林志偉

(福建涵城建設(shè)工程有限公司,福建 莆田 351100)

軟土地基由于其承載力低、壓縮性大等特點(diǎn),在工程建設(shè)中一直都是一個(gè)較為突出的技術(shù)難題,目前針對(duì)軟土進(jìn)行的地基處理方法主要是排水固結(jié)法、水泥土復(fù)合地基等。排水固結(jié)法具有施工成本低、改良效果好等特點(diǎn),但是地基土在排水固結(jié)過(guò)程中往往需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間,幾個(gè)月甚至幾年時(shí)間不等,施工工期漫長(zhǎng),對(duì)于工程建設(shè)的進(jìn)度有較大的限制作用。水泥土攪拌樁是通過(guò)專用的施工機(jī)械進(jìn)行深層攪拌,攪拌過(guò)程中摻入一定配比的水泥等物料,達(dá)到改良地基土的目的。實(shí)踐證明,這種方法雖然能有效降低地基土的壓縮性,但攪拌質(zhì)量等難以控制。釘型水泥土雙向攪拌樁是一種特殊的水泥土攪拌樁,它是以水泥土攪拌樁為參考,在攪拌之后對(duì)地基土再次進(jìn)行處理,以達(dá)到提升承載力、降低壓縮性的目的。目前,釘型水泥土雙向攪拌樁逐漸成為一種被大面積應(yīng)用的地基處理方法。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

莆田市荔城區(qū)玉湖新城古山、埭里片區(qū)市政及配套設(shè)施工程主要包含古荔路、文龍路B段、玉湖路二期、尚濟(jì)街、荔浦路、陡門路等六條道路及核心區(qū)景觀工程。

項(xiàng)目沿線主要為田地及菜地、古山村民房、木蘭溪等,場(chǎng)地主要屬海陸交互相地貌單元,均存在下臥軟弱土層,切分布變化較大,因本項(xiàng)目道路等級(jí)較高,管線等接口對(duì)路基沉降要求較高,因此對(duì)淤泥厚度超過(guò)3 m的軟土路段、成片的池塘、河道路段采用(釘型)雙向水泥攪拌樁處理。包含路段:K0+030～K0+200、K0+266.7～K0+792.1、K1+053.9～K1+140.9,路基寬度42 m,雙向水泥攪拌樁總長(zhǎng)度共計(jì)242 320 m。

1.2 地質(zhì)概況

本場(chǎng)地主要屬海陸交互地貌單元。場(chǎng)地主要由素填土、雜填土、粉質(zhì)黏土、淤泥、中砂、卵石及不同風(fēng)化程度的花崗巖層等組成。場(chǎng)地各土層在水平向和垂直向分布及性質(zhì)變化均較大,均勻性較差,屬于不均勻地基。擬建場(chǎng)地主要為田地及菜地、古山村民房、木蘭溪等,沿線地表被第四系地層所覆蓋。沿線地面標(biāo)高一般為3.90～6.60 m。

2 施工工藝

2.1 施工前準(zhǔn)備

通過(guò)詳細(xì)審核工程地質(zhì)勘察報(bào)告和相關(guān)設(shè)計(jì)文件,然后再做施工圖會(huì)審工作,可以提前解決好可能出現(xiàn)的各項(xiàng)問(wèn)題。同時(shí),技術(shù)部門結(jié)合程序文件當(dāng)中的相關(guān)規(guī)定,可以向項(xiàng)目部發(fā)放和工程相關(guān)的技術(shù)規(guī)范、圖紙要求,使其提前了解施工工藝。同時(shí),在技術(shù)質(zhì)量部門的引導(dǎo)和組織之下,再展開工程質(zhì)量策劃工作,使質(zhì)量策劃結(jié)果可以在施工或者是方案編制過(guò)程當(dāng)中體現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)對(duì)工程技術(shù)資料表格進(jìn)行詳細(xì)核對(duì),然后再結(jié)合公司當(dāng)中的質(zhì)量體系程序規(guī)定,做好工程質(zhì)量體系的記錄工作。結(jié)合已經(jīng)批準(zhǔn)的編制技術(shù)質(zhì)量和安全交底書,對(duì)相關(guān)施工人員做好相關(guān)的施工交底工作。

提前安排好施工現(xiàn)場(chǎng)各類分供方的報(bào)審流程,確保工程材料的采購(gòu)和保管等工作能夠按照既定步驟實(shí)施。由于業(yè)主方所成交的主便道通常無(wú)法與施工需求相一致,且無(wú)法及時(shí)提供實(shí)際的施工指導(dǎo)。因此,相關(guān)部門需要做好進(jìn)場(chǎng)施工便道的修建工作,保證材料和設(shè)備的有序進(jìn)場(chǎng)。及時(shí)安排好各項(xiàng)材料儲(chǔ)備場(chǎng)地的準(zhǔn)備工作,并妥善安排好小雨施工的接樁防雨設(shè)施準(zhǔn)備工作。結(jié)合計(jì)劃組織工作人員、設(shè)備以及材料及時(shí)進(jìn)入到施工現(xiàn)場(chǎng)上,然后再按照既定的用電方案把總電源接入到各個(gè)分電箱當(dāng)中[1]。

2.2 主要施工技術(shù)參數(shù)

釘型雙向水泥攪拌樁施工前應(yīng)先對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行整平處理,對(duì)于淤泥層底深度>3 m段路基(溝槽開挖、橋臺(tái)處理范圍除外),采用釘型雙向水泥攪拌樁處理,上部擴(kuò)大頭直徑100 cm,下部樁徑60 cm,各段處理深度詳見特殊路基處理圖紙。正三角型布置,樁間距取1.8 m。采用42.5R級(jí)普通硅酸鹽水泥。

樁體硬土層傾斜若坡率大于10%時(shí)樁底應(yīng)設(shè)置臺(tái)階,釘型雙向水泥攪拌樁平面采用等邊三角形布置,根據(jù)填土高度、軟土層厚度和沉降要求布設(shè)樁間距。

水泥攪拌樁處理范圍坡腳線外側(cè)至少一排樁基,樁應(yīng)打透硬土層并進(jìn)入硬土層不小于150 cm,局部深厚軟土路段以樁長(zhǎng)控制。

雙向水泥攪拌樁處理長(zhǎng)度原則上以樁底地質(zhì)控制為主,長(zhǎng)不超過(guò)12 m時(shí)采用直徑60 cm的雙向水?dāng)嚢铇短幚?長(zhǎng)12～15 m時(shí)采用釘型雙向水泥攪拌樁處理,上部擴(kuò)大頭直徑100 cm,長(zhǎng)度3.5 m,下部樁徑60 m;樁長(zhǎng)大于15 m時(shí)采用釘型雙向水泥攪拌樁處理,樁體上部采用擴(kuò)大頭的形式,規(guī)格為φ1.0 m×4.5 m,樁體下部直徑為φ0.6 m;部分路段限于土層條件及周邊環(huán)境的影響可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行靈活調(diào)整。

2.3 施工工法

(1)實(shí)施步驟

釘型雙向攪拌樁四攪四噴(擴(kuò)大頭)+兩攪兩噴(樁體)施工工藝流程如圖1所示,具體實(shí)施步驟如下。

圖1 釘型雙向攪拌樁四攪四噴(擴(kuò)大頭)+兩攪兩噴(樁體)施工工藝流程圖

①做好樁機(jī)就位等工作。確保攪拌機(jī)能夠到達(dá)事先所預(yù)定好的裝備,并使其保持對(duì)中狀態(tài)。

②做好噴漿攪拌下沉等工作。首先是攪拌機(jī)啟動(dòng)起來(lái),然后再逐步擴(kuò)大頭攪拌將葉片打開,使其沿著導(dǎo)向架逐步向下切土。此外,還要確?；覞{泵處于開啟狀態(tài),并向土體噴水泥漿,同時(shí)確保兩組葉片處于正向、反向旋轉(zhuǎn)的狀態(tài),不斷切割攪拌土體,并通過(guò)這種方法來(lái)擴(kuò)大頭達(dá)到設(shè)計(jì)深度[2]。

③逐步提升噴漿攪拌。噴漿攪拌,并通過(guò)這種方法去擴(kuò)大頭樁頂標(biāo)高。

④使噴漿攪拌下沉。這樣做的主要目的是擴(kuò)大頭設(shè)計(jì)深度。

⑤縮徑噴漿下沉。這樣做的主要目的是確保兩組葉片處于正向、反向旋轉(zhuǎn)的狀態(tài),不斷切割攪拌土體,并通過(guò)這種方法來(lái)擴(kuò)大頭設(shè)計(jì)深度,然后再關(guān)閉好灰漿泵。

⑥提升噴漿攪拌。確保兩組葉片處于正向、反向旋轉(zhuǎn)的狀態(tài),不斷切割攪拌水泥土,至下部樁體設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高位置。

⑦擴(kuò)徑提升攪拌。這樣做的主要目的是使葉片伸展至擴(kuò)大頭直徑,確保兩組葉片處于正向、反向旋轉(zhuǎn)的狀態(tài),不斷攪拌水泥土至地表。

⑧做好樁頂處理等工作。在樁頂1～1.5 m左右的范圍,連續(xù)展開4次噴漿攪拌工作,然后再結(jié)合人工方式做好單樁施工工作。

⑨清洗完畢管中殘存水泥漿。直到管中殘存水泥漿完全被清洗干凈為止,然后再清洗干凈攪拌頭部位的軟土。

⑩移位。樁機(jī)移至進(jìn)行下一樁位,重復(fù)進(jìn)行上述步驟的施工。

總之,施工前必須保證機(jī)架垂直,偏差不大于1.0%,保證機(jī)架底盤水平,樁位偏差不大于50 mm,樁徑和擴(kuò)大頭高度不小于設(shè)計(jì)值。

(2)施工要求

釘型雙向水泥攪拌樁參數(shù)及要求如表1所示。樁與樁搭接時(shí)間不得超過(guò)24 h,否則應(yīng)采取局部補(bǔ)樁或注漿措施,樁垂直偏差不得超過(guò)1.0%,樁位偏差不得超過(guò)50 mm,樁徑偏差不得大于4%。施工中因故停漿時(shí)應(yīng)將攪拌機(jī)下沉到停漿面0.5 m下,待漿液再次得到有效供應(yīng)后再次實(shí)施提升攪拌作業(yè)。在接近地面位置,如噴漿口的高程一旦滿足設(shè)計(jì)所需的標(biāo)高位置時(shí)則應(yīng)立即停止提升作業(yè),再攪拌幾秒,確保樁頭部位的漿液均勻密實(shí)。

表1 釘型雙向水泥攪拌樁參數(shù)及要求

2.4 單樁標(biāo)定

(1)漿液制備

根據(jù)設(shè)計(jì)要求的水泥摻入量及水灰比配制漿液,由于項(xiàng)目的特殊性,水泥采用P·O 42.5及以上礦渣水泥,選擇1∶0.55的水灰比制備水泥漿液,配制出的水泥漿流動(dòng)性好,便于泵送、噴攪,漿液密度為1.75±0.0 g/cm3。為了保證水泥漿質(zhì)量的可靠性及穩(wěn)定性,采用自動(dòng)制漿系統(tǒng)。

采用自動(dòng)制漿系統(tǒng),使用電子計(jì)量裝置監(jiān)控各項(xiàng)指標(biāo),避免了傳統(tǒng)方式人為造成的漿液比重差異等問(wèn)題的產(chǎn)生,同時(shí)保證了水泥漿的用量,確保成樁質(zhì)量。自動(dòng)制漿系梁工藝流程如圖2所示。

圖2 自動(dòng)制漿系梁工藝流程圖

(2)樁機(jī)參數(shù)

①控制下鉆速度和提鉆速度。根據(jù)對(duì)應(yīng)的地質(zhì)選用合適的卷?yè)P(yáng)機(jī)2檔、3檔和4檔不同檔位相對(duì)應(yīng)的下鉆和提鉆速度。下鉆和提鉆速度:鉆進(jìn)速度0.8～1.2 m/min;提升速度0.8～1.2 m/min;②用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量桶。計(jì)量桶幾何尺寸為1 000 mm×1 000 mm×600 mm。

2.5 施工要點(diǎn)

根據(jù)成樁試驗(yàn)所得出的技術(shù)參數(shù)完成施工作業(yè),正方形布置好樁位,確保樁徑能夠集中在Ф600～1 000 mm之間,1.8 m的樁間距。緊密結(jié)合施工地段的實(shí)際情況,選擇整體難度偏大的樁位展開工藝性試樁工作,這樣做的主要目的是明確鉆桿下沉、攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速、鉆進(jìn)速度等參數(shù)及工藝。通常情況下,需要用電流監(jiān)測(cè)表來(lái)控制好噴漿攪拌的下沉速度,并確保額定值高于實(shí)際的工作電流。在鉆桿進(jìn)入到設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)的時(shí)候,再進(jìn)行提鉆噴漿作業(yè)。有些情況下,會(huì)遇到土質(zhì)黏或者是深度大等問(wèn)題,這樣也會(huì)引發(fā)堵管問(wèn)題,需要對(duì)其進(jìn)行疏通。在管道疏通好之后,需要在管道上下1 m左右的范圍當(dāng)中進(jìn)行復(fù)噴和復(fù)攪,這樣可以有效避免斷樁問(wèn)題的出現(xiàn)。為了能夠確保樁頂強(qiáng)度更大,需要在設(shè)計(jì)樁頂下2 m左右的地方進(jìn)行復(fù)攪,樁底噴漿時(shí)間應(yīng)當(dāng)控制在20 s以上,確保漿液都到達(dá)樁端位置。另外,每臺(tái)樁機(jī)所確定好的電流可被用來(lái)控制樁長(zhǎng),(電流值I=60～70A)。

應(yīng)當(dāng)保證攪拌樁垂直度偏差低于1%,樁位偏差應(yīng)當(dāng)在50 mm以下。在實(shí)際的施工過(guò)程當(dāng)中需要詳細(xì)檢查攪拌頭的提升速度、轉(zhuǎn)數(shù)以及水泥漿配合比是否按照規(guī)定來(lái)進(jìn)行的,安排專人詳細(xì)做好施工記錄,同時(shí)還要確保深度記錄誤差在50 mm以下,時(shí)間誤差應(yīng)當(dāng)?shù)陀? s,如果在施工過(guò)程當(dāng)中出現(xiàn)誤差,應(yīng)當(dāng)詳實(shí)記錄下來(lái)。在施工過(guò)程當(dāng)中,若想形成完整樁體,要嚴(yán)格控制好每米水泥的實(shí)際噴入量,并安排專業(yè)的工作人員來(lái)操控閥門,確保噴塑均勻。與此同時(shí),還應(yīng)當(dāng)采取有效措施保證樁頭和樁底的質(zhì)量,運(yùn)用慢檔來(lái)使噴漿攪拌更為均勻,送檢工和司機(jī)之間要配合到位,確保摻入比無(wú)差錯(cuò)[3]。

需要嚴(yán)格按照檢測(cè)頻率抽取樁位進(jìn)行復(fù)合地基靜載荷與單樁載荷試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)為18 d。單樁容許承載力符合145 kN。每臺(tái)樁機(jī)在施工工作開始之前,需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求規(guī)定的水泥比進(jìn)行實(shí)驗(yàn),在確定提升速度之后不可隨意修改。在實(shí)際的施工過(guò)程當(dāng)中需要嚴(yán)格依據(jù)事先設(shè)計(jì)好的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行操作,所設(shè)定好的施工工藝標(biāo)準(zhǔn)主要如下,即:(1)放樣定位;(2)安裝調(diào)試平鉆機(jī)平臺(tái);(3)啟動(dòng)內(nèi)鉆桿電機(jī),使噴漿口到地面呈現(xiàn)出300 mm的距離,然后再進(jìn)行噴漿。樁底噴漿攪拌連續(xù)10～20 s左右的時(shí)間之后,再將漿泵邊旋轉(zhuǎn)攪拌土體邊提升鉆桿噴漿至地面——地面下2 m范圍由于壓力比較小,所以需要再實(shí)施二次葉片反壓噴漿攪拌工作,樁體上0.5 m左右的范圍中進(jìn)行搗實(shí),然后再將電源設(shè)備關(guān)閉好,重復(fù)上述步驟,再繼續(xù)開啟下一根樁的施工工作[4]。

2.6 成樁檢驗(yàn)

釘形雙向水泥攪拌樁單樁承載力要求不小于145 kPa,復(fù)合地基承載力不小于110 kPa。檢測(cè)要求:釘形雙向水泥攪拌樁成樁7 d后采用淺部開挖觀察樁體成形情況和攪拌均勻程度,檢查頻率為1‰,且不少于3根;成樁28 d后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和取芯進(jìn)行室內(nèi)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試,檢驗(yàn)樁數(shù)隨即抽取總樁數(shù)的5‰,且不少于3根;復(fù)核地基承載力試驗(yàn)應(yīng)采用復(fù)核地基靜載試驗(yàn)和單樁荷載試驗(yàn),檢驗(yàn)數(shù)量為總樁數(shù)的1‰～2‰,且每個(gè)單項(xiàng)工程不少于3點(diǎn)。

3 效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

為了能夠?qū)︶斝碗p向水泥攪拌樁處理效果作出更為全面的評(píng)價(jià),此處主要以玉湖新城項(xiàng)目—尚濟(jì)街L2合同為例展開了實(shí)驗(yàn),通過(guò)該項(xiàng)目和一般水泥攪拌樁工藝之間的對(duì)比情況,可以得出如下結(jié)果。具體詳情見表2。

表2 工藝對(duì)比結(jié)果

通過(guò)試驗(yàn)充分說(shuō)明:首先,采用釘形深層雙向水泥攪拌樁技術(shù)之后,樁基平均抗壓強(qiáng)度同之前相比得到了顯著的增強(qiáng)。其次,雙攪工藝可以在很大程度上確保水泥漿的摻入量,使得樁體不會(huì)發(fā)生冒漿問(wèn)題。最后,雙向葉片正、反向攪拌土體,也能夠大大提高工程的效率。

該試驗(yàn)充分證明:和普通水泥土攪拌樁相比,釘形深層雙向水泥土攪拌樁雖然所花費(fèi)的人力、物力資源相差不太明顯,只是在電量、機(jī)械費(fèi)用以及攪拌樁方面增加了10%～15%左右的花費(fèi)。但是,釘形深層雙向水泥土攪拌樁的成樁質(zhì)量要明顯更好一些。除此之外,在設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中也可通過(guò)降低水泥滲入量或者是加大樁間距的方式來(lái)控制好工程的開支。

3.2 社會(huì)效益

實(shí)驗(yàn)證明,釘型雙向水泥土攪拌樁并不會(huì)震動(dòng)或擠壓附近的構(gòu)造物,并且釘型深層雙向水泥土攪拌樁還能夠充分地利用軟土資源。在實(shí)際的施工過(guò)程當(dāng)中, 不會(huì)產(chǎn)生污染和噪音等現(xiàn)象, 并不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生明顯的負(fù)面影響作用。同時(shí),釘形深層雙向水泥土攪拌樁由于具備路堤樁工作受力的特點(diǎn),所以在使用過(guò)程當(dāng)中能夠在保證質(zhì)量的同時(shí),大大降低工程的造價(jià)問(wèn)題。

此外,釘型雙向水泥攪拌樁技術(shù)在玉湖新城項(xiàng)目—尚濟(jì)街市政道路工程中的應(yīng)用為莆田市首例,對(duì)莆田市地基深度較大地段施工有著較好的推廣效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,釘型雙向水泥土攪拌樁更適合于各種亞黏土、 黏土或者是淤泥等地質(zhì), 其處理軟基深度集中在16～25 m之間。目前,釘形深層雙向水泥土攪拌樁工法已經(jīng)被應(yīng)用在了玉湖新城項(xiàng)目—尚濟(jì)街市政道路工程之中,全長(zhǎng)242.32 km,釘型雙向水泥土攪拌樁長(zhǎng)度高達(dá)20萬(wàn)m,并且通過(guò)這種工法所取得的施工效果都非常好。