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 李曉鵬

 (中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司  洛陽(yáng)  471002)

摘要  結(jié)合太原西南環(huán)鐵路工程實(shí)例應(yīng)用，介紹軟土地基處理施工采用的雙向水泥攪拌樁技術(shù)施工原理、施工工藝，并說(shuō)明利用鉆心法分析確定水泥攪拌樁樁身質(zhì)量，利用載荷試驗(yàn)分析確定單樁復(fù)合地基承載力的過(guò)程與方法。實(shí)例表明，采用雙向水泥攪拌樁加固軟土地基，效果良好，樁體強(qiáng)度及地基承載能力均明顯提高，地基沉降得到控制。

關(guān)鍵詞  雙向水泥攪拌樁施工原理施工工藝單樁復(fù)合地基承載力  檢測(cè)

 太原鐵路樞紐新建西南環(huán)線太中DK18+600～太中DK21+ 050（西南環(huán)左線）及太中

DK20+200～太中DK21+050（西南環(huán)右線）段位于北六堡站站內(nèi)，線路以填方通過(guò)，四周大部分為耕地。地層自上而下依次為：粘土，厚度2.0～3-o m，褐黃色，軟塑，局部夾素填土；粉質(zhì)粘土，厚度1. 0～2.0m，褐黃色，軟塑；粉質(zhì)粘土，厚度3.0～4.5 m，褐黃色，軟塑～硬塑；粉土，厚度8. s～10.0m，淺黃色，潮濕，稍密，局部夾粘土及粉質(zhì)粘土薄層；粘土，厚度5.0～7.0 m，黃褐色，軟塑～硬塑；粉土，厚度5.0 m，黃褐色，潮濕，密實(shí)。地下水埋深1. 2～3.0m．水位變幅2～3 m。采用多向水泥攪拌樁加固地基，樁徑0.5 m，間距1.3 m，等邊三角形布置，樁長(zhǎng)11. 0～15.0m。

1 雙向攪拌樁施工原理

 雙向水泥攪拌樁在不需更換原單向攪拌樁施工設(shè)備基礎(chǔ)上，進(jìn)行加工改裝就可實(shí)現(xiàn)單向變雙向攪拌法施工，即在樁架上部的動(dòng)力系統(tǒng)下方安裝一個(gè)專利傳動(dòng)箱體，對(duì)現(xiàn)有水泥土攪拌樁樁機(jī)的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、鉆桿以及鉆頭進(jìn)行改進(jìn)，采用同心雙軸鉆桿，在內(nèi)鉆桿上設(shè)置正向旋轉(zhuǎn)攪拌葉片并設(shè)置噴漿口；在外鉆桿上安裝反向旋轉(zhuǎn)攪拌葉片，通過(guò)外鉆桿上葉片反向旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的壓漿作用和正、反向旋轉(zhuǎn)葉片同時(shí)雙向攪拌水泥和土，阻斷水泥漿上冒途徑，把水泥漿控制在2組葉片之間，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。雙向雙軸攪拌樁施工技術(shù)能有效克服漿液損失，攪拌均勻，加固深度加強(qiáng)，樁體強(qiáng)度明顯提高，保證了地基穩(wěn)固。

2施工工藝及方法

2.1施工工藝

雙向水泥攪拌樁施工工藝流程見(jiàn)圖1。

2.2工藝試樁

 施工前在該段地層和不同樁長(zhǎng)地段進(jìn)行室內(nèi)配比和現(xiàn)場(chǎng)成樁工藝試驗(yàn)（不少于3根），調(diào)配水泥漿液。現(xiàn)場(chǎng)施做試樁，水泥用量選定3種，分別摻人55，57，59 kg/m，選定水灰比均為0.5。施打試樁過(guò)程中記錄施工各項(xiàng)數(shù)據(jù)，28 d后現(xiàn)場(chǎng)對(duì)試樁進(jìn)行成樁質(zhì)量檢驗(yàn)，抽心檢測(cè)樁體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)不小于1.2 MPa，單樁復(fù)合地基承載力大于150 kPa，最終各項(xiàng)參數(shù)報(bào)監(jiān)理審批確認(rèn)實(shí)施，具體如下：水泥選用P．S．A32.5礦渣硅酸鹽水泥，水泥用量55 kg／m，水灰比o．5，下鉆速度0. 5～1.0 m，轉(zhuǎn)速不小于70 r／min，下鉆時(shí)噴漿量控制在總漿量的90%，噴漿量不小于50 L／m，提升速度0.8 N1.5 mlmin，注漿壓力0.5～0.8MPa，進(jìn)入持力層時(shí)電流表讀數(shù)I≥60 A。

2.3施工步驟

 (1)樁機(jī)就位。將樁機(jī)移到指定樁位進(jìn)行對(duì)中、校正，確�；�底穩(wěn)固，機(jī)身水平不傾斜，鉆頭垂直，采用經(jīng)緯儀或在主機(jī)上吊一垂球以控制鉆桿垂直度。

 (2)拌制漿液。按照試樁確定的施工水泥摻量及水灰比在集料斗拌制水泥漿。水泥采用礦渣PSA32.5礦渣硅酸鹽水泥，配置漿液時(shí)，水要清潔，漿液要攪拌均勻，加篩過(guò)濾，現(xiàn)制現(xiàn)用，不得停放過(guò)久。水泥漿必須使用機(jī)械拌制，拌和時(shí)間不少于3 min，用比重計(jì)測(cè)其相對(duì)密度，并檢測(cè)稠度，不得產(chǎn)生離析。

 (3)開(kāi)鉆。開(kāi)鉆前應(yīng)由項(xiàng)目質(zhì)檢和監(jiān)理人員進(jìn)行樁前檢查并驗(yàn)收合格后，方可開(kāi)鉆。

 (4)攪拌、噴漿鉆進(jìn)。啟動(dòng)攪拌機(jī)電機(jī)，攪拌頭在原地?cái)嚢?～3 min，待攪拌頭轉(zhuǎn)速正常后放松起吊鋼絲繩，使攪拌頭沿導(dǎo)向架邊攪邊下沉，同時(shí)開(kāi)啟送漿泵向土體噴水泥漿，此時(shí)多軸上的葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)至設(shè)計(jì)深度。下沉速度由電氣控制裝置的電流監(jiān)測(cè)表控制，根據(jù)試驗(yàn)選定，工作電流不應(yīng)大于額定值70 A。下沉?xí)r專人負(fù)責(zé)隨時(shí)檢查垂直度，如果發(fā)現(xiàn)傾斜過(guò)大應(yīng)馬上停鉆整改，直到滿足要求方可繼續(xù)開(kāi)鉆。同時(shí)隨時(shí)觀察設(shè)備運(yùn)行及地層變化情況。

 (5)攪拌、噴漿提升。攪拌機(jī)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度后，在樁端就地持續(xù)噴漿攪拌30 s以上，使樁端水泥土充分?jǐn)嚢杈鶆�。然后按�?guī)定的提升速度邊噴漿邊提升攪拌頭，使?jié){液和土體充分拌和直至設(shè)計(jì)頂面標(biāo)高，當(dāng)?shù)竭_(dá)樁頂位置時(shí)，應(yīng)停留噴漿至少30 s。提升時(shí)噴漿主要避免噴漿口堵塞。

 (6)重復(fù)攪拌下沉、噴攪提升。為使軟土和水泥漿攪拌均勻，重復(fù)攪拌下沉、噴漿提升。攪拌機(jī)提升到樁頂面高程時(shí)，集料斗中的水泥漿應(yīng)剩有一定余量。攪拌下沉、攪拌提升施工中間一旦因故停漿，為防止斷樁和缺樁，重新開(kāi)鉆應(yīng)保證在停漿面上下重復(fù)攪拌噴漿0.5 m。

 (7)清洗。沖洗鉆桿、噴嘴，將粘附在攪拌頭的軟土清洗干凈。

 (8)移位。關(guān)閉攪拌樁機(jī)，移動(dòng)至下一樁位。樁機(jī)移至下一樁位前，檢查各種管路，以免管路被壓導(dǎo)致?lián)p壞。把鉆機(jī)等機(jī)具設(shè)備移到新孔位上。在移走鉆機(jī)后應(yīng)及時(shí)清理冒出的水泥樁，達(dá)到與原地面基本相平，并在清理完后的樁位上做好標(biāo)記，以備檢查。

3效果檢測(cè)

3.1檢測(cè)數(shù)量

 嚴(yán)格按《鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(TB10414-2003)進(jìn)行檢測(cè)，地基加固28 d后進(jìn)行單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，檢驗(yàn)數(shù)為樁總數(shù)的2‰，成樁28 d后抽心取樣進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，抽檢數(shù)為總樁數(shù)的2‰；本場(chǎng)地水泥土攪拌樁22 953根，共進(jìn)行了50根水泥攪拌樁鉆心取樣檢測(cè)和50點(diǎn)單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)。

3.2檢測(cè)設(shè)備

測(cè)試用設(shè)備見(jiàn)表1。

3.3樁身質(zhì)量檢測(cè)

 (1)檢測(cè)方法。樁身檢測(cè)采用鉆心法。鉆心采用XY-1型地質(zhì)鉆機(jī)，在成樁28 d后于1／4樁徑處全長(zhǎng)抽取，自樁頂1m以下至樁長(zhǎng)范圍內(nèi)不同部位截取設(shè)計(jì)規(guī)定齡期的試件，在試驗(yàn)室做無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

 鉆取的心樣應(yīng)由上而下按回次順序擺放整齊，心樣側(cè)面上應(yīng)清晰標(biāo)明回次數(shù)、塊號(hào)、本次總塊數(shù)，并按規(guī)范要求填寫鉆孔記錄；鉆心結(jié)束后，應(yīng)保存心樣和標(biāo)有工程名稱、樁號(hào)、鉆心孔號(hào)、分層、樁長(zhǎng)、孔深的標(biāo)示牌，按規(guī)定取樣后，鉆孔用水泥砂漿回灌封閉。

(2)評(píng)定方法。通過(guò)鉆心取樣試驗(yàn)可以直觀地判定樁體的長(zhǎng)度、樁體的連續(xù)性、水泥與土攪拌的均勻性；通過(guò)心樣長(zhǎng)度及心樣的現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)具體描述來(lái)判定樁體的好壞，并截取心樣進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，檢驗(yàn)樁體心樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的1.2 MPa，確定水泥土攪拌樁的施工質(zhì)量。心樣試件抗壓強(qiáng)度按下式計(jì)算。

式中：廠為心樣試件抗壓強(qiáng)度，MPa，精確至0.1MPa;P為心樣試件抗壓試驗(yàn)測(cè)得的破壞荷載，N;d為心樣試件的平均直徑，mm;r為心樣試件抗壓強(qiáng)度折減系數(shù)，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)確定，當(dāng)無(wú)法試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)資料宜取1.0。

3.4單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)

 (1)加載方式。按照設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑膹?fù)合地基承載力150 kPa，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)最大加載量440 kN（大于復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的2倍，439 kN）進(jìn)行，分為8級(jí)，每級(jí)加載量為55 kN，第一級(jí)加載量為55 kN�？偠演d量528 kN。

根據(jù)設(shè)計(jì)，樁位正三角形布置，樁間距1.3m，因此單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)承壓板采用圓形，直徑1. 37 m，面積1.46 IT12，板底鋪設(shè)50～150mm中粗砂找平層，試坑底開(kāi)挖至基底標(biāo)高，坑底面積為4.2 m×4.2 m。采用手動(dòng)油壓千斤頂加載、工字鋼搭設(shè)堆載平臺(tái)、配重塊堆積提供反力，最大壓重量528 kN，載荷試驗(yàn)示意見(jiàn)圖2。

 (2)荷載及沉降測(cè)量。荷載值通過(guò)壓力表測(cè)量再由千斤頂?shù)臉?biāo)定曲線換算給出，試樁沉降則通過(guò)承壓板四邊對(duì)稱架設(shè)的機(jī)械式百分表測(cè)量，所有百分表均用磁性表座固定于由腳手架鋼管構(gòu)成的基準(zhǔn)梁上，基準(zhǔn)梁在獨(dú)立的基準(zhǔn)樁上安裝，基準(zhǔn)樁支點(diǎn)與承壓板中心的距離不小于2.2 m。

 試驗(yàn)采用慢速維持荷載法逐級(jí)加載，每級(jí)荷載達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定后加下一級(jí)荷載，穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為每1小時(shí)沉降不超過(guò)0.1 mm。每加一級(jí)荷載前后均各讀計(jì)承壓板沉降量1次，以后每半個(gè)小時(shí)讀記1次，直至變形達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)或滿足中止加載條件時(shí)為止。

 (3)終止加載條件。①沉降急劇增大，土被擠出或承壓板周圍出現(xiàn)明顯的隆起；②承壓板的累計(jì)沉降量已大于其寬度或直徑的6%;③當(dāng)達(dá)不到極限荷載，而最大加載壓力已大于設(shè)計(jì)要求壓力值的2倍。

(4)復(fù)合地基容許承載力的確定。①當(dāng)壓力一沉降曲線上極限荷載能確定，而其值不小于對(duì)應(yīng)比例界限的2倍時(shí)，可取比例界限；當(dāng)其值小于對(duì)應(yīng)比例界限的2倍時(shí)，可取極限荷載的一半；②當(dāng)壓力一沉降曲線是平緩的光滑曲線時(shí)，可按相對(duì)變形值確定，按壓板面積為1. 46 m2，取s/b=0. 006所對(duì)應(yīng)的荷載，但其值不應(yīng)大于最大加載量的一半。以試驗(yàn)樁號(hào)3-55的p-s曲線圖3為例，該點(diǎn)位的復(fù)合地基容許承載力為150 kPa。

3.5檢測(cè)結(jié)論

 (1)鉆心取樣檢測(cè)。取心50孔，樁體的長(zhǎng)度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，樁端全部進(jìn)入持力層，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)心樣的目測(cè)，樁體是連續(xù)的，水泥與土攪拌較均勻。

 通過(guò)50根心樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)進(jìn)行綜合分析：樁體上部0～1.O m范圍因心樣較堅(jiān)硬，取心時(shí)多為塊狀，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行，從水泥含量看來(lái)，攪拌均勻、強(qiáng)度高；1. 0～3.O m樁體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值為1. 51 MPa;3.0 m以下樁體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值為1. 22 MPa。

 按《鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程》( TB10102 -2004)樁體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的規(guī)定，根據(jù)施工與檢測(cè)時(shí)地下水位以及鉆心擾動(dòng)等因素綜合考慮，心樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)單樁復(fù)合地基試驗(yàn)。該工程50點(diǎn)單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)均加載到設(shè)計(jì)值的2倍(440kN)，在加載過(guò)程中均未出現(xiàn)極限荷載，p-s曲線平緩無(wú)明顯陡降段，按照相對(duì)變形值確定復(fù)合地基容許承載力，s/b一0.006，算得s-8. 22 mm所對(duì)應(yīng)的荷載得出特征值，其中列出6點(diǎn)復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

 但其值不應(yīng)大于最大加載量的一半，最終確定該場(chǎng)地容許承載力為150 kPa。

 因設(shè)計(jì)要求成樁28 d后單樁復(fù)合地基承載力不得小于150 kPa，因而得出此試驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，該段軟土地基經(jīng)采用雙向水泥攪拌樁加固處理后，軟土地基承載力有效提高，地基沉降可控制在合理范圍內(nèi)，滿足鐵路路基填土要求。

4結(jié)語(yǔ)

 通過(guò)對(duì)太原西南環(huán)鐵路軟基加固工程中雙向水泥攪拌樁實(shí)際運(yùn)用和施工質(zhì)量效果檢測(cè)，驗(yàn)證了采用雙向水泥攪拌樁施工工藝與方法，施工簡(jiǎn)便快速，能克服傳統(tǒng)水泥攪拌樁存在的漿液損失、攪拌不均勻問(wèn)題，同時(shí)有效加固深度顯著提升，樁體強(qiáng)度和軟土地基承載力明顯提高，地基施工后的殘余沉降和差異沉降得到了有效控制，該軟土地基處理技術(shù)可廣泛運(yùn)用。