大跨度柱網(wǎng)混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)在工程中的應(yīng)用

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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)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(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，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(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(bǔ)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(qiáng)，滑膩，巖性均一，底部0.5m含腐殖物，層厚為6.0m。

　?、苡倌噘|(zhì)粘土：灰、青灰色，軟塑，飽和，粘性較強(qiáng)，均勻，層厚為1.8m。

　?、萦倌鄪A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。

　?、奚皩樱簻\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鳎野?、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(bǔ)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(qiáng)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(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(qiáng)度低時，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，短時間增加對樁體的負(fù)摩阻力，而此時水泥加固土的強(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(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，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；

　?。?）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(qiáng)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(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(qiáng)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。