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淺談地質(zhì)條件對(duì)深層攪拌樁成樁質(zhì)量的影響

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2011-12-27  來(lái)源:中國(guó)混凝土網(wǎng)  作者:佛山市佛利建設(shè)工程有限公司 羅啟鉅
核心提示:淺談地質(zhì)條件對(duì)深層攪拌樁成樁質(zhì)量的影響
  1、深層攪拌樁的應(yīng)用現(xiàn)狀
  深層攪拌樁具有施工快、成本低,對(duì)周邊環(huán)境及相鄰建筑物影響較少,成樁后具有一定的強(qiáng)度和防滲穩(wěn)定性,被廣泛應(yīng)用于形成復(fù)合地基、支護(hù)結(jié)構(gòu)、防滲帷幕等。
  深層攪拌樁是利用深層攪拌機(jī),沿深度方向?qū)④浲僚c固化劑(水泥漿或水泥粉、石灰粉,外加一定量的摻合劑)就地進(jìn)行強(qiáng)制攪拌,使土體與固化劑發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng),形成具有一定整體性和一定強(qiáng)度的加固體。這種地基處理技術(shù)適用于處理包括淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土、砂性土、泥炭土等各種成因的飽和軟粘土, 含水量較高且地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值不大于120KPa的粘性土等地基。深層攪拌樁所用固化劑種類(lèi)較多,有水泥類(lèi)、石灰類(lèi)、粉煤灰類(lèi)、瀝青類(lèi)、泥漿類(lèi)、化學(xué)材料類(lèi)等,但最常用的仍然是水泥類(lèi),因此具有取材便利、適用土質(zhì)范圍廣泛、加固后所形成的水泥土強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。
  
  2、加固機(jī)理
  深層攪拌加固原理是基于水泥加固土的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。在水泥加固土中,由于水泥的摻量不大,僅占被加固土重的5%~20%,水泥的水解和水化反應(yīng)完全是在具有一定活性的介質(zhì)——土的圍繞下進(jìn)行,硬凝速度緩慢且作用復(fù)雜。目前初步認(rèn)為,水泥加固軟土主要產(chǎn)生下列反應(yīng)。
 ?。?)、水泥的水解和水化反應(yīng)。水泥遇水后,顆粒表面的礦物很快與水發(fā)生水解和水化反應(yīng),生成氫氧化鈣、含水硅酸鈣、含水鋁酸鈣與含水鐵酸鈣等化合物。其中前兩種化合物迅速溶于水中,使水泥顆粒新表面重新暴露出來(lái),再與水作用,這樣周?chē)芤壕椭饾u達(dá)到飽和。當(dāng)溶液達(dá)到飽和后,水分子雖繼續(xù)深入顆粒內(nèi)部,但新生成物已不能再溶解,只能以細(xì)分散狀態(tài)的膠體析出,懸浮于溶液,形成凝膠體。
 ?。?)、離子交換和團(tuán)粒化作用。土體中含量最多的二氧化硅,遇水后形成硅酸膠體微粒,其表面帶有鈉離子Na+和鉀離子K+,它們能和水泥水化生成的氫氧化鈣中的鈣離子Ca++進(jìn)行當(dāng)量離子交換,這種離子交換的結(jié)果,使大量的土顆粒形成較大的土團(tuán)粒。水泥水化后生成的凝膠粒子的比表面積,約是原水泥的比表面積的1000倍,因而產(chǎn)生很大的表面能,具有強(qiáng)烈的吸附活性,能使較大的土團(tuán)粒進(jìn)一步結(jié)合起來(lái),形成水泥蜂窩結(jié)構(gòu),并封閉各土團(tuán)之間的空間,形成堅(jiān)硬的聯(lián)體。(3)硬凝反應(yīng)。隨著水泥水化反應(yīng)的深入,溶液中析出大量的鈣離子Ca++,當(dāng)鈣離子的數(shù)量超過(guò)上述離子交換的需要量后,則在堿性的環(huán)境中,使組成土礦物的二氧化硅及三氧化鋁的一部分或大部分與鈣離子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),隨著反應(yīng)的深入,生成不溶于水的穩(wěn)定結(jié)晶礦物,這種重新結(jié)合的化合物,在水中和空氣中逐漸硬化,增大了土的強(qiáng)度,且由于水分子不易侵入,因而具有足夠的穩(wěn)定性。

  3、工程實(shí)例和地質(zhì)條件
  西樵海舟水閘位于樵桑聯(lián)圍南海區(qū)西樵鎮(zhèn)西堤8+065處,主要負(fù)責(zé)大南片的引排水任務(wù)。其主體的地基處理,經(jīng)方案比選后采用攪拌樁復(fù)合地基,設(shè)計(jì)樁徑Φ500,樁頂平底板底,樁頂高程參照工程量清單表,位于齒墻處的攪拌樁,樁頂相應(yīng)減低到齒墻底,總工程量約10000m。其中施工要求如下:①基礎(chǔ)底面預(yù)留500厚原樣土,攪拌樁施工到地面,開(kāi)挖基坑時(shí),應(yīng)將上部質(zhì)量較差樁段挖去;②采用425#普通硅酸鹽水泥,每米樁滲入70kg水泥,攪拌漿液水灰比按0.45~0.5控制;③施工時(shí)施噴下沉及提升速度少于0.8米/分,每條樁上部0~3米段至少重復(fù)攪拌一次。
  根據(jù)巖石工程勘察報(bào)告,本工程地層主要為:①、場(chǎng)地土屬軟弱土類(lèi)型,建筑場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi);②、場(chǎng)地內(nèi)第 ?。?)層淤泥質(zhì)土與粉砂互層,為高壓縮性軟弱土層,為不良堤基土,屬對(duì)建筑抗震不利地段;③、場(chǎng)地內(nèi)的地下水主要賦水層為第四系砂土層,即第(3)~(5)層,含水量較豐富,與河水有一定的水力聯(lián)系;④、當(dāng)發(fā)生烈度為7度的強(qiáng)烈地震時(shí),第(3)層粉砂層當(dāng)呈松散狀時(shí)可能會(huì)發(fā)生液化,其液化等級(jí)為輕微;⑤、第(3)層粉砂土易發(fā)生過(guò)渡型或管涌的滲透變形;第(4)層中砂土易發(fā)生管涌或過(guò)渡型滲透變形,屬不良地址現(xiàn)象,對(duì)建筑抗震不利;⑥、地下水主要賦存于第四系砂土層,具有中透水性,與河涌水有一定的水力聯(lián)系,水量較豐富。

  4、地質(zhì)條件對(duì)成樁質(zhì)量的影響
  淤泥和淤泥質(zhì)軟土中常常含有有機(jī)質(zhì),高有機(jī)質(zhì)土是工程中的棘手問(wèn)題。有機(jī)質(zhì)的存在會(huì)使土體具有較大的水溶性、塑性膨脹性、低滲透性和一定的酸性,且能吸附鈣離子,這些特性的嚴(yán)重地阻礙水泥發(fā)生水化反應(yīng)和加固土強(qiáng)度的增長(zhǎng)。且軟土在地層分布形式上經(jīng)常存在成層不均勻的情況,時(shí)常會(huì)出現(xiàn)交錯(cuò)層理和透鏡體,有些不連續(xù)土層甚至直接露出地表,具有大孔隙比、高含水量及高壓縮性、抗剪強(qiáng)度低、固結(jié)系數(shù)低等特點(diǎn),易產(chǎn)生蠕動(dòng)、不均勻沉降及側(cè)向滑移等不良工程地質(zhì)現(xiàn)象。
  本工程采用深層攪拌樁復(fù)合地基處理技術(shù),樁徑為500mm,樁長(zhǎng)約為8.0m,水泥強(qiáng)度為42.5R,用量為70kg/m ,采用四攪雙噴法,采用SP-5I型深層攪拌樁機(jī)施工。
  因本工程地下水比較豐富,且有一定的水壓力,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理單位同意,我施工方在內(nèi)涌引水渠EF段進(jìn)行攪拌樁施工時(shí),將攪拌樁機(jī)的施工平臺(tái)提高1.5m(規(guī)范要求基礎(chǔ)底面以上宜預(yù)留500mm厚的土層,攪拌樁施工到地面,開(kāi)挖基坑時(shí),應(yīng)將上部質(zhì)量較差樁段挖去)。待我方完成本段的施工任務(wù)進(jìn)行攪拌樁輕便觸探試驗(yàn)時(shí)(樁身齡期達(dá)到天)發(fā)現(xiàn),本施工段基礎(chǔ)土質(zhì)為含水率較大的陶瓷黃泥土,建基面以下1.5m沒(méi)有攪拌樁成樁,且出現(xiàn)管涌現(xiàn)象。我方隨即向建設(shè)單位查閱相關(guān)歷史資料,記載該段為樵桑聯(lián)圍險(xiǎn)段,以前曾出現(xiàn)缺堤現(xiàn)象,后來(lái)回填土后興建房屋。我方分析其原因可能是土的塑性較高,膨脹性增大,滲透性力降低,從而使水泥土強(qiáng)度降至很低水平,導(dǎo)致無(wú)法固結(jié),影響水泥水化反應(yīng)的進(jìn)行,從而降低加固土的強(qiáng)度。
  根據(jù)上述情況,我方提出進(jìn)行基礎(chǔ)處理的設(shè)計(jì)修改變更,得到設(shè)計(jì)院的同意,并作出以下修改:(1)該段增加回填中粗砂1m的基礎(chǔ)處理,分層填筑,并振實(shí);(2)該段建筑物外1m范圍設(shè)計(jì)輕型井點(diǎn)降水10個(gè),減少地下水壓力對(duì)基礎(chǔ)施工的影響。我方按照設(shè)計(jì)變更要求完成該段的基礎(chǔ)處理施工,并邀請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位和業(yè)主對(duì)基礎(chǔ)處理施工進(jìn)行聯(lián)合驗(yàn)收,作出以下驗(yàn)收結(jié)論:該段已無(wú)出現(xiàn)管涌現(xiàn)象,并且基礎(chǔ)換填砂的密實(shí)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,同意進(jìn)行下一道工序的施工。
  西樵海舟水閘工程現(xiàn)已按設(shè)計(jì)完成全部施工任務(wù),內(nèi)涌引水渠EF段出現(xiàn)較少的沉降量,但并沒(méi)有出現(xiàn)不均勻沉降,滿(mǎn)足工程使用要求。

  5、結(jié)論
  水泥土攪拌樁施工工期短,無(wú)公害(震動(dòng)、噪聲、排污和擠壓),造價(jià)低,適應(yīng)范圍廣,對(duì)防止地基液化有很大作用,加固后附加沉降較少,得到設(shè)計(jì)人員和業(yè)主的認(rèn)可,因而其應(yīng)用越來(lái)越廣,但影響攪拌樁施工質(zhì)量的因素有很多,應(yīng)用中注意以下問(wèn)題:
  (1)、對(duì)于要進(jìn)行地基處理的施工段,工程地質(zhì)勘察院要進(jìn)行針對(duì)性的地質(zhì)勘測(cè),為減少以后的工程建設(shè)投資增加。
 ?。?)、施工應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,且注意攪拌均勻,提升和下沉速度不得太快。為保證水泥攪拌樁樁端、樁頂及樁身質(zhì)量,第一次提鉆噴漿時(shí)應(yīng)參照儀表上面的電流表讀數(shù)判斷是否已進(jìn)入持力層,樁底必須進(jìn)入持力層0.5m,然后在樁底部停留30秒,進(jìn)行磨樁端,余漿上提過(guò)程中全部噴入樁體,且在樁頂部位進(jìn)行磨樁頭,停留時(shí)間為30秒。
  (3)、盡量采用噴漿法施工工藝,以免因噴粉攪拌不均勻而產(chǎn)生質(zhì)量事故。水泥攪拌樁施工采用二噴四攪工藝。第一次下鉆時(shí)為避免堵管可帶漿下鉆,噴漿量應(yīng)小于總量的1/2,嚴(yán)禁帶水下鉆。第一次下鉆和提鉆時(shí)一律采用低檔操作,復(fù)攪時(shí)可提高一個(gè)檔位。每10米樁的正常成樁時(shí)間應(yīng)大概為32.5min,注漿壓力不小于1.5MPa。
  (4)、未固結(jié)的填土、粘性土不宜采用攪拌法加固,因該類(lèi)土?xí)?duì)加固體產(chǎn)生負(fù)摩擦力,降低加固體的承載力。

  參考文獻(xiàn):
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  [4]JGJ106-2003 建筑樁基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范
 
 
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