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        水泥攪拌樁施工技術(shù)在河岸軟土地基處理中的應(yīng)用

        2022-02-05 07:31:46張濟(jì)寧
        黑龍江水利科技 2022年11期
        關(guān)鍵詞:側(cè)限試樁噴漿

        張濟(jì)寧

        (法庫(kù)縣水利事務(wù)服務(wù)中心,遼寧 法庫(kù) 110400)

        1 工程概況

        法庫(kù)縣拉馬河河道整治工程位于軟土發(fā)育區(qū),工程區(qū)勘察場(chǎng)地巖性主要為第四系全新沉淀層,巖性主要為粉細(xì)砂及風(fēng)化土為主,現(xiàn)自上而下分述如下:

        第①-1層:素填土。黃褐色,主要由植物根系、少量卵礫石、碎石和黏性土構(gòu)成,各鉆孔孔頂部均有出露。此層土含植物根系,土質(zhì)不均,結(jié)構(gòu)松散,屬近期回填。層厚1.8~3.3m,層底埋深1.8~3.3m。

        第②-1層:粗砂。黃褐色,稍濕,呈中密狀態(tài),石英長(zhǎng)石質(zhì),含15%左右卵礫石,級(jí)配較差,各鉆孔均有揭露,層底最大埋深5.90m,層厚0.8~0.9m。

        第②-2層:礫砂。黃褐色,呈中密狀態(tài),含35%左右卵礫石,主要礦物成分為長(zhǎng)石、石英等,各鉆孔均有出露,層底最大埋深3.3m,最大層厚1.1m。

        第②-3層:圓礫。雜色,飽和,呈密實(shí)狀態(tài),石英長(zhǎng)石質(zhì),充填45%左右的中粗砂,各鉆孔均有出露,未穿透此層,揭露最大厚度為9.4m。

        工程區(qū)地質(zhì)條件較差,基底有大量軟-流塑狀淤泥質(zhì)土,土層厚4.0~15.5m左右,具有含水量高、可壓縮性強(qiáng)、力學(xué)性能低和孔隙率大等特點(diǎn)。

        2 水泥攪拌樁施工技術(shù)

        2.1 配合比試驗(yàn)

        水泥攪拌樁就是利用攪拌樁機(jī)充分?jǐn)嚢杷嗯c地基深處軟土,通過(guò)物理化學(xué)反應(yīng)促使軟土成為水穩(wěn)定性好、整體性好且有一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)地基,這是有效提升地基強(qiáng)度的重要方式[1-3]。

        本工程選用渾河P·O 42.5級(jí)硅酸鹽水泥,按設(shè)計(jì)要求28d樁身無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度最低為1.2MPa,90d抗壓強(qiáng)度最低為2.0MPa。通過(guò)水泥參數(shù)檢驗(yàn)和室內(nèi)土工試驗(yàn),分析水泥摻量14%、16%、18%時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果:①水泥攪拌樁的水灰比取0.50,水泥摻量14%,經(jīng)檢測(cè)7d、28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.88MPa和1.15MPa,不符合設(shè)計(jì)要求;②水泥攪拌樁的水灰比取0.50,水泥摻量16%,經(jīng)檢測(cè)7d、28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.98MPa和1.45MPa,符合設(shè)計(jì)要求;③水泥攪拌樁的水灰比取0.50,水泥摻量18%,經(jīng)檢測(cè)7d、28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1.16MPa和1.72MPa,符合設(shè)計(jì)要求。考慮到水泥攪拌樁的主要功能是加固地基,結(jié)合工程實(shí)際情況和質(zhì)量要求,故現(xiàn)場(chǎng)施工水泥攪拌樁的水泥摻量取16%。

        2.2 試樁參數(shù)

        根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和工程經(jīng)驗(yàn),通過(guò)試樁合理確定施工工藝和參數(shù),以確定的鉆頭提升速度、下沉速度以及相匹配的單位噴漿量、噴漿工作壓力等參數(shù),為現(xiàn)場(chǎng)攪拌樁施工提供指導(dǎo)[4]。

        1)水泥摻量。依據(jù)工程設(shè)計(jì)要求,通過(guò)配合比試驗(yàn)確定水泥摻量16%,按該摻量現(xiàn)場(chǎng)制備3根試樁,利用下式計(jì)算每米攪拌樁水泥用量M水泥,即:

        M水泥=3.14ρ土r2K

        (1)

        式中:ρ土為土體密度,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)ρ土取1.85g/cm3;r為攪拌樁半徑,本工程取0.35m;K為水泥摻量,本工程取16%。經(jīng)計(jì)算,攪拌樁水泥用量為113.9kg/m。

        2)水灰比。試樁水灰比取0.50,水泥漿的水灰比處于0.45~0.55范圍,比重1.81g/cm3,施工時(shí)應(yīng)結(jié)合工藝試樁和現(xiàn)場(chǎng)土料含水量變化情況合理調(diào)整水灰比。

        3)噴漿速度與噴漿量。采用下式計(jì)算噴漿速度與噴漿量:

        T=h/v提升

        (2)

        V=(M水+M水泥)/p

        (3)

        M水=水灰比·M水泥

        (4)

        M水泥=K·M土

        (5)

        M土=3.14ρ土r2h

        (6)

        式中:T、V為每米的噴漿提升時(shí)間和噴漿量;h、v速度為提升高度和提升速度,h取1m,v提升取0.5m/min;M水、M水泥、M土為每米的用水量、摻水泥量和土體的質(zhì)量;p代表水泥漿比重,實(shí)際取1.82g/cm3。本工程利用三噴六攪法成樁,試樁深度12.6m,下鉆速度v鉆1.0m/min,由此可以確定下鉆用時(shí)、噴漿提升用時(shí)和單程用時(shí)依次為12.6min、25.2min、37.8min,三噴六攪法成樁用時(shí)為113.4min。

        4)噴漿壓力。實(shí)際工程中設(shè)0.4~0.6MPa作為試樁噴漿壓力。依據(jù)以上分析結(jié)果,統(tǒng)計(jì)整理工藝性試樁有關(guān)參數(shù),如表1所示。

        表1 工藝性試樁參數(shù)表

        2.3 試樁質(zhì)量檢驗(yàn)

        成樁7d后,人工開(kāi)挖試樁部位檢查其質(zhì)量狀況,結(jié)果顯示樁體無(wú)回陷、縮頸現(xiàn)象,樁的整體性及外觀(guān)質(zhì)量良好,樁徑處于700~710mm范圍。經(jīng)外觀(guān)檢測(cè),試樁選定的工藝技術(shù)參數(shù)和水泥摻量16%,能夠保證水泥攪拌樁防滲墻的整體性、均勻性和連續(xù)性[5]。

        成樁28d后,采用巖芯鉆探機(jī)等施工機(jī)具對(duì)樁身進(jìn)行取芯檢測(cè),鉆具直徑Φ100mm,合金鉆頭直徑Φ120mm,在攪拌樁樁頭處設(shè)置檢測(cè)孔,較中心偏離近100mm,應(yīng)用水平尺校正機(jī)臺(tái),控制徑向主軸跳動(dòng)≤0.1mm,鉆芯機(jī)各項(xiàng)參數(shù)均符合相關(guān)技術(shù)規(guī)程要求[6-8]。施工過(guò)程中選用全斷面取芯法,按從上到下的流程現(xiàn)場(chǎng)描述,為了完成無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)從上到小均勻取三段水泥土試樣,從攪拌的均勻性、芯樣狀態(tài)、顏色和性質(zhì)等角度現(xiàn)場(chǎng)描述芯樣情況,判定標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

        表2 試樁質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

        為完成無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)對(duì)芯樣進(jìn)行切割磨平,具體操作流程嚴(yán)格按照《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行,典型樁號(hào)芯樣檢測(cè)值如表3所示。

        表3 樁號(hào)芯樣檢測(cè)值

        根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取樣情況,綜合分析被測(cè)樁的施工記錄、樁型、成樁工藝和地質(zhì)資料等內(nèi)容,結(jié)果顯示各芯樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和水泥攪拌樁樁身長(zhǎng)度均符合設(shè)計(jì)規(guī)范及相關(guān)要求。

        2.4 施工工藝

        采用三噴六攪法成樁的工藝流程具體如下:

        1)步驟1:定位。施工前,為達(dá)到樁基施工條件利用反鏟清理表土、平整場(chǎng)地,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況將攪拌機(jī)用塔架或起重機(jī)懸吊至施工樁位,對(duì)中標(biāo)注樁位,控制懸吊位置與樁位位置偏差不超過(guò)30mm。施工過(guò)程中要維持主機(jī)機(jī)身的水平狀態(tài),確保導(dǎo)向架垂直角度和精度,控制垂直向偏差≤1.0%。

        2)步驟2:預(yù)拌下沉。采用輸漿管連接集料斗、攪拌機(jī)和砂漿泵,電機(jī)啟動(dòng)時(shí)必須確保冷卻的正常循環(huán),攪拌機(jī)頭切土下沉速度,利用電流監(jiān)測(cè)表來(lái)控制,一般處于0.36~0.70min范圍,控制工作電流不超過(guò)70A,下沉速度較慢時(shí)可以利用輸漿系統(tǒng)補(bǔ)水,以加速鉆進(jìn)下沉。

        3)步驟3:水泥漿的制備。通過(guò)配合比試驗(yàn)確定水泥漿的水泥摻量,在下沉到預(yù)定深度后倒入水泥漿液。

        4)步驟4:噴漿攪拌提升。采取邊噴漿邊提升邊攪拌的方式,將攪拌機(jī)逐漸提升到地面。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)合理控制提升速度,實(shí)際工程中保持勻速提升速度0.5m/min。

        5)步驟5:上、下重復(fù)攪拌。為充分?jǐn)嚢?,在一次攪拌完成之后,按邊下沉邊旋轉(zhuǎn)的方式再次下沉到預(yù)定深度,然后勻速提升到地面,以達(dá)到加固攪拌的作用,加固攪拌過(guò)程中保持集料斗中的水泥漿為排空狀態(tài),重復(fù)該過(guò)程兩次[9]。

        6)步驟6:清洗。完成以上操作后將清水注入集料斗,啟動(dòng)泵機(jī)清洗功能,直到將管道內(nèi)殘余的水泥漿和攪拌頭清洗干凈。

        7)步驟7:位移。移動(dòng)到下一樁位并重復(fù)上述流程,直至完成全部攪拌樁的施工。

        水泥攪拌樁施工流程,如圖1所示。

        2.5 施工時(shí)常見(jiàn)的問(wèn)題及對(duì)策

        1)攪拌體不均勻。原因分析:供水量明顯變化擾動(dòng)部分黏土、設(shè)備提升速度未有效控制、水泥漿攪拌不足和設(shè)備故障引起的注漿終止等。施工對(duì)策:對(duì)同一樁體按施工方案重復(fù)攪拌,有效控制因攪拌速度與攪拌機(jī)鉆機(jī)速度不匹配引起的不均勻問(wèn)題;適當(dāng)增加拌合次數(shù)及拌合均勻性,以防漿液沉淀,攪拌時(shí)間≥2min,確保充分?jǐn)嚢?;不得隨意改變注漿量,確保單位時(shí)間內(nèi)注漿穩(wěn)定性;保持穩(wěn)定合理的提升速度,保證攪拌均勻性;做好施工準(zhǔn)備,保證灰漿泵、水泥攪拌機(jī)等正常運(yùn)行[10-13]。

        圖1 水泥攪拌樁施工流程

        2)噴漿異常。原因分析:水灰比過(guò)低或過(guò)高、注漿泵損壞、清洗不干凈致使輸漿管路有雜物或硬結(jié)快。施工對(duì)策:及時(shí)調(diào)整水灰比;施工前先試運(yùn)行各項(xiàng)設(shè)備;采用細(xì)篩過(guò)濾水泥漿,以防外部異物進(jìn)入輸漿管路;輸漿設(shè)備、攪拌設(shè)備使用后,及時(shí)清洗干凈以防結(jié)塊;將遮擋板安裝于噴漿口上方,以防噴漿孔堵塞。

        3)冒漿、抱鉆。原因分析:拌和難度大或黏土黏結(jié)力大很容易引起抱鉆、施工工藝不合適、部分土層持漿能力不足或上浮壓力過(guò)大易引起冒漿。處理對(duì)策:將砂子摻入黏結(jié)力過(guò)大的施工土層中,降低黏度以防抱鉆的發(fā)生;施工前,可以用清水輸入攪拌頭下沉處,充分濕潤(rùn)表面;冒漿后,實(shí)際輸漿量不符合設(shè)計(jì)要求,可以改用“一攪拌、一輸漿拌合、輸水?dāng)嚢琛钡氖┕すに?,為減輕冒漿情況還要提高攪拌速度。

        4)樁頂強(qiáng)度偏低。原因分析:加固效果較差、表層土體擾動(dòng)較大無(wú)法實(shí)現(xiàn)均勻攪拌。處理對(duì)策:提高設(shè)計(jì)標(biāo)高1m范圍的水泥摻量,反復(fù)攪拌形成加強(qiáng)段;可以鑿除樁頂強(qiáng)度較低部分,重新加固。

        3 結(jié) 論

        文章結(jié)合法庫(kù)縣河道整治工程地質(zhì)條件,系統(tǒng)探討了水泥攪拌樁的施工工藝,可為有效處理河岸軟土地基提供一種新的途徑,主要結(jié)論如下:

        1)施工前,應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)條件開(kāi)展室內(nèi)配合比試驗(yàn)和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),合理確定水泥摻入量、固化劑和外摻劑等參數(shù)。此外,為提高試驗(yàn)保證率必須對(duì)最弱土層取樣分析。

        2)選擇最典型的地質(zhì)條件進(jìn)行試樁,一般試樁數(shù)量不少于3根。水泥攪拌樁具有隱蔽工程的典型特征,為保證施工質(zhì)量必須有效把控整個(gè)施工過(guò)程。施工前,要全面檢查外摻劑、水泥等原材料和機(jī)具性能,保證各項(xiàng)工藝參數(shù)處于設(shè)計(jì)范圍內(nèi);施工時(shí),加強(qiáng)過(guò)程監(jiān)督以及逐一評(píng)定成樁質(zhì)量,保證施工記錄詳細(xì)完整,對(duì)檢測(cè)不合格的攪拌樁采取補(bǔ)強(qiáng)、增加攪拌樁數(shù)量等處理措施,按成樁總數(shù)的2%取樣進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。

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