有一定的適應(yīng)性，在施工前就應(yīng)通過試樁的方式，來確定其適應(yīng)性，以及是否滿足設(shè)計量所需的各種設(shè)計參數(shù)。與此同時，還要確定攪拌樁的均勻性，掌握下鉆與提升的阻力情況，從而計算出最佳噴漿量與液壓水灰比，并根據(jù)單樁承載力試驗來確定使用工程的施工摻入比[2]。（3）塊狀加固水泥摻入量時，可用被加固濕土質(zhì)量的7%、水泥漿水灰比0.45~0.55等數(shù)據(jù)，而水泥攪拌樁固化劑往往采用普通硅酸鹽水平。就豎向承載樁長度而言，應(yīng)綜合考慮上部結(jié)構(gòu)對承載力的要求等因素，并為提升抗滑穩(wěn)定性，可將攪拌樁長設(shè)置為超危險滑弧以下2m的范圍，同時加固深度應(yīng)≤20m。（4）水泥攪拌樁布樁的范圍可限制在基礎(chǔ)平面內(nèi)，其柱樁加固可采用正方形等布樁形式。值得注意的是，復(fù)合地基應(yīng)在基礎(chǔ)與樁間設(shè)置褥墊層，選用中砂、粗砂等材料，而最大粒徑應(yīng)≤20mm。豎向承載水泥攪拌樁承載力特征可通過現(xiàn)場單樁荷載實驗側(cè)性。
4結(jié)束語
綜上所述，對于提高深層攪拌樁質(zhì)量來說，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計的地質(zhì)條件，選擇較好的施工方案，針對不同情況良好地控制與管理固化劑摻入比、提升速度、固化劑輸出量等，是提高其質(zhì)量的有效措施，應(yīng)引起機械廠家、施工及監(jiān)理單位的高度重視。
參考文獻
[1]公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)細則：JTG/TD31-02—2013[S].北京：人民交通出版社，2013.
[2]周欣，邵勇，許寶田，等.深層攪拌樁在軟土地基處理中的應(yīng)用與質(zhì)量檢測[J].公路交通科技：應(yīng)用技術(shù)版，2011（11）：13-16.
作者：杜修光 單位：中鐵十一局集團第四工程有限公司
