深層攪拌法在軟弱地基處理中的應(yīng)用

1、深層攪拌法在軟弱地基處理中的應(yīng)用王海兵【鎮(zhèn)江市港航工程公司 鎮(zhèn)江212003】摘 要：本文結(jié)合蘇南運(yùn)河丹陽市河段和江口完善段整治工程的實(shí) 踐，闡述了深層攪拌法在軟基處理中的應(yīng)用及加固機(jī)理、施工機(jī)械、 工藝流程、質(zhì)量檢驗(yàn)與工程驗(yàn)收等。關(guān)鍵詞：軟基處理深層攪拌法應(yīng)用基礎(chǔ)是重力式擋土墻非常重要的部分，它關(guān)系到建筑物的穩(wěn)定和 沉降量。凡是基礎(chǔ)直接建筑在未經(jīng)加固的天然土層上時，這種地基稱 之為天然地基。若天然地基很軟弱，不能滿足強(qiáng)度和變形的要求，必 須經(jīng)過處理后再修建基礎(chǔ)，這種地基稱之為人工地基。我國工業(yè)與民 用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范指出：“軟弱地基系指壓縮層主要由淤泥、 淤泥質(zhì)土、沖填土、雜填土或其它高

2、壓縮性土層構(gòu)成的地基”。實(shí)際 上，軟弱地基還應(yīng)包括可液化的飽和粉砂和粉土地基，以及濕陷性黃 土和膨脹土地基等。地基處理的日的是采取適當(dāng)?shù)拇胧愿纳频鼗?土的強(qiáng)度、壓縮性、透水性、動力特性、濕陷性和脹縮性等。深層攪 拌法施工是地基處理中的一種化學(xué)處理方法，它具有設(shè)備簡單、操作 方便、工藝合理、技術(shù)可靠、無振動、無噪音、無泥漿、無廢水污染 環(huán)境、成本低、效果好等特點(diǎn)，是很適合我國國情的一種地基加固方 法。根據(jù)固化材料狀態(tài)的不同，它又可分為粉噴（干燥狀態(tài)的水泥）和漿噴(水泥漿)兩種?，F(xiàn)就這兩種施工方法在加固機(jī)理、施工機(jī)械、 工藝流程、質(zhì)量檢驗(yàn)與工程驗(yàn)收以及在蘇南運(yùn)河整治工程中的實(shí)際應(yīng) 用等方面作一

3、比較分析。1加固機(jī)理粉噴攪拌法是利用壓縮空氣通過固化材料供給機(jī)的特殊裝 置，攜帶著粉體固化材料，經(jīng)過高壓軟管和攪拌軸輸送到攪拌葉片的 噴嘴噴出，借助攪拌葉片旋轉(zhuǎn)，在葉片的背面產(chǎn)生空隙，安裝在葉片 背面的噴嘴將壓縮空氣連同粉體固化材料一起噴出，噴出的混合氣體 在空隙中壓力急劇降低，促使固化材料就地粘附在旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生空隙的土 中，旋轉(zhuǎn)到半周，另一攪拌葉片把土與粉體固化材料攪拌混合在一起， 與此同時，這只葉片背后的噴嘴將混合氣體噴出，這樣周而復(fù)始地攪 拌、噴射、提升，與固化材料分離后的空氣傳遞到攪拌軸的周圍，上 升到地面釋放漿噴攪拌法是利用水泥漿作固化劑，通過特制的深層攪拌機(jī) 械，在加固深度內(nèi)就地將軟土

4、和水泥漿充分拌和，使軟土硬結(jié)成具有 整體性、水穩(wěn)定性和足夠強(qiáng)度的水泥土的一種地基處理方法。水泥土 的強(qiáng)度機(jī)理主要有兩個方面的作用，首先是水泥的骨架作用，水泥與 飽和軟粘土攪拌后，首先發(fā)生水泥的水解和水化反應(yīng)，生成水泥水化 物，形成凝膠體-氫氧化鈣，將土顆?；蛐⊥翀F(tuán)凝結(jié)在一起，形成一 種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)整體。其次是離子交換作用，水泥在水化過程中，生成 的鈣離子與土顆粒表面的鈉離子(或鉀離子)進(jìn)行離子交換，生成穩(wěn)定 的鈣離子，從而提高土體的強(qiáng)度。粉體噴射攪拌地基土加固與漿體比較具有如下特點(diǎn)：使用的干燥狀態(tài)的固化材料可以吸收軟土地基中的水分，對加 固含水量高的軟土、極軟土以及泥炭化土地基效果更為顯著。固化

5、材料全面地被噴射到靠攪拌葉片旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的空隙 中，同時又靠土的水分把它粘附到空隙內(nèi)部，隨著攪拌葉片的攪拌， 固化劑均勻地分布在土中，不會產(chǎn)生不均勻散亂現(xiàn)象，有利于提高地 基土的加固強(qiáng)度。與漿噴深層攪拌或高壓旋噴相比，輸入地基土中的固化材料要 少得多，無漿液排出，地面無拱起現(xiàn)象。同時固化材料是干燥狀態(tài)的0.5mm以下的粉狀體，如水泥、生石灰、消石灰等，材料來源廣泛， 并可使用兩種以上的混合材料。因此，對地基土加固適應(yīng)性強(qiáng)，不同 的土質(zhì)要求都可以找出與之相適應(yīng)的固化材料，其適應(yīng)的工程對象較 廣。固化材料從施工現(xiàn)場的供給機(jī)的貯倉一直到噴入地基土中，成 為連貫的密閉系統(tǒng)，中途不會發(fā)生粉塵外溢、污染

6、環(huán)境的現(xiàn)象。2施工機(jī)械粉體噴射攪拌機(jī)械一般由攪拌主機(jī)、粉體固化材料供給機(jī)、 空氣壓縮機(jī)、攪拌翼和動力部分等組成，有單攪拌軸和雙攪拌軸兩種 形式。攪拌設(shè)備的主要技術(shù)性能項日技術(shù)性能SJB-1深層攪拌機(jī)攪拌軸數(shù)量(根)2攪拌翼外徑(mm)700800攪拌軸轉(zhuǎn)速(r/min)46電機(jī)功率(kW)2X30起 吊 設(shè) 備工作時最小起吊高度(m)14提升力(kN)100提升速度(m/min)0.2 1.0固 化 劑 制 備 系 統(tǒng)灰漿攪拌機(jī)容量(L)2X20灰漿泵輸送量(ma/h)3灰漿泵工作壓力(MPa)1.47集料斗容量(Ma)0.40技一次加固面積(m2)0.71 0.80術(shù)指標(biāo)最大加固深度(m)1

7、0加固效率(m/臺班)40 50總重量(不包括起重機(jī))(t)約6.5我國第一臺漿噴專用SJB-1型攪拌機(jī)是雙攪拌頭、中心管輸 漿方式的中型機(jī)械，它包括電機(jī)、減速器、攪拌軸、攪拌頭、中心管、 輸漿管、單向球閥等部件，采用兩臺30kW潛水電機(jī)，經(jīng)二級行星齒 輪減速驅(qū)動攪拌軸，從而使拌和葉片起轉(zhuǎn)。固化劑注入被加固土中是 通過灰漿泵從中心管下端管口壓開單向球閥實(shí)現(xiàn)的，攪拌機(jī)與吊裝機(jī) 是以導(dǎo)向系統(tǒng)配合使用的，攪拌頭是一個重要的部件，它直接影響水 泥漿和軟土的拌和均勻程度，決定著地基的加固效果。攪拌設(shè)備的主 要技術(shù)性能見表1。3工藝流程3.1施工前的準(zhǔn)備工作按照施工圖設(shè)計的邊坡，對攪拌樁施工基面以上的土方

8、組織 開挖，以減少不必要的空攪長度。平整好攪拌樁鉆機(jī)的施工現(xiàn)場，同 時清除施工現(xiàn)場上有礙鉆機(jī)移動和實(shí)施鉆孔攪拌的一切障礙物。地表 過軟時，應(yīng)采取換土夯實(shí)或鋪設(shè)墊板等措施，以防鉆機(jī)失穩(wěn)。按照施工圖的設(shè)計，對各排樁的軸線和樁位進(jìn)行測量放樣， 現(xiàn)場樁位布置與施工圖設(shè)計的誤差不得大于5cm。同時在鉆機(jī)組裝就 位過程中，應(yīng)注意起吊設(shè)備的平穩(wěn)和導(dǎo)向架的垂直，以確保樁體施工 的垂直度，其垂直度偏差應(yīng)控制在1.5%以內(nèi)。為取得良好的地基加固效果，施工前須作好有關(guān)資料的收集、 室內(nèi)配合比試驗(yàn)、地基加固設(shè)計計算和施工工藝性設(shè)計。在正式施噴 前，應(yīng)進(jìn)行若干根試噴工作，以期熟悉并掌握施工機(jī)械的各項性能， 同時了解各參

9、數(shù)與水泥及外摻劑用量之間的關(guān)系。水泥。水泥作為固化劑是提高軟土強(qiáng)度的主要因素，一般多采 用新出廠的普通硅酸鹽水泥，因其活性高，早期和后期強(qiáng)度均較好， 故而加固效果優(yōu)于其它水泥品種。試驗(yàn)表明，水泥加固土的強(qiáng)度隨水 泥摻入比a w(摻加水泥重/被加固軟土重X100%)的增加而增大， 當(dāng)a w=3%5%時，水泥和土的反應(yīng)過弱，固化強(qiáng)度較低，一般取甘w=7%15%。外摻劑。在漿噴深層攪拌工藝中使用的水泥漿需要用灰漿泵輸 送，所以要求流動性較大，水灰比一般為0.50.6，由于軟土的含 水量高，因而對水泥加固土的強(qiáng)度增長很不利，為了有利于輸送，選 用較為普通的木質(zhì)素磺酸鈣為減水劑。根據(jù)試驗(yàn)，當(dāng)水灰比為0.

10、5時， 摻加0.2%水泥用量的木質(zhì)素磺酸鈣，同時摻加2%水泥用量的石膏為 宜。加固土體中含水量對強(qiáng)度的影響。土體中的含水量對水泥漿起 稀釋作用，使加固體的強(qiáng)度下降。此外，土中有機(jī)質(zhì)和可溶鹽使土具 有過大的水容量和塑性、較大的膨脹性、低滲透性和一定的酸性，這 些都阻礙水泥水化反應(yīng)的進(jìn)行，并影響強(qiáng)度的增長。不同齡期對強(qiáng)度增長的影響?；炷翉?qiáng)度在28d齡期基本上達(dá)到峰值，以后隨齡期的增長，其強(qiáng)度 的提高作為強(qiáng)度的安全儲備。但水泥土的齡期超過28d后，強(qiáng)度卻有 明顯增長，根據(jù)電子顯微鏡觀察，水泥加固土硬凝反應(yīng)的充分完成， 約需100d時間，齡期超過100d后，強(qiáng)度繼續(xù)增長，但增長速度較為 緩慢，一般以

11、90d齡期的強(qiáng)度作為其設(shè)計強(qiáng)度。3.2施工過程粉噴的施工順序?yàn)椋菏箶嚢桡@頭對準(zhǔn)樁位后，啟動粉噴攪拌 鉆機(jī)，鉆頭邊旋轉(zhuǎn)邊鉆進(jìn)，貫入時噴射壓縮空氣，攪拌鉆進(jìn)至設(shè)計標(biāo) 高或?qū)游粫r停止向下鉆進(jìn)；啟動粉體發(fā)送器，使攪拌鉆頭一邊反向旋 轉(zhuǎn)，一邊提升，不斷噴射粉體固化材料與土體拌合均勻，將攪拌鉆頭 提升距地面3050cm時關(guān)閉粉體發(fā)送器，停止向地基土噴射粉體固 化材料，防止粉體流出地面；在每根樁第一遍噴粉以后，應(yīng)堅特重新 將鉆頭鉆至設(shè)計樁尖標(biāo)高處，進(jìn)行不噴粉的復(fù)攪，復(fù)攪的深度以及下 鉆和提鉆的速度應(yīng)與第一次相同，以使水泥和土充分?jǐn)嚢杈鶆?，確保 樁身水泥土的均勻一致。漿噴的施工順序?yàn)椋浩鹬貦C(jī)懸吊攪拌機(jī)定位下沉

12、，啟動帶有 攪拌頭的攪拌機(jī)，沿導(dǎo)向架攪拌下沉；攪拌機(jī)下沉至設(shè)計深度后，提 升20cm，開啟灰漿泵從攪拌機(jī)中心管下端管口壓開單向球閥，將水 泥漿壓入土中，邊噴漿邊旋轉(zhuǎn)邊提升；重復(fù)攪拌下沉，使軟土和水泥 漿攪拌均勻；重復(fù)攪拌提升，一根柱體即告完成。3.3施工中應(yīng)注意的問題3.3.1粉噴嚴(yán)格控制水泥質(zhì)量，在粉噴前水泥必須過篩。認(rèn)真控制好噴灰量和每根樁的噴灰長度。隨著土層深度和土質(zhì)的變化，當(dāng)發(fā)現(xiàn)噴粉量降低時，要及時 采取復(fù)噴的措施，即第一遍噴粉以后，在進(jìn)行復(fù)攪的同時，進(jìn)行第二 次再噴粉。3.3.2漿噴在漿噴過程中深層攪拌機(jī)預(yù)攪下沉?xí)r，應(yīng)盡量不用沖水下沉， 當(dāng)遇到較硬土層下沉太慢時，才可適量沖水。制備好

13、的水泥漿不得離析，可在灰漿拌制機(jī)中不斷攪拌，待 壓漿前再緩慢傾入集料斗中，泵送漿液必須連續(xù)。當(dāng)樁頂設(shè)計標(biāo)高與現(xiàn)場地面標(biāo)高相近時，應(yīng)特別注意樁頭質(zhì) 量，可待深層攪拌機(jī)提出地面停機(jī)后，再利用攪拌機(jī)的自身重量對樁 頂加固土層加壓，以提高樁頂?shù)拿軐?shí)性。3.4對不合格樁的處理如成樁過程中發(fā)生卡管等意外事故，應(yīng)在12h內(nèi)采取補(bǔ)噴措施， 補(bǔ)噴重疊長度不得小于0.5m，否則應(yīng)重新打樁，新樁距報廢樁的距 離不得大于設(shè)計樁距的15%，如果設(shè)計要求相鄰固結(jié)體搭接或施工壁 狀固結(jié)時，相鄰柱體的施工間隔不得超過24h，原則上每一施工區(qū)段 宜連續(xù)施工。4質(zhì)量檢驗(yàn)與工程驗(yàn)收4.1質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)樁身試件強(qiáng)度(90d齡期)應(yīng)符合設(shè)計

14、標(biāo)準(zhǔn)，其中7d和28d齡 期的試件強(qiáng)度應(yīng)分別不低于設(shè)計強(qiáng)度值的40%和75%。實(shí)際噴灰量不能小于設(shè)計噴灰量，同時應(yīng)保證樁身水泥土攪 拌的均勻性。樁的平面位置偏差為5cm，垂直度偏差為1.5%(樁長)，深 度偏差為10cm；成樁直徑不小于設(shè)計直徑2.0cm。4.2檢測方法在開挖基槽和鑿除樁頭時，應(yīng)對樁數(shù)、樁位、樁徑及樁頭強(qiáng) 度進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)漏樁、樁位和樁徑偏差過大、樁頭強(qiáng)度偏低等質(zhì) 量事故，必須采取補(bǔ)救措施。取樣檢驗(yàn)在成樁后7d內(nèi)，在鑿除樁頭時，按照2%5%的頻 率，分別割取6組5X5X5cm的試件進(jìn)行標(biāo)養(yǎng)，分別測定7d、28d和 90d齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。樁頂強(qiáng)度檢測，一般可用16、長2m

15、的平頭鋼筋，垂直放 在樁頂，如用人力能壓入10cm(28d齡期)，表明樁頭質(zhì)量有問題，一 般可先挖除，再填入100#素混凝土或砂漿。在鑿除樁頭過程中，經(jīng)觀測如對成樁的均勻性及強(qiáng)度有懷疑， 應(yīng)在7d內(nèi)再挖深1m，使用帶鉆頭的輕便觸探器，在樁身中心鉆取樁 芯水泥加固土樣，觀察其攪拌均勻程度(主要觀察顏色是否一致，是 否存在水泥土的結(jié)核及未被攪勻的土團(tuán)等)，并根據(jù)觸探擊數(shù)(N10) 判斷樁身強(qiáng)度是否符合設(shè)計要求。對工程地質(zhì)條件復(fù)雜的場地或重要的大、中型工程，應(yīng)采取 現(xiàn)場靜載荷試驗(yàn)方法進(jìn)行測試，一般僅作單樁垂直載荷試驗(yàn)，必要時 還應(yīng)作單樁或群樁的復(fù)合地基的載荷試驗(yàn)。對攪拌樁要求相鄰搭接的圍護(hù)樁和對整體

16、性要求嚴(yán)格的工程，應(yīng)在有一定齡期后進(jìn)行整體開挖，檢查其外觀質(zhì)量，同時根據(jù)攪 拌樁不同的用途，做好建筑物的沉降或位移觀測，用以評價地基加固 或支護(hù)的效果。4.3工程驗(yàn)收攪拌樁驗(yàn)收時，應(yīng)提供以下資料：施工平面和樁位布置及設(shè)計圖。設(shè)計水泥摻合比的土工試驗(yàn)結(jié)果及材料檢驗(yàn)報告。施工原始記錄和施工記錄匯總表。施工質(zhì)量檢驗(yàn)報告(包含樁身尺寸、平面位置、樁頂高程、樁 身攪拌均勻性及樁身強(qiáng)度等)。5工程實(shí)例在蘇南運(yùn)河鎮(zhèn)江段的整治工程中，首次在丹陽市河段整治工程和 江口段完善工程中運(yùn)用深層攪拌樁技術(shù)進(jìn)行軟弱地基加固處理，較好 地提高了地基的承載能力，保證了基礎(chǔ)的施工質(zhì)量和駁岸墻身的穩(wěn) 定。(1)丹陽市河段整治工程

17、起迄點(diǎn)為丹陽西老運(yùn)河至新九曲河口東，全長3.735km。其主要不良持力層為淤泥質(zhì)亞粘土夾粉砂，該層呈流塑、高壓縮性狀態(tài)，含水量大，平均達(dá)37.4%,基本承載力低， 僅70kPa。不僅分布較廣，長達(dá)1.39km，而且埋置較深，最深達(dá)T8m, 不能作為駁岸的天然持力層，故采用水泥粉噴深層攪拌樁加固處理。 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為：樁徑 50cm，采用425#普通硅酸鹽水泥，摻入比aw為12%和15%兩種，樁身設(shè)計強(qiáng)度（90d齡期）為2.0MPa，樁位設(shè) 計按軟弱土層埋置厚度分別按縱向0.55m至1.15m和橫向0.64m至 0.96m的間距呈梅花型布設(shè)。共打設(shè)粉噴樁8655根，總樁長63860 延米，總加固土方

18、量48200m3，平均置換率m=0.26，每加固1m3軟土 平均用水泥66Kg。實(shí)際樁身90d齡期平均抗壓強(qiáng)度5.0MPa，而天然 土強(qiáng)度僅0.07MPa，對軟弱土層起到了較好的加固作用。在丹陽化肥 廠深埋在地下總?cè)萘窟_(dá)2000t的5個大型地下油庫段的駁岸基礎(chǔ)施工 過程中，采用柱狀粉噴樁相互搭接（重疊搭接100mm以上），形成的壁 狀加固體作支護(hù)結(jié)構(gòu)，在基坑開挖施工期間有效地控制了地下水的滲 流，防止基坑邊坡的坍塌，確保了地下油庫的安全。（2）江口段完善工程是蘇南運(yùn)河航道整治入江口銜接工程，其錨 泊區(qū)護(hù)岸段位于諫壁船閘上游西岸紙漿廠至古運(yùn)河口，長335m。其 場地工程地質(zhì)條件較復(fù)雜，現(xiàn)地貌主要為人工地貌，表層為開鑿大運(yùn) 河的堆填土，古地貌為古沖溝及其邊緣，呈東西向，與古運(yùn)河的走向 基本相同，沉積較厚的軟弱土層，土質(zhì)性質(zhì)為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾泥炭， 其含水量較高，承載力低，僅為60kPa，呈軟-流塑狀態(tài)，分布長