楊文平

(神華包神鐵路有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000)

0 引言

水泥土攪拌法是處理軟弱地基的一種成熟方法，它利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑，通過(guò)特制的深層攪拌機(jī)械，在地基中就地將原狀軟弱土和固化劑強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和土體之間產(chǎn)生的一系列物理—化學(xué)反應(yīng)，使軟弱土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)地基［1］。雙向水泥土攪拌樁是指在水泥土攪拌樁成樁過(guò)程中，由動(dòng)力系統(tǒng)帶動(dòng)分別安裝在內(nèi)、外嵌套同心鉆桿上的兩組攪拌葉片同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土而形成的水泥土攪拌樁。該技術(shù)將水泥土攪拌樁的成樁機(jī)械的鉆桿改進(jìn)為同心雙軸鉆桿，內(nèi)鉆桿上設(shè)置正向旋轉(zhuǎn)葉片并設(shè)置噴漿口，外鉆桿上安裝反向旋轉(zhuǎn)葉片，通過(guò)外桿上葉片反向旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的壓漿作用和正方向旋轉(zhuǎn)葉片同時(shí)雙向攪拌水泥土的作用，阻隔水泥漿上冒途徑，保證水泥漿在樁體中均勻分布和攪拌均勻，確保成樁質(zhì)量［2，3］。

神華集團(tuán)塔然高勒礦區(qū)配套鐵路運(yùn)煤專(zhuān)用線是為了開(kāi)發(fā)“三西”煤炭基地東勝煤田塔然高勒礦區(qū)而修建的運(yùn)煤專(zhuān)用鐵路，自包神鐵路韓家村站接軌，向北與既有包神線并行2 km后，向西跨越大罕臺(tái)川，沿色連、高頭窯、紅慶梁、油房壕、泊江海子井田邊界到達(dá)神華杭錦能源公司塔然高勒煤礦。專(zhuān)用線沿途經(jīng)過(guò)鄂爾多斯市東勝區(qū)、達(dá)拉特旗、杭錦旗三個(gè)旗區(qū)，正線長(zhǎng)78．06 km。該線路西段地形較平緩，東段地形較復(fù)雜，沖溝較發(fā)育。沿線地形總體上呈現(xiàn)西高東低的特點(diǎn)，其間線路所經(jīng)過(guò)的泊江海子地勢(shì)平緩低洼，有多處季節(jié)性濕地分布，其中GDK57+210～GDK58+580段就位于該低洼地段，地層主要為粉砂、粉土和粘土等松散土層，原始地基承載力很差，線路以填方通過(guò)時(shí)，需對(duì)地基進(jìn)行加固。設(shè)計(jì)采用雙向水泥土攪拌樁，樁頂設(shè)0．5 m碎石墊層，墊層內(nèi)鋪設(shè)一層高強(qiáng)(高性能)聚酯雙向土工格柵。

1 地質(zhì)條件

工點(diǎn)位于泊江海子低洼地帶，為沖洪積平原區(qū)，地勢(shì)稍有起伏，線路以填方通過(guò)，最大邊坡高約8．61 m。巖性特征詳述如下:

1)粉砂:褐黃色，稍密～中密，稍濕，礦物成分主要以石英、長(zhǎng)石為主，表層夾少量植物根系，層厚約2．0m，Ⅰ級(jí)松土，σ0=150 kPa。

2)粉土:灰黑色，稍濕，松散～稍密，含云母、氧化鐵和有機(jī)質(zhì)，層厚 1．0 m ～4．0 m，Ⅱ級(jí)普通土，σ0=120 kPa。

3)粘土:褐黃色，硬塑，含云母、氧化鐵，層厚2．0 m ～3．0 m，Ⅱ級(jí)普通土，σ0=140 kPa。

4)細(xì)砂巖:褐黃色，全風(fēng)化，結(jié)構(gòu)已破壞，礦物成分主要以石英、長(zhǎng)石為主，風(fēng)化呈散沙狀，手捏易碎，Ⅲ級(jí)硬土，σ0=250 kPa。

該地區(qū)地下水主要為第四系孔隙潛水，地下水位埋深在5 m～6 m。土壤最大凍結(jié)深度為2．04 m。

2 水泥土攪拌樁的現(xiàn)場(chǎng)施工

2．1 設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)采用水泥土攪拌樁，樁長(zhǎng)4．0 m ～8．0 m，樁徑0．6 m，樁間距1．3 m，正三角形交錯(cuò)布置。采用雙向水泥土攪拌法(濕法)施工，水泥采用P．O42．5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水泥漿水灰比為0．45～0．55，水泥用量每米不少于65 kg，以?xún)蓢娝臄嚮蛉龂娏鶖嚍橐耍看螖嚢铻槿珮堕L(zhǎng)。復(fù)合地基承載力不小于160 kPa。

2．2 雙向水泥土攪拌樁施工程序

攪拌樁的施工程序主要分為:

1)測(cè)量放線:用全站儀放出擬施工攪拌樁中心位置，并用木樁標(biāo)記;2)移位、對(duì)中:移動(dòng)攪拌機(jī)至擬施工的樁位，將鉆機(jī)中心與施工樁位中心對(duì)中，并調(diào)整鉆機(jī)水平，保證攪拌機(jī)導(dǎo)向架垂直;3)切土下沉:啟動(dòng)攪拌機(jī)，開(kāi)動(dòng)旋轉(zhuǎn)葉片，使攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架垂直向下切土，同時(shí)開(kāi)啟送漿泵向土體噴送事先配制好的水泥漿。攪拌機(jī)兩組葉片同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)切割、攪拌土體，攪拌機(jī)持續(xù)下沉，直至設(shè)計(jì)深度;4)攪拌提升:關(guān)閉漿泵，提升攪拌機(jī)，兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)重復(fù)攪拌水泥土，直到地表或設(shè)計(jì)標(biāo)高以上50 cm;5)重復(fù)噴射鉆進(jìn)攪拌;6)重復(fù)攪拌提升，完成水泥土雙向攪拌樁單樁施工;7)成樁完畢，移位。

2．3 水泥土攪拌樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)

在水泥土攪拌樁成樁28 d后，現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)選取樁間距為1．3m，樁徑為0．6 m，樁長(zhǎng)分別為 4．0 m，6．0 m，8．0 m 三根水泥土攪拌樁進(jìn)行單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)。

2．3．1 檢測(cè)設(shè)備

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀器及設(shè)備:靜載荷測(cè)試分析儀、油壓千斤頂、油泵、承壓板、精密壓力表、位移傳感器、磁性表座、20 t吊車(chē)、60個(gè)沙袋(1 t)、Ⅰ18工字鋼若干等。單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)加荷系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)加荷系統(tǒng)示意圖

2．3．2 試樁加載

將試樁周?chē)讲⒂媒悄C(jī)磨平試樁樁頂后，在試樁坑鋪設(shè)50 mm～150 mm的中粗砂墊層，輕輕拍實(shí)找平。將直徑為1．37 m的承壓圓板放置在樁頂正上方，并使之與樁頂密貼。承壓板上放置千斤頂，千斤頂上設(shè)置主、次梁，其上再堆載配重(沙袋)，最大堆載重量600 kN。本次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采用慢速維持荷載法［5，6］?，F(xiàn)場(chǎng)加載共分8級(jí)，每級(jí)加載量為40 kPa，最大加載量為320 kPa(水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)值的2倍)。加載采用手動(dòng)油泵及油壓千斤頂加載。

2．3．3 荷載與沉降值測(cè)量

荷載值通過(guò)壓力表測(cè)量讀取;試樁沉降量則通過(guò)承壓板四邊對(duì)稱(chēng)架設(shè)的位移傳感器自動(dòng)傳輸至靜載荷測(cè)試分析儀記錄(所有位移傳感器均用磁性表座固定于基準(zhǔn)梁上)。

3 試樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)及分析計(jì)算

3．1 復(fù)合地基承載力特征值的確定方法

按JGJ 79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范附錄A規(guī)定，復(fù)合地基承載力特征值的確定［5］:

1)當(dāng)壓力—沉降曲線是平緩的光滑曲線時(shí)，可按相對(duì)變形值確定。水泥土攪拌樁復(fù)合地基，可取s/b或s/d(s為載荷試驗(yàn)承壓板的沉降量;b和d分別為承壓板寬度和直徑，當(dāng)其值大于2 m時(shí)，按2 m計(jì)算)等于0．006所對(duì)應(yīng)的壓力，但按相對(duì)變形值確定的承載力特征值不應(yīng)大于最大加載壓力的一半;2)試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)量不應(yīng)少于3點(diǎn)，當(dāng)滿(mǎn)足其極差不超過(guò)平均值的30%時(shí)，可取其平均值為復(fù)合地基承載力特征值。

3．2 水泥土攪拌樁單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)結(jié)果

水泥土攪拌樁單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)表見(jiàn)表1;試驗(yàn)p—s曲線如圖2所示，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 水泥土攪拌樁單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

圖2 水泥土攪拌樁單樁復(fù)合地基p—s曲線

表2 水泥土攪拌樁單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

3．3 單樁復(fù)合承載力特征值的確定

根據(jù)圖2可以看出，三條曲線均平緩光滑且無(wú)明顯陡降段。根據(jù)規(guī)定，上述三根試驗(yàn)樁的復(fù)核地基承載力特征值可按相對(duì)變形值確定，即s/d=0．006時(shí)所對(duì)應(yīng)的壓力。本次試驗(yàn)所用承壓板的直徑為1．37 m，可得出s=8．22 mm。從表1中，利用線性?xún)?nèi)插原理推算可以得出，三根試驗(yàn)樁在沉降量為8．22 mm時(shí)承受的荷載均大于160 kPa，但依據(jù)JGJ 79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范附錄A規(guī)定，三根試驗(yàn)樁的單樁復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)為160 kPa。

根據(jù)3組單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，可得出試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)單樁復(fù)合地基承載力特征值為160 kPa。

4 結(jié)語(yǔ)

1)通過(guò)試驗(yàn)段隨機(jī)進(jìn)行的三根水泥土攪拌樁單樁復(fù)合地基的靜載荷試驗(yàn)以及對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，確定了該實(shí)驗(yàn)段水泥土攪拌樁單樁復(fù)合地基承載力特征值為160 kPa，滿(mǎn)足新建塔然高勒煤礦鐵路專(zhuān)用線工程復(fù)合地基承載力不低于160 kPa的設(shè)計(jì)要求。

2)雙向水泥土攪拌樁在施工過(guò)程中具有振動(dòng)弱、噪聲低、水泥土攪拌均勻、選材方便、操作簡(jiǎn)單及費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，證明該方法處理軟弱土地基效果良好，能夠大幅度提高地基承載力，具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］龔曉南．地基處理手冊(cè)［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008．

［2］黃德富．雙向攪拌樁在京滬客運(yùn)專(zhuān)線路基處理中的應(yīng)用［J］．路基工程，2009(3):57-61．

［3］中交鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司．新建塔然高勒煤礦鐵路專(zhuān)用線工程設(shè)計(jì)施工圖［Z］．

［4］張延杰，王 旭，蔣代軍，等．粉噴樁技術(shù)在加固松軟土地基中應(yīng)用［J］．低溫建筑技術(shù)，2011(2):101-103．

［5］JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］．

［6］JGJ 106-2003，建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］．