(西藏大學(xué) 西藏 拉薩 850000)

水泥攪拌樁的成樁質(zhì)量影響

齊磊

(西藏大學(xué)西藏拉薩850000)

通過(guò)對(duì)水泥土攪拌樁的樁身的研究，分析了水泥土攪拌樁的施工過(guò)程、固結(jié)原理以及影響樁身的強(qiáng)度問(wèn)題，得出了水泥攪拌樁的固結(jié)是由水泥的水解和水化反應(yīng)、離子交換和團(tuán)?；饔谩⑺嗟哪Y(jié)與硬化、碳酸化作用等4個(gè)方面構(gòu)成；影響樁身強(qiáng)度的主要是水泥摻入比、水灰比、含水率、有機(jī)質(zhì)等。

成樁質(zhì)量；固結(jié)原理；強(qiáng)度分析

一、引言

在改革開(kāi)放以后，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有了很大的提高，與此同時(shí)在工程建設(shè)方面的技術(shù)要求也會(huì)相應(yīng)的增強(qiáng)。所以當(dāng)前我國(guó)在施工過(guò)程中會(huì)面臨極為復(fù)雜的地基問(wèn)題，軟弱地基的承載力很低，受到荷載作用后會(huì)產(chǎn)生很大的變形，且不能及時(shí)的穩(wěn)定，必須經(jīng)過(guò)人為的方法來(lái)進(jìn)行改善和處理。軟弱地基的處理往往決定了工程的造價(jià)、質(zhì)量、工期等。通常，加固軟弱地基的方法就是水泥土攪拌樁加固法。

二、水泥土攪拌樁的概念

(一)水泥土攪拌樁工作原理。通過(guò)水泥攪拌樁，在地基的深部將水泥和土體攪拌均勻，攪拌范圍內(nèi)的軟土和固化劑發(fā)生物理和化學(xué)作用，使得成為具有整體性、水穩(wěn)性的水泥加固體并有一定的強(qiáng)度。

(二)水泥土攪拌樁技術(shù)。1.水泥土攪拌法按施工工藝分為：第一種為漿液噴射法，最終得成的水泥加固體稱為深層攪拌樁：第二種為粉體噴射法，形成的水泥加固體稱為粉噴樁。2.漿液噴射法施工程序：①水泥土攪拌樁樁機(jī)定位、對(duì)中、調(diào)平。將攪拌樁放置施工位置后，要再一次進(jìn)行定位和對(duì)中，同時(shí)利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行調(diào)平，保證施工開(kāi)展的正常有序。②調(diào)整導(dǎo)向架垂直度。水泥土攪拌樁在進(jìn)行工作時(shí)，導(dǎo)向架的垂直度極為重要，因此在進(jìn)行定位、調(diào)平和對(duì)中后，要采用經(jīng)緯儀調(diào)整導(dǎo)航架垂直度，按照規(guī)定:垂直度小于樁長(zhǎng)的1.0。③提前拌制工程漿液。水泥土攪拌機(jī)在施工工作時(shí)要進(jìn)行下沉作業(yè)，因此要提前拌制漿液，確保工作的正常開(kāi)展。根據(jù)要求，水泥和水的比例要控制在0.45～0.50之間，為了確保工程質(zhì)量，每米水泥土攪拌樁的水泥使用量不得低于50kg。

(如圖1-1)

3.粉體噴射法施工程序。①定位：平整場(chǎng)地將攪拌機(jī)移到樁位調(diào)平機(jī)位、對(duì)中。將場(chǎng)地整理平順，再把水泥土攪拌機(jī)平移到樁位地點(diǎn)，然后調(diào)平機(jī)位、對(duì)準(zhǔn)。②預(yù)攪鉆進(jìn)下沉：?jiǎn)?dòng)攪拌攪機(jī)電機(jī)，使鉆頭正向轉(zhuǎn)動(dòng)鉆進(jìn)勻速下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高為止。開(kāi)啟攪拌樁電機(jī)，讓鉆桿鉆頭勻速鉆至設(shè)計(jì)的標(biāo)高位置。③噴粉攪拌提升，當(dāng)深層攪拌機(jī)下沉到設(shè)計(jì)深度時(shí)開(kāi)啟空壓機(jī)待氣粉混和物到達(dá)噴口時(shí)按確定的提升速度開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)反鉆邊噴灰，邊提升攪拌機(jī)。當(dāng)鉆桿鉆頭鉆至設(shè)計(jì)的位置時(shí)，啟動(dòng)空壓機(jī)等氣粉混合物到鉆頭時(shí)，再勻速提升且開(kāi)啟鉆機(jī)反鉆噴灰。④重復(fù)攪拌：攪拌機(jī)噴灰反轉(zhuǎn)提升至原地面以下50cm時(shí)，關(guān)閉空壓機(jī)。為使軟土和固化劑攪拌均勻，再次將攪拌機(jī)鉆進(jìn)下沉，直至設(shè)計(jì)深度，再將攪拌機(jī)按規(guī)定速度反轉(zhuǎn)提升出地面。⑤移位，準(zhǔn)備打下一根樁。

三、水泥土攪拌樁的加固原理

在水泥加固土中，介質(zhì)土的存在尤為關(guān)鍵。因水泥摻量稀少，水泥的水化與水解反應(yīng)必須在土的情況下進(jìn)行，同時(shí)水泥加固土的強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢。

(一)水泥的水解和水化反應(yīng)。在水泥加固軟土進(jìn)行充分?jǐn)嚢钑r(shí)，水泥表面的礦物顆粒與土中的水發(fā)生水化和水解作用，反應(yīng)生成得水化產(chǎn)物有氫氧化鈣、含水硅酸鈣等，且與外圍的水泥顆粒繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)。

(二)離子交換和團(tuán)?；饔?。土體和水結(jié)合過(guò)程中，形成了膠體分散系，具體了膠體的特征。當(dāng)粘土中的二氧化硅與水發(fā)生反應(yīng)后，其土體的表面帶有鉀離子或者鈉離子，從而能和水泥水化反應(yīng)后產(chǎn)生的氫氧化鈣進(jìn)行再一次作用產(chǎn)生了吸附的效果，使得土顆粒逐漸變大，土體強(qiáng)度得到提升。

水泥水化后生成的膠凝顆粒分散開(kāi)來(lái)，其表面積迅速擴(kuò)大，使得表面能吸附活性增強(qiáng)，土顆粒得到擴(kuò)大，也使各土顆粒的縫隙逐漸閉合。從宏觀上來(lái)看，水泥土的強(qiáng)度得到了很大的增強(qiáng)。

(三)水泥土的凝結(jié)與硬化。水泥土的凝結(jié)與硬化是處于不同的過(guò)程，凝結(jié)代表著水泥具有了塑性強(qiáng)度而失去了流動(dòng)性。水泥的水化反應(yīng)不斷進(jìn)行，溶液中有大量的鈣離子溢出，從而超過(guò)了反應(yīng)的需求量，鈣離子在堿性的環(huán)境下與土體中的三氧化二鋁和二氧化硅進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，其產(chǎn)物是不溶于水的化合物。該化合物在水和空氣中漸漸的硬化，使得水泥土強(qiáng)度進(jìn)而增強(qiáng)。同時(shí)因?yàn)槲镔|(zhì)其結(jié)構(gòu)密實(shí)，還有防水性的優(yōu)點(diǎn)。

水泥加固軟土的強(qiáng)度主要是由水泥水解水化物的交接作用，使得土體內(nèi)部形成了膠結(jié)結(jié)構(gòu)。不過(guò)在實(shí)際的工程中，強(qiáng)制攪拌的過(guò)程中水泥攪拌樁的原狀土塊和水泥塊的粒徑大小不一。攪拌的越充分，土塊被攪拌的越小，水泥和土塊粘合的就越均勻，水泥與土體的結(jié)構(gòu)就越密實(shí)，水泥土攪拌樁的強(qiáng)度也就更高。

四、水泥土攪拌樁強(qiáng)度影響

決定水泥土攪拌樁成樁質(zhì)量的決定性因素就是強(qiáng)度，而影響樁身強(qiáng)度則有很有方面，比如水泥摻入比、水灰比、含水率、有機(jī)質(zhì)等。

(一)水泥摻入比的影響。不同的水泥摻入比對(duì)應(yīng)的水泥土強(qiáng)度差異很大。李琦通過(guò)做出的實(shí)驗(yàn)，得出在對(duì)于不同的水泥摻量，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)幅度卻不同。

(二)水灰比的影響。當(dāng)土的天然含水率低于水泥土的最佳含水率時(shí)，水泥土強(qiáng)度隨著水灰比的提高而提高；當(dāng)天然含水率遠(yuǎn)大于最佳含水率時(shí)，強(qiáng)度隨著水灰比的提高而降低。Fook-Hou Lee，Yeong Lee，Soon-Hoe Chew，and Kwet-Yew Yong等引入了同時(shí)使用水灰比和土灰比的概念來(lái)反應(yīng)固化土強(qiáng)度和模量的變化。

(三)含水率的影響。水泥土固化作用中一系列水化反應(yīng)必須在水的作用下發(fā)生，土體的含水率直接影響水化反應(yīng)發(fā)生的速度及水化產(chǎn)物的量，影響水泥土的物化特性，即改變了水泥土的強(qiáng)度。

五、結(jié)語(yǔ)

水泥作為水泥攪拌樁的核心固化劑，由于不同的土質(zhì)造成了加固效果不同;施工方法的不同以及在施工過(guò)程產(chǎn)生的損耗;水泥摻入比、含水率、水灰比、有機(jī)質(zhì)的不同也會(huì)對(duì)具體的工程產(chǎn)生不同強(qiáng)度影響，所以決定了水泥攪拌樁成樁的質(zhì)量。

[1]李琦.深圳地區(qū)海相淤泥水泥土強(qiáng)度特性的研究[D].北京；鐵道科學(xué)研究院，2005.

[2]荀勇.有機(jī)質(zhì)含量對(duì)水泥土強(qiáng)度影響與對(duì)策[J].四川建筑科學(xué)研究,2000,26(3):58-60.

[3]饒彩琴，黃漢盛.深圳軟土水泥土抗壓強(qiáng)度的影響因素研究[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)：城市科學(xué)版，2009，26(2)：99-102.

齊磊(1992-)，男，漢族，安徽省滁州市人，工學(xué)碩士，西藏大學(xué)工學(xué)院建筑與土木工程專業(yè)，研究方向巖土工程。