水泥攪拌樁及水泥土砂石復(fù)合樁在軟弱復(fù)雜軟基中經(jīng)濟(jì)對(duì)比

1、.水泥攪拌樁及水泥土砂石復(fù)合樁在軟弱復(fù)雜軟基中經(jīng)濟(jì)對(duì)比 【摘要】本文針?biāo)鄶嚢铇对谠谔烊缓扛摺⒖紫侗却蟆⒂袡C(jī)質(zhì)含量高、腐殖質(zhì)及富里酸含量高、強(qiáng)度低的土層中強(qiáng)度低且成樁效果差，通過改進(jìn)攪拌樁施工工藝水泥土砂石復(fù)合樁，有效的克服了強(qiáng)度低和加固效果不理想的問題，保證了施工工期及質(zhì)量，并節(jié)約了成本，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。 【關(guān)鍵詞】軟弱復(fù)雜軟基 水泥攪拌樁水泥土砂石復(fù)合樁改進(jìn) 一、前 言 廣州軌道交通二、八號(hào)延長線大洲停車場(chǎng)位于廣州市番禺區(qū)鐘村鎮(zhèn)石壁村范圍內(nèi)，既有地面高程4.046.56m，場(chǎng)坪設(shè)計(jì)標(biāo)高8.22m。區(qū)內(nèi)軟土層連續(xù)性較好，埋藏較淺，淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)細(xì)砂及淤泥質(zhì)中砂等軟弱土

2、層分布厚度大，一般厚4.3020m，局部厚達(dá)21.7m25.5m，其具有天然含水量高、孔隙比大、有機(jī)質(zhì)含量高、腐殖質(zhì)及富里酸含量高、強(qiáng)度低等特點(diǎn)，軟土地基工程性質(zhì)較差，會(huì)產(chǎn)生較大的地基沉降，需對(duì)停車場(chǎng)地基進(jìn)行軟基處理。設(shè)計(jì)考慮水泥攪拌樁施工工藝以其造價(jià)低、工期短、施工簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)采用水泥攪拌樁進(jìn)行軟基處理。本工程攪拌樁區(qū)總面積為：201596m2，攪拌樁總量為1138120延米。設(shè)計(jì)要求攪拌樁打設(shè)深度以進(jìn)入設(shè)計(jì)要求的硬層（中粗砂層），要求水泥攪拌樁伸入砂礫石墊層內(nèi)0.5m。 由于本地質(zhì)條件差，軟土厚度大，如何保證攪拌樁的成樁強(qiáng)度，對(duì)整個(gè)工程的質(zhì)量控制至關(guān)重要。 二、工程地質(zhì) 場(chǎng)區(qū)地層巖性，上覆第

3、四系海陸交互相沉積層、殘積土層，下伏基巖為白堊系下統(tǒng)白鶴洞組下段(Klbl)的泥質(zhì)粉砂巖，局部分布有粗砂巖、含礫粗砂巖夾層，鐵質(zhì)、鈣質(zhì)、泥質(zhì)膠結(jié)。第四系覆蓋層，上部全新統(tǒng)軟土分布廣泛，為淤泥、淤泥質(zhì)土、淤泥質(zhì)細(xì)砂，厚度在4.320m，局部厚度達(dá)25m；中部為中砂、粉質(zhì)粘土，下部第四系殘積粉質(zhì)粘土層。 1、人工填土層(Q4m1) 該層由素填土及耕植土組成，其特征及分布如下： 素填土：分布厚度0.502.00m，平均1.04m。 耕植土：分布厚度0.501.40m，平均0.77m。 2、第四系全新世海陸交互相沉積層(Q4mc) 該層共分為4個(gè)亞層，各亞層的特征及分布如下： 淤泥：層厚0.502.9

4、0m，平均1.42m，頂面埋藏深度0.002.20m，相當(dāng)于標(biāo)高-4.695.62m。 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：該層分布廣泛，層厚0.5017.30m，平均6.03m，頂面埋藏深度0.009.90m，相當(dāng)于標(biāo)高-4.695.62m。 淤泥質(zhì)細(xì)砂：該層分布廣泛，層厚0.507.70m，平均3.19m，頂面埋藏深度0.0020.40m，相當(dāng)于標(biāo)高-14905.65m。 淤泥質(zhì)中砂：層厚0.507.20m，平均2.49m，頂面埋藏深度0.007.90m，相當(dāng)于標(biāo)高-2.835.50m。 3、第四系全新世上更新世沖洪積層(Q3+4alpl) 該層共分為2個(gè)亞層，各亞層的特征及分布如下： 細(xì)砂：層厚1.003.

5、10m，平均2.23m，頂面埋藏深度4.207.70m，相當(dāng)于標(biāo)高-2.060.09m。 粉質(zhì)粘土：層厚1.204.10m，平均2.51m，頂面埋藏深度5.0022.00m，相當(dāng)于標(biāo)高17.040.73m。 4、第四系上更新世河湖相沖積層(Q3a1) 淤泥質(zhì)土：層厚0.505.60m，平均2.37m，頂面埋藏深度2.7023.30m，相當(dāng)于標(biāo)高-18.492.95m。 5、第四系殘積土層(Qel) 粉質(zhì)粘土：該層在場(chǎng)地內(nèi)廣泛分布，層厚0.7010.30m，平均3.79m，頂面埋藏深度3.105.10m，相當(dāng)于標(biāo)高-19.362.78m。 6、白堊系下統(tǒng)白鶴洞組下段(Klbl)紅層 紅層全風(fēng)化帶

6、：泥質(zhì)粉砂巖，層厚1.6015.20m，平均4.80m，頂面埋藏深度4.3021.30m，相當(dāng)于標(biāo)高15.62-1.42m。 紅層強(qiáng)風(fēng)化帶：主要為泥質(zhì)粉砂巖，偶夾粗砂巖、含礫粗砂巖強(qiáng)風(fēng)化薄層。巖塊用手可折斷，巖石風(fēng)化節(jié)理裂隙很發(fā)育，遇水易軟化。該層分布廣泛，層厚0.6025.10m，平均5.82m，頂面埋藏深度4.1030.20m，相當(dāng)于標(biāo)高-24.471.32m。 紅層中風(fēng)化帶：以泥質(zhì)粉砂巖為主，局部夾粗砂巖、含礫粗砂巖。揭露層厚0.6020.30m，平均5.26m，頂面埋藏深度11.142.80m，相當(dāng)于標(biāo)高-38.02-5.24m。 紅層微風(fēng)化帶：以泥質(zhì)粉砂巖為主，局部夾粗砂巖、含礫粗砂

7、巖揭露厚度0.715.30m，平均4.67m，頂面埋藏深度13.0043.10m，相當(dāng)于標(biāo)高-38.45-7.35m。 勘察結(jié)果表明：場(chǎng)地軟土分布廣泛，連續(xù)性較好，埋藏較淺、厚度較大。淤泥層厚度070690m，平均31lm，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層厚度0609.10m，平均2.95m，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層厚度0.609.10m，平均2.95m。該三層具有天然含水量高(一般均大于液限)(平均值分別為84.70、78.1、83.0)，孔隙比大(平均值分別為1.760、1.557、0.974)，有機(jī)質(zhì)含量較高，壓縮性高，強(qiáng)度低，滲透系數(shù)較小。低強(qiáng)度和不均勻性：軟土分布區(qū)地基強(qiáng)度很低，極易產(chǎn)生不均勻沉降。PH值偏

8、低及高有機(jī)質(zhì)、富里酸及腐殖質(zhì)含量：場(chǎng)地內(nèi)軟土的PH值偏低，有機(jī)質(zhì)、富里酸、腐殖質(zhì)含量高，對(duì)軟基加固處理影響大。高壓縮性：軟土屬高壓縮性土，極易因其體積的壓縮而導(dǎo)致地面和建筑物沉降。 三、水泥攪拌樁施工 本工程設(shè)計(jì)深層攪拌樁樁徑500mm，樁間距1.01.4m，呈正三角形布置，總工作量1138120延米，深層攪拌樁底部原則上穿過軟弱土層進(jìn)入硬底不少于0.5m。主要設(shè)計(jì)參數(shù)見下表： 1、施工機(jī)具選擇 選用PH5B、PHD型深層攪樁機(jī)40臺(tái)，HPX-18、HPX-25型深層攪樁機(jī)。 HPX-18、HPX-25型深層攪樁機(jī)處理深度分別達(dá)到18m和25m，主要用于C區(qū)樁長18m懸浮式攪拌樁的施工。 2、

9、施工方案對(duì)比 第一次試樁，水泥攪拌樁采用四攪四噴工藝，水泥摻量分別為16%、18% 、20%。 根據(jù)第一次抽芯檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水泥摻量為16%、18%四攪四噴的樁在淤泥層的強(qiáng)度僅為0.3、0.5。當(dāng)P.O42.5水泥摻量提高到20%時(shí)，攪拌樁下部可滿足要求，但上部不能符合設(shè)計(jì)要求（0.9MPa和0.6MPa）。 在與設(shè)計(jì)，業(yè)主，監(jiān)理商議后決定，考慮到成本控制及加固效果，在樁的上部增加攪拌樁的攪拌次數(shù)及水泥摻量進(jìn)行試樁，同時(shí)我司根據(jù)第一次試樁結(jié)果對(duì)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析同等軟弱土層中含砂多少對(duì)樁強(qiáng)度影響較大，且單純?cè)黾铀鄵饺肓?如摻入量大于20)，會(huì)在樁頭部位的粉噴樁體中心產(chǎn)生“燒心”現(xiàn)象(因水泥

10、摻入量過高，地下水位較低，水泥硬化時(shí)產(chǎn)生的高溫造成水泥土體強(qiáng)度降低的現(xiàn)象)。因此，項(xiàng)目部技術(shù)人員將解決“攪拌樁在軟弱復(fù)雜軟基成樁強(qiáng)度低問題”列為科技攻關(guān)的課題。 經(jīng)過分析研究，在總結(jié)過往類似施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上我公司提出了嘗試改進(jìn)水泥攪拌樁的方案，即采用水泥土砂石復(fù)合樁的方案進(jìn)行第二次試樁。 第二次試樁，采用了多種方案進(jìn)行對(duì)比，包括：水泥攪拌樁采用四攪四噴方案，水泥摻量分別為16%、18% ；攪拌樁上部8m六攪六噴采用P.O42.5水泥配合比摻量為22.5%，下部采用15%四攪四噴的方案；水泥摻量上部為24%的六攪六噴方案以及水泥土砂石復(fù)合樁（水泥摻量16%，砂樁直徑為200mm）方案。 根據(jù)第二

11、次抽芯檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)攪拌樁四攪四噴P.O42.5水泥配合比摻量為16時(shí)，樁上部強(qiáng)度為0.3Mpa、0.7Mpa、0.1Mpa不滿足攪拌樁無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的要求，樁下部強(qiáng)度基本滿足，除個(gè)別點(diǎn)因地質(zhì)差異達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。 當(dāng)攪拌樁四攪四噴P.O42.5水泥配合比摻量為18時(shí)樁上部強(qiáng)度為0.5Mpa、0.2Mpa、0.6 Mpa，不能滿足設(shè)計(jì)要求，下部樁強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。 當(dāng)攪拌樁上部8m六攪六噴采用P.O42.5水泥配合比摻量為22.5%，下部采用15%四攪四噴時(shí)可以看出樁身上部8m左右的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度部分不能滿足要求（最低的強(qiáng)度為0.9Mpa），下部基本符合要求（有一個(gè)點(diǎn)0.9Mpa）。 當(dāng)攪拌樁

12、采用P.O42.5水泥摻量上部為24%（六攪六噴）基本符合要求（最低的一點(diǎn)為1.1Mpa），下部16%符合要求，通過檢測(cè)可以滿足設(shè)計(jì)要求。 根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)資料，試樁位置區(qū)域地質(zhì)情況為上部8m左右為淤泥（2-B）淤泥質(zhì)細(xì)砂層（2-2層）和少量淤泥質(zhì)中砂層（2-3層），因此可以說明當(dāng)攪拌樁配合比水泥摻量為16、18、22.5（四攪四噴）時(shí)，淤泥、淤泥質(zhì)細(xì)砂層、淤泥質(zhì)中砂層的攪拌樁無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不能滿足設(shè)計(jì)要求，即不能達(dá)到1.2MPa。水泥土砂石復(fù)合樁（水泥摻量16%，砂樁直徑為200mm）的試樁強(qiáng)度最低的為1.7Mpa，滿足設(shè)計(jì)及功能使用要求。 附：六攪六噴攪拌樁和水泥土砂石復(fù)合樁鉆孔抽芯情況試樁對(duì)

13、比： 通過試樁對(duì)比，攪拌樁采用P.O42.5水泥摻量上部為24%（六攪六噴），下部16%（四攪四噴）及水泥土砂石復(fù)合樁（四攪四噴水泥摻量16%，砂樁直徑為200mm）都能滿足滿足設(shè)計(jì)及功能使用要求，但是水泥土砂石復(fù)合樁的優(yōu)勢(shì)明顯： 1、強(qiáng)度高、效果更好； 2、一般水泥攪拌樁存在著水泥土體剛度及強(qiáng)度較低，上部荷載傳遞深度較小的缺點(diǎn)，水泥土砂石復(fù)合樁可以有效地提高攪拌樁處理后土體剛度和強(qiáng)度，效果顯著； 3、費(fèi)用少，通過經(jīng)濟(jì)分析，水泥土砂石復(fù)合樁只需費(fèi)用3400萬，而攪拌樁采用P.O42.5水泥摻量上部為24%（六攪六噴），下部16%（四攪四噴）則需費(fèi)用4500萬，節(jié)約1100萬。 3、水泥土砂石復(fù)

14、合樁對(duì)軟弱土層的加固作用機(jī)理及優(yōu)點(diǎn) 先在軟基中打擠密砂石樁(可單純用砂或石子)，再在砂石樁中心施打水泥攪拌樁，可形成水泥土砂石復(fù)合樁，樁體本身強(qiáng)度和剛度有大幅度提高，且砂石樁的打入也使原軟弱天然地基得到擠密加強(qiáng)土層較軟弱時(shí)，砂石樁使復(fù)合樁間仍有砂石樁存在，與樁間土三者構(gòu)成復(fù)合地基。水泥土砂石復(fù)合樁對(duì)軟弱土層的加固作用如下： (1)擠密置換作用。先施打砂樁，對(duì)軟基中較軟弱的部位先行擠密加固和置換作用(對(duì)于飽和軟粘土)，樁長達(dá)軟弱土層底下0.5m，提高該部位土體的密度和強(qiáng)度，使該軟弱部位的承載力得到初次提高，再在砂石樁中心施打攪拌樁。 (2)排水固結(jié)通道作用：打入軟土中的砂樁，在攪拌樁施工時(shí)會(huì)有大

15、量水分從中排出，有利于高含水量的軟土排水固結(jié)。 (3)改善土體結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)水泥土體強(qiáng)度：在樁徑為200mm的砂樁中心再施打水泥攪拌樁，相當(dāng)于在樁徑為500mm水泥土體中又接入了18左右的中粗砂，與水泥、原土體更均勻的拌和，不易發(fā)生水泥或土體富集現(xiàn)象，使水泥砂土復(fù)合體強(qiáng)度大幅度提高。在沿海淤泥質(zhì)粉土中一般水泥土強(qiáng)度為1.4MPa，而含砂水泥土體強(qiáng)度高達(dá)35MPa。具有較高強(qiáng)度和剛度的復(fù)合樁體在上部荷載作用下，其荷載傳遞深度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般水泥土攪拌樁。而單純?cè)黾铀鄵饺肓?如摻入量大于20)，會(huì)在樁頭部位的粉噴樁體中心產(chǎn)生“燒心”現(xiàn)象(因水泥摻入量過高，地下水位較低，水泥硬化時(shí)產(chǎn)生的高溫造成水泥土體

16、強(qiáng)度降低的現(xiàn)象)。而單純?cè)龃蠓蹏姌兜闹脫Q率，造成樁間距過小又會(huì)產(chǎn)生“群樁效應(yīng)”單樁復(fù)合地基靜荷載測(cè)試結(jié)果虛高，而實(shí)際復(fù)合地基承載力較低的現(xiàn)象。 (4)構(gòu)筑復(fù)合地基：如果復(fù)合樁間還有砂樁存在則與樁間土共同構(gòu)成復(fù)合地基。砂樁也可作為排水通道在上部建筑施工和使用后長期存在，有利于軟土后期固結(jié)。 (5)簡(jiǎn)化施工程序：對(duì)于較軟弱土層(如回填土、沖填土、暗河、溝、塘等雜填土)存在的較復(fù)雜軟基，采用水泥砂土復(fù)合樁進(jìn)行地基加固可免去一般開挖、回填再加固處理的繁瑣工序，并使部分沉降在施工中經(jīng)排水、擠密、壓迫而提前完成，減少了工后沉降和工后休止期，從而縮短工期，減少工程費(fèi)用。 五、結(jié)束語 最終水泥土砂石復(fù)合樁成為專家和業(yè)主的認(rèn)同方案并實(shí)施。施工實(shí)踐證明，對(duì)攪拌