張啟凱
中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司 北京 266600
某公路工程位于重慶市,路基寬度26m。其中,一填方段落長160m,橫跨一U 型溝谷,谷內(nèi)地形平緩。
根據(jù)地勘報告,場地沖溝內(nèi)上覆土層主要為第四系全新統(tǒng)殘坡積粉質(zhì)黏土,下伏基巖為侏羅系上統(tǒng)遂寧組泥巖。本場地特殊巖土主要為過濕土,為軟塑狀粉質(zhì)黏土層,主要分布于地表及其以下一定深度范圍內(nèi),勘探揭露軟土層底深度約7.8m,物理力學(xué)性質(zhì)差。場地主要土層物理力學(xué)指標如表1 所示。
表1 場地主要土層物理力學(xué)指標
根據(jù)有關(guān)規(guī)范,水泥攪拌樁的長度、直徑、間距應(yīng)根據(jù)穩(wěn)定、沉降計算確定。豎向承載樁的長度應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對承載力和變形的要求確定,并宜穿透軟土層,到達承載力相對較高的土層。為提高抗滑穩(wěn)定性而設(shè)置的樁體,其樁長應(yīng)超過危險滑弧以下2m。
使用簡化Bishop 法進行滑坡搜索計算,可知滑面位于軟弱夾層底部,因此設(shè)計水泥攪拌樁長應(yīng)至少穿透軟塑土層進入硬塑層2m。圓弧滑面計算如圖1 所示。
圖1 圓弧滑面計算圖
根據(jù)穩(wěn)定和沉降計算結(jié)果,調(diào)整水泥攪拌樁樁徑、樁長、布樁方式。在表1 地層參數(shù)條件下,使得該段路基穩(wěn)定系數(shù)及沉降指標滿足規(guī)范要求的水泥攪拌樁設(shè)計參數(shù)如表2 所示。
表2 水泥攪拌樁處置設(shè)計參數(shù)
對于經(jīng)水泥攪拌樁處理后的路基沉降,應(yīng)包含由墊層壓縮變形量、加固區(qū)復(fù)合土層壓縮變形量(s1)和加固區(qū)下臥土層壓縮變形量(s2)組成。當墊層壓縮變形量小,且在施工期已基本完成時,可忽略不計。復(fù)合土體的壓縮模量可采用式(1)計算。
式中:Ep——樁體壓縮模量;
Es——加固區(qū)土體壓縮模量;
m——樁土置換率。
對于經(jīng)水泥攪拌樁處理后的路基穩(wěn)定安全系數(shù)計算,復(fù)合地基內(nèi)滑動面上的抗剪強度應(yīng)采用復(fù)合地基抗剪強度,詳見式(2)。
式中:τp——樁體壓縮模量;
τs——加固區(qū)土體壓縮模量;
m——樁土置換率。
在公路軟基水泥攪拌樁施工中,經(jīng)常應(yīng)用到的機械設(shè)施主要有粉漿機、壓縮機等,成樁所使用的機械設(shè)備為鉆機。主要特點是動力大、便于操控、可以在多種地質(zhì)情況下展開鉆進工作,且具有較為便利的移動性能[1]。
不同軟基工點的地質(zhì)條件具有一定差異,為了保證公路軟基加固處理的施工質(zhì)量,就必須在施工前展開試樁[2]。通過試樁,確定本段水泥攪拌樁施工時的水泥漿輸漿量、水泥漿經(jīng)輸漿管到達攪拌機噴漿口的時間和起吊設(shè)備提升速度等施工參數(shù)。
現(xiàn)場工作人員應(yīng)該經(jīng)由試樁,了解下鉆以及提升鉆頭時遇到的阻力情況,并明確鉆頭進入硬土層之后電流的變化程度,從而設(shè)計高效合理的輸灰量;明確水泥粉末通過輸灰泵到達攪拌樁噴灰所需要的時間,據(jù)此明確下鉆的速度、攪拌樁設(shè)備提升速度、復(fù)攪等相關(guān)信息[3]。
試樁成樁后,現(xiàn)場工作人員還應(yīng)該對于樁的勻稱性以及成樁直徑展開檢查測驗,掌握適用于該地質(zhì)狀況的水灰比和各項施工參數(shù),保障成樁滿足施工質(zhì)量要求。
將施工區(qū)域內(nèi)的雜草以及雜物處理干凈,將區(qū)域內(nèi)低洼地段填平處理并壓實。如若施工區(qū)域處于水田環(huán)境,現(xiàn)場工作人員須先將區(qū)域內(nèi)的水排放干凈,再展開清表處理工作。清表厚度應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求,一般控制在0.3~0.5m。平整場地應(yīng)具有一定的外向橫坡,防止場地內(nèi)部積水。在場地兩側(cè)開挖邊溝,在挖溝時,施工人員應(yīng)該注意鄰近的已有管道線路等,避免對管線造成破壞。場地平整之后,按照設(shè)計要求鋪設(shè)墊層,并在墊層中間夾鋪土工格柵。之后,現(xiàn)場工作人員需要根據(jù)設(shè)計圖紙,使用全站儀進行樁位確定,并在控制樁上設(shè)計顯著的標識,并注意定時復(fù)查。
施工單位必須嚴格依照相應(yīng)規(guī)范標準配置水泥漿,為了保障配合比的精確科學(xué),工作人員應(yīng)該嚴格把控水泥、添加劑等材料的使用量。借助試樁實驗,對攪拌時長進行確定。在水泥漿配置過程中,施工人員須規(guī)避結(jié)塊、成團等情況發(fā)生。在實際施工中,工作人員不能應(yīng)用產(chǎn)生初凝狀況的水泥漿。每一次攪拌工作所產(chǎn)生的水泥漿量應(yīng)把控在一根水泥攪拌樁用量以上[4]。
制備好的漿液不得離析,不得長時間放置,超過2h的漿液應(yīng)廢棄。漿液倒入集料斗時應(yīng)加篩過濾,避免漿內(nèi)塊狀物損壞泵體。
施工人員應(yīng)該在施工現(xiàn)場將鉆機設(shè)施進行細致嚴密的安裝,在機械設(shè)施首次運轉(zhuǎn)到達場地工作時,必須標定樁機深度測量儀、留電表等設(shè)備的位置。在施工過程中,工作人員還應(yīng)該定時對其展開檢查維護,特別是攪拌機鉆頭部位,經(jīng)常會產(chǎn)生一定的磨損情況,當直徑磨損量大于10mm 時,必須更換鉆頭。如若工作人員對磨損鉆頭沒有足夠的關(guān)注與重視,也不對其進行處理,那么長此以往將會導(dǎo)致設(shè)備無法正常運轉(zhuǎn),因此當磨損情況超出限制時,必須立刻對其更換,這樣才可以確保設(shè)備穩(wěn)定運行。
鉆機正式開始運轉(zhuǎn)以后,鉆桿沿導(dǎo)向架方向保持勻速下沉,進行切土拌和。同時,工作人員應(yīng)該發(fā)動送漿泵,將水泥漿向著土體噴灑。雙軸葉片旋轉(zhuǎn)拌和,直至標定深度。當?shù)竭_標定深度以后,工作人員還應(yīng)該操作此設(shè)備在樁端部位持續(xù)展開噴漿攪拌處理,復(fù)攪速度宜為0.5~0.8m/ min。
提升攪拌可避免出現(xiàn)噴漿口被堵住的情況。提升鉆桿、噴漿攪拌時,應(yīng)使鉆頭反向邊旋轉(zhuǎn)、邊噴漿、邊提升,提升速度宜控制在0.5~0.8m/ min。當鉆頭提升至距離地面1m 時,宜用慢速提升;當噴漿口即將出地面時,應(yīng)停止提升,攪拌數(shù)秒,保證樁頭攪拌均勻。
根據(jù)水泥攪拌樁特點,應(yīng)重點關(guān)注樁身的完整性、強度及樁長。
不同規(guī)范對水泥攪拌樁檢測要求略有不同。根據(jù)《公路軟土地基設(shè)計與施工技術(shù)細則》(JTG/ T D31- 02- 2013),成樁28d 后進行鉆探取芯。抽檢頻率應(yīng)為總樁數(shù)的1%~2%,取芯位置宜在樁直徑2/ 5 處。應(yīng)將代表性芯樣應(yīng)加工成直徑×高度為50mm×100mm 的圓柱體,進行無側(cè)限抗壓強度試驗。強度值應(yīng)達到設(shè)計要求。采用輕型動力觸探、靜力觸探以及反射波、瑞利波等物理勘探方法,對樁的均勻性和完整性進行檢查。水泥攪拌樁質(zhì)量標準如表3 所示。
表3 水泥攪拌樁質(zhì)量標準
地基處理完成并檢驗合格后,應(yīng)按有關(guān)規(guī)范和設(shè)計要求,進行路基填筑過程中的沉降和位移觀測,沉降觀測斷面測點布置如圖2 所示,并做好記錄。若路基填筑過程中變形超過設(shè)計允許值,應(yīng)立即停止施工。
圖2 沉降觀測斷面測點布置
(1)根據(jù)軟基加固深度、水泥攪拌樁設(shè)計參數(shù)等情況進行攪拌樁設(shè)備、漿液輸送設(shè)備以及配套設(shè)施的選取與應(yīng)用。
(2)必須應(yīng)用質(zhì)量達標的施工材料,不能使用受潮嚴重或者變質(zhì)的加固材料。軟基施工過程中,所使用的固化劑以及其他類型的添加劑,必須與施工設(shè)計標準相適配。攪拌樁實施時,必須嚴格依據(jù)相應(yīng)規(guī)范要求,按從中間到邊緣的次序展開工作[5]。
(3)施工中,若發(fā)現(xiàn)地層出現(xiàn)異常,如土層密實度不夠,或者樁孔吸漿量變少等,需及時尋找原因,不應(yīng)盲目施工,并針對原因提出應(yīng)對措施[6]。
水泥攪拌樁在我國公路工程軟基處理中具有應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟的特點,可以有效解決公路工程中的軟基問題,增強公路安全質(zhì)量。水泥攪拌樁設(shè)計過程中,對復(fù)合地基物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)的取值,可結(jié)合當?shù)亟?jīng)驗與有關(guān)規(guī)范確定,以保證路基穩(wěn)定和沉降滿足規(guī)范要求為目標。在施工過程中,工作人員應(yīng)該做好準備工作,選擇質(zhì)量合格的材料,運用恰當?shù)募夹g(shù)手段,并做好工程記錄,保證攪拌樁成樁質(zhì)量。