代勤飛
摘要:介紹中鐵二局承建津保鐵路第4標段概況,對水泥砂漿樁在軟土地基中的加固機理及特點進行說明,并結(jié)合津保鐵路實例,對水泥砂漿樁加固松軟土施工方法進行探討,總結(jié)出水泥砂漿樁施工中的控制要點。
關(guān)鍵詞:津保;水泥砂漿樁;加固;要點
1.工程概況
中鐵二局集團公司承建的津保鐵路4標段,正線長度41.57公里(DK55+244.3-DK96+816.7),其中路基工程長度21公里,橋梁工程長度20.57公里。路基工程地基處理其中水泥砂漿樁264.7萬米,文章以DK71+660-DK74+992里程段地基處理水泥砂漿樁工點為例,對水泥砂漿樁加固松軟土施工方法進行探討。
2.地質(zhì)水文情況
2.1地形及地質(zhì)情況
DK71+660-DK74+992里程段地基處理水泥砂漿樁工點位于跨大廣高速公路特大橋小里程端,線路以填方通過,地形平坦、開闊,多為耕地。
0-4.4m——粉質(zhì)粘土:軟塑~堅硬,夾砂土透鏡體;粘土:硬塑,偶見螺殼;a=140kpa。
4.4-10.7m——粉質(zhì)粘土:軟塑,含銹斑;a=120-140kpa。
10.7-15m——質(zhì)粘土:軟塑;a=140kpa。
2.2水文地質(zhì)情況
該段路基地下水為第四系空隙潛水,埋深10-12.9m,變幅1-2m。主要靠大氣降水補給。地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具硫酸鹽侵蝕性,環(huán)境作業(yè)等級H2,地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具有氯鹽侵蝕性,環(huán)境作用等級H1。土壤最大凍結(jié)深度0.7m。
2.3該段路基地震動峰值加速度:0.1g。
3.水泥砂漿樁作用機理、特點
3.1水泥沙漿樁作用機理
水泥砂漿攪拌樁是采用水泥、沙、外加劑和水攪拌而成的水泥砂漿作為固化劑主劑,利用水泥砂漿攪拌樁機的攪拌葉片,在葉片直徑的范圍內(nèi)將水泥砂漿和土進行充分攪拌。為達到使軟土凝結(jié)硬化,形成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強度的土中柱體的目的,該固化劑和軟土之間所產(chǎn)生了一系列物理、化學反應(yīng);所形成的土中柱體并與周圍的地基土一起構(gòu)成復(fù)合地基,以提高軟基的承載能力。
3.2水泥砂漿樁特點
水泥砂漿樁對于飽和軟黏土、砂類土、黃土、淤泥、淤泥質(zhì)土、黏土和亞黏土等都具有較好的加固效果,具有廣泛的適用性,不但施工工藝簡單,而且施工質(zhì)量容易控制。
4.水泥砂漿樁施工技術(shù)
4.1水泥砂漿樁施工準備
4.1.1技術(shù)準備
設(shè)計圖紙的學習和審核必須在項目技術(shù)負責人主持下,相關(guān)人員全員參加并形成會審記錄。我部該工點設(shè)計樁平面布置形式為正方形布置,樁間距為1.5m,樁直徑為0.5m,樁長為15m(穿透松軟土至硬層)。樁身無側(cè)限抗壓強度必須大于等于2.5MPa,復(fù)合地基承載力必須大于等于180kpa。
4.1.2物資裝備
(1)設(shè)計對材料的要求。
水泥:采用42.5級普通硅酸鹽水泥或地下水具侵蝕性時使用32.5級礦渣硅酸鹽水泥作固化劑,水泥摻入量比值應(yīng)大于等于15%,推薦選用0.45-0.7范圍的水泥漿水灰比。
砂:水泥沙漿中砂采用粉細砂,建議采用1:0.3-0.5范圍的灰砂比。外加劑:根據(jù)工程土質(zhì)條件和需要選用緩凝早強,減水等作用效果和節(jié)省水泥的材料。
(2)設(shè)備選用。水泥砂漿樁設(shè)備選用SJB40型,電動機功率2×40km、攪拌轉(zhuǎn)速43r/min、額定扭矩2×8500n*m、采用“十字”型多向噴頭,攪拌頭直徑700mm、加固深度15-18m。配備水泥砂漿壓力監(jiān)測儀和漿量自動記錄儀。壓漿泵最大壓力1.5MPa。
4.1.3現(xiàn)場準備
施工場地應(yīng)具備“三通一平”條件,場地地表植物根系應(yīng)在施工前挖除并將場地整平,設(shè)計樁頂標高加0.3m作為整平標高。取樣復(fù)測場地內(nèi)地下水和地表水,以及施工用水的水質(zhì),施工用水不得使用有侵蝕性水。根據(jù)專業(yè)設(shè)計文件對路基范圍內(nèi)管線進行調(diào)查核實和遷改并在施工前完成該項工作,加強對沒有遷改而施工中又可能對其造成影響管線的施工防護工作。設(shè)計交底、交樁給定的工程測量控制點進行復(fù)測,做好設(shè)計、勘測的交樁和交線工作并進行測量放樣。
4.1.4試樁工藝參數(shù)
水泥砂漿樁施工前應(yīng)編制工藝性試樁方案,選擇具有代表性的地段按照審批后的試樁方案進行工藝性成樁試驗,每個工點試樁數(shù)量大于等于3根以便確定施工的各項技術(shù)參數(shù)和實際成樁效果。我部在里程DK74+700處進行工藝性試樁6根,因為地下水具侵蝕性所以選用P032.5級礦渣硅酸鹽水泥,按照試驗配合比所確定水泥:粉細砂:水=1:0.48:0.45現(xiàn)場拌制漿液,水泥摻入量為20.5%即每米水泥砂漿樁摻入水泥量為70kg/m。確定后的試驗工藝參數(shù):下鉆鉆進速度控制在0.8-1.2m/min,轉(zhuǎn)速40-80r/min;提升攪拌速度控制在0.8M.5m/min,轉(zhuǎn)速80-120r/min,噴漿壓力控制在0.6-1.0MPa,進入持力層電流60-70A,樁底持續(xù)噴漿攪拌時間30-40s,水泥砂漿漿液制備攪拌時間3-5min。
4.2水泥沙漿樁施工工藝
4.2.1水泥沙漿樁施工工藝流程
根據(jù)設(shè)計并結(jié)合現(xiàn)場實際情況,在進行工藝性試樁的基礎(chǔ)上,確定水泥沙漿樁施工采用兩噴四攪的施工工藝,其流程:施工準備-原地面處理-測量放樣-鉆機就位-檢查鉆桿垂直度及對位偏差-預(yù)攪拌鉆進-確認鉆進設(shè)計深度-噴射水泥砂漿、攪拌并提升鉆頭至樁頂-重復(fù)攪拌下沉至設(shè)計深度-重復(fù)噴射水泥砂漿、攪拌并提升鉆頭至樁頂-樁頭攪拌-鉆機移位-樁頭處理-成樁質(zhì)量檢驗。
4.2.2鉆機就位
測量放樣樁位采用竹條進行定位,定位誤差應(yīng)符合要求并用石灰進行標示。鉆機行進至樁位處,為保證鉆桿垂直并且對準已經(jīng)測量放樣好的樁位,采用調(diào)整鉆機自身的調(diào)平裝置配合調(diào)平儀表調(diào)平塔身導(dǎo)桿的方式。并利用垂球線檢查垂直度和樁位偏差,確保水泥砂漿樁機鉆桿垂直度偏差小于等于1%,樁位偏差小于等于50mm的要求范圍內(nèi)。鉆機調(diào)整到位后進行低壓射水試驗,檢查噴嘴暢通及壓力情況。
4.2.3預(yù)攪拌下沉
開鉆前即鉆機初始狀態(tài)下用白色油漆把鉆桿上端頭橫向?qū)?yīng)在鉆機塔身上作白色粗橫線標記,按照設(shè)計水泥砂漿樁長h=15m,外加30cm標高鉆進總長度H,根據(jù)設(shè)計要求則(H=h+0.3=15.3)m,用卷尺從塔身白色橫線油漆處,沿塔身向下H=15.3m處,用紅色油漆在塔身劃粗橫線作紅色醒目標記,以便于攪拌下沉時控制樁長滿足設(shè)計要求。啟動攪拌機放松起吊鋼絲繩,使攪拌機沿導(dǎo)向架下沉,待攪拌鉆頭接近地面時啟動自動記錄儀;在樁頂以上30cm處開始鉆進攪拌下沉,攪拌速度控制在50-60r/min范圍,下沉速度控制在0.8-1.0m/min范圍。下沉過程中的工作電流應(yīng)小于等于額定值,采取增加攪拌機自重并啟動加壓裝置方式來解決較硬地層的下沉。鉆進接近設(shè)計深度即鉆桿上端伴隨攪拌下沉接近塔身劃粗橫線紅色醒目標記時,宜用低速慢鉆。鉆進達到設(shè)計深度即鉆桿上端與塔身劃粗橫線紅色醒目標記齊平時停止鉆進,并記錄好鉆進過程。
4.2.4噴漿攪拌提升
(1)制作水泥砂漿,采用砂漿攪拌機每盤最大攪拌3.5m3砂漿,采用二次攪拌工藝。先由配合比計算用水體積,根據(jù)用水體積和儲水桶直徑計算出液面高度并在該處用紅色油漆劃粗橫線做醒目標記,將儲水桶中規(guī)定量的水注入到砂漿攪拌機。然后啟動攪拌機邊攪拌邊摻入規(guī)定量的水泥,水泥為袋裝水泥,不足一袋的用臺秤稱量,攪拌時間不少于1min。接著加入砂桶和臺秤稱量的規(guī)定量的砂,攪拌時間不應(yīng)少于3min。最后將砂漿從攪拌桶經(jīng)過過濾網(wǎng)放入二次攪拌桶內(nèi)進行二次攪拌,二次攪拌桶內(nèi)攪拌均勻的水泥砂漿經(jīng)過設(shè)濾網(wǎng)進漿口,通過高壓灰漿泵以供應(yīng)水泥砂漿樁機的砂漿使用。
(2)深層攪拌機下沉到設(shè)計深度,開啟正常檔位砂漿泵,壓漿壓力穩(wěn)定在0.7Mpa左右,保證樁端噴漿攪拌30s后勻速攪拌提升攪拌頭。提升過程中保持注漿泵壓力為0.7Mpa附近,始終保持連續(xù)送漿。提升速度控制在0.9-1.0m/min范圍,攪拌速度控制在80-90r/min范圍;提升至樁頭處必須持續(xù)攪拌噴漿不少于30s,攪拌噴漿直至樁頂向上30cm并做好過程記錄。
4.2.5重復(fù)攪拌下沉
按工藝流程圖,重復(fù)前次4.2.3作業(yè)。
4.2.6重復(fù)噴漿攪拌提升
按工藝流程圖,重復(fù)前次4.2.4作業(yè)。在成樁過程中因故停漿,繼續(xù)施工時必須重疊大于等于0.5m的接樁長度。如果停機超過3h,應(yīng)該拆卸并清洗干凈輸漿泵管路,繼續(xù)施工時在原位旁邊補樁。
4.2.7樁機移位
樁機完成一樁位移至下一樁位,重復(fù)進行上述4.2.2-4.2.6步驟施工,采用從線路中心向線路兩側(cè)施打順序推進。
4.2.8樁機清洗
作業(yè)完成或者需停機3小時,必須進行鉆頭和鉆桿、砂漿泵清洗,向集料斗中注入適量清水,開啟灰漿泵清洗全部管路中剩余的水泥漿,直到管內(nèi)和機內(nèi)沒有漿液殘留,并清洗干凈黏附在攪拌頭的軟土。
4.2.9水泥砂漿樁頭截除
水泥砂漿樁作業(yè)完成并養(yǎng)護28天后,清除樁頂保護土層,截除樁頂設(shè)計標高以上樁頭,采用截樁機從四面水平切割樁體,然后將4根鋼釬在切縫內(nèi)按同一角度對稱放置,用大錘同時擊打鋼釬直至將樁頭截斷。樁頭截斷后樁頂應(yīng)平整,不能出現(xiàn)斜面,我部施工的水泥砂漿樁頂高程允許偏差控制在0-+20mm。
4.2.10水泥砂漿樁質(zhì)量控制及成樁檢驗
主控項目:水泥砂漿樁加固用水泥、加固料及外加劑等原材料必須滿足《高速鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收標準》(后文簡稱《驗標》)檢驗要求。水泥砂漿樁漿液按照試驗確定的配合比制備,檢驗符合《驗標》要求。水泥砂漿樁的數(shù)量、布樁形式、樁長、單樁加固量用量、樁身完整性、均勻性等應(yīng)滿足設(shè)計要求,并按照《驗標》檢驗方法和數(shù)量檢驗。水泥砂漿樁無側(cè)限抗壓強度應(yīng)滿足設(shè)計要求(大于等于2.5MPa),復(fù)合地基承載力應(yīng)滿足設(shè)計要求(大于等于180kpa)。并按照《驗標》檢驗方法和數(shù)量檢驗。
一般項目:水泥砂漿樁施工的檢驗方法、檢驗數(shù)量及允許偏差應(yīng)符合以下規(guī)定。檢驗項目樁位(縱橫向)采用測量儀器或鋼尺丈量的檢驗方法,允許偏差50mm。檢驗項目樁體垂直度采用經(jīng)緯儀或吊線測鉆桿傾斜度的檢驗方法,允許偏差1%。檢驗項目樁體有效直徑采用開挖50-100cm深后,鋼尺丈量的檢驗方法,允許偏差不小于設(shè)計值(0.5m)。施工單位檢驗數(shù)量按成樁總數(shù)的10%抽樣檢驗,且每檢驗批大于等于5根。
5.結(jié)語
水泥砂漿樁與樁間土及褥墊層構(gòu)成復(fù)合地基,大幅度提高軟基的地基承載力,沉降變形小。且施工方法簡單易于控制質(zhì)量,在津保高速鐵路施工中,我部嚴格按照經(jīng)審批的既定施工方案作業(yè),認真執(zhí)行《驗標》,水泥砂漿樁施工取得了優(yōu)良的作業(yè)效果。