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深層水泥攪拌樁在水利河道中的應(yīng)用
【摘 要】在長期的水利工程建設(shè)實(shí)踐中，越來越多的優(yōu)秀水利施工技術(shù)被廣泛應(yīng)用在工程建設(shè)中，極大的提高了水利工程建設(shè)水平。深層水泥攪拌樁以其較強(qiáng)的地基加固性能被廣泛應(yīng)用在多種水利工程施工中，具有施工方便，加固效果顯著等特點(diǎn)�，F(xiàn)本文就主要以某水利河道的整治工程為例，來探討深層水泥攪拌樁在水利河道施工中的具體應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】深層水泥攪拌樁；水利工程；河道整治；施工應(yīng)用
與其他的樁基施工技術(shù)相比，深層水泥攪拌樁在水利工程的軟弱土質(zhì)層加固施工中的施工更方便，工期更短，造價更低，整體性更強(qiáng)。這是因?yàn)槠渲饕抢蒙顚訑嚢铏C(jī)械把軟土和配置好的水泥漿液混合在一起并進(jìn)行充分拌和，最終形成具有較高整體性的樁基。并且由于水泥漿液會像樁體四周滲透，因此樁體的四周也會通過水泥的硬凝反應(yīng)而增大強(qiáng)度，這種復(fù)合性的地基更是極大的提高了樁基的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)良好的地基加固效果。以下筆者就以某水利河道的地基加固為例，來詳細(xì)談?wù)勆顚铀鄶嚢铇妒┕ぜ夹g(shù)的具體應(yīng)用。
0.工程概況
某水利河道是當(dāng)?shù)氐闹匾殴こ讨唬谂艥晨购橹芯哂蟹浅Ｖ匾淖饔谩榱四軌蛱岣吆拥赖呐潘阅�，�?dāng)?shù)貨Q定對河道進(jìn)行一定的整治和加固維修。由于該河道某處的地質(zhì)條件較為復(fù)雜，在對該處的碼頭進(jìn)行加固處理時遇到了一定的難度。這是因?yàn)槠涞貙油翆訌纳系较乱来螢樗槭⒎弁翆�、�?xì)砂夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，可以明顯看出這是一種非常典型的軟弱地質(zhì)層，土層彈性大、含水率較高，易變性，強(qiáng)度非常低。要想該地基能夠安全的承載河道碼頭的運(yùn)行荷載，就必須要對求進(jìn)行地基加固處理。通過地質(zhì)勘查得知，最下層的軟土層深達(dá)8.6-15.8m，為了保證加固施工能夠取得預(yù)期效果，在綜合實(shí)際情況后，我們決定使用深層水泥攪拌樁進(jìn)行地基加固。
1.深層水泥攪拌樁施工的前期試驗(yàn)
在深層水泥攪拌樁施工質(zhì)量控制中，最關(guān)鍵是一點(diǎn)就是要確定水泥的摻入量和水灰比大小。若所設(shè)計(jì)的水灰比不合理、摻入的水泥量過多或過少，都會嚴(yán)重影響到樁體的整體性和抗壓強(qiáng)度。另外，攪拌機(jī)將水泥漿液和軟土攪拌在一起的均勻程度大小，也會影響到樁體的施工質(zhì)量。為了能夠最大程度的保證樁體的完整性和強(qiáng)度，我們在施工前先進(jìn)行了一定的前期試驗(yàn)�？紤]到本次地基加固的主要部位是對第三層和第四層的軟土進(jìn)行加固，且河道碼頭所需的承載力要求至少不能低于150kPa，為此，我們設(shè)計(jì)深層水泥攪拌樁的樁徑為0.6m，樁長為8m，樁與樁之間的距離為1.2m，置換率設(shè)計(jì)為19.6%。經(jīng)過試驗(yàn)室的強(qiáng)度試驗(yàn)對比，并結(jié)合實(shí)際情況，考慮到汛期將近，工期較緊，且地下水位相對較高，再加上當(dāng)?shù)氐氖┕ぴO(shè)備性能有限等綜合因素進(jìn)行分析后，我們最終確定了本次工程施工的水灰比為50%，水泥摻入量為17%。
2.水泥攪拌樁施工工藝
水泥攪拌樁是通過特制的攪拌軸的輪葉，進(jìn)行機(jī)械攪拌，把水泥和軟土混合形成水泥土，是一種物理和化學(xué)的反應(yīng)過程，水泥土硬化是水泥在具有活性的粘土介質(zhì)中形成，作用緩慢而復(fù)雜。水泥遇水后發(fā)生水化和水解作用，生成氧化鈣等多種化合物，其中鈣離子與粘土礦物表面吸附的鉀離子和鈉離子進(jìn)行當(dāng)量交換，使粘土顆粒形成較大的土團(tuán)粒，同時水泥水化后生成的膠體粒子，把土團(tuán)粒連接起來形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)；隨著水泥水化的深入，溶液析出大量的鈣離子與粘土礦物中的二氧化硅和三氧化二鋁；進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，形成穩(wěn)定性好的結(jié)晶礦物和碳酸鈣，這種化合物在水和空氣中逐漸硬化成為水泥土。處理后的水泥土與軟土比較，其力學(xué)特性顯著改善，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度比天然土大幾十倍。水泥土的抗壓強(qiáng)度除了與被加固土體的性質(zhì)有關(guān)外，還與水泥的標(biāo)號、摻合量、齡期及外加劑等有密切的關(guān)系。
2.1成樁試驗(yàn)
為了掌握施工工藝及各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，在擋墻施工初期進(jìn)行成樁試驗(yàn)，主要從以下幾個方面來進(jìn)行考慮和布置：（1）滿足設(shè)計(jì)要求的每米水泥摻量和工藝要求的各種技術(shù)參數(shù)。如鉆 進(jìn)速度、提升速度、攪拌速度、噴漿壓力、單位時間噴漿量等。（2）確定攪拌的均勻性，對“兩噴四攪”施工工藝的2、3攪時噴漿和2、4攪時噴漿進(jìn)行了對比分析，發(fā)現(xiàn)2、4攪時噴漿攪拌水泥土程度較均勻。（3）掌握各種土質(zhì)條件下鉆進(jìn)和提升的阻力程度及噴漿情況，選擇合理的技術(shù)參數(shù)。（4）為了使試樁有代表性，成樁工藝試驗(yàn)樁數(shù)為6根。（5）成樁7d后進(jìn)行檢查，用日測法檢查樁體成型情況及攪拌均勻程度，檢查深度0.5-1.0m；成樁28d后，鉆孔取芯進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。
2.2施工工藝
根據(jù)成樁試驗(yàn)結(jié)果，水泥攪拌樁采用濕法施工，工藝程序?yàn)椋侯A(yù)攪下沉一噴漿攪拌提升一重復(fù)攪拌下沉—重復(fù)噴漿攪拌提升至頂。詳細(xì)施工方法如下：（1）機(jī)械就位調(diào)整導(dǎo)軌垂直度，鉆頭對中樁位，安裝調(diào)試檢測控制儀器設(shè)備，檢查各種配套機(jī)具設(shè)備是否滿足施工要求。（2）下鉆預(yù)攪。鉆進(jìn)速度控制在0.6-0.8m/min，鉆進(jìn)至樁底標(biāo)高后，原地旋轉(zhuǎn)將樁底攪拌均勻。（3）開動灰漿泵，待漿液到達(dá)噴漿日時啟動上升，邊反轉(zhuǎn)勻速提升邊噴漿，提升速度控制在0.5m/min.噴漿壓力控制在0.3-0.45MPa，提升至樁頂標(biāo)高，在此過程中，漿液完成量要達(dá)50%。（4）重復(fù)攪拌下沉。邊鉆進(jìn)邊攪拌，鉆進(jìn)速度控制在0.6-0.8m/min，至樁底后，原地噴漿0.5min后，邊反轉(zhuǎn)勻速提升邊噴漿，攪拌速度控制在0.4-0.6m/min，勻速提升至離地面0.5m處攪拌數(shù)秒，使樁頭均勻密實(shí)。（5）鉆機(jī)移位。關(guān)閉攪拌機(jī)械，移位。
3.施工中出現(xiàn)的問題原因分析及解決方案
在實(shí)際的工程施工中，一些不確定性因素的出現(xiàn)給施工帶來一定的問題，這是在施工計(jì)劃和施工方案中沒有設(shè)想到的。為了能夠保證施工的順利進(jìn)行，避免耽誤施工進(jìn)度，保證施工質(zhì)量，必須要盡快采取措施來解決這些問題。以下筆者就以其中兩種情況為例，以供同類工程參考。
3.1鉆孔過程中發(fā)現(xiàn)電機(jī)電流表系數(shù)過大
由于該河道兩岸的石塊被大量開采，因此在河底留下了很多小卵石，在鉆孔施工中，鉆機(jī)操作人員忽然發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)的電流表讀數(shù)急速上升，發(fā)生了電流突變的現(xiàn)象。根據(jù)施工人員的多年經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為這是因?yàn)殂@頭在鉆孔中碰到了堅(jiān)硬的石塊，阻力較大，才增大了電流表的讀數(shù)。為了解決這一問題，技術(shù)施工人員決定采用較慢的速度慢慢鉆進(jìn)小卵石的復(fù)合層，以免影響了鉆頭的正常使用，鉆速控制在0.5m/min，比普通的0.8m/min要慢。這樣就很好的解決了鉆頭沖擊問題，保證了鉆孔的順利進(jìn)行。
3.2粉質(zhì)粘土攪拌中的離析現(xiàn)象
粉質(zhì)粘土、粘土的內(nèi)聚力相對較大，粘性較強(qiáng)。按常規(guī)施工發(fā)現(xiàn)攪拌樁水泥、土攪拌的均勻性較差，同時伴有水泥、粘性土的分離現(xiàn)象，鉆頭上易產(chǎn)生土球，嚴(yán)重得甚至產(chǎn)生了抱鉆（也有稱糊鉆）現(xiàn)象。由此而成的生成樁抗壓強(qiáng)度很低。為了避免上述現(xiàn)象的產(chǎn)生，主要有兩種方法解決：一種是采取鉆頭增加葉片、攪拌鉆頭加長和上下葉片的距離加大處理，此方法經(jīng)施工驗(yàn)證具一定的效果，但存在一定的問題，攪拌的動力需要增加，供電電量相應(yīng)加大。另一種方法就是利用淤泥質(zhì)土的含水量較大，采取增加水泥漿液濃度，同時根據(jù)實(shí)際情況采用增加重復(fù)攪拌的次數(shù)來提高水泥土的攪拌均勻性。經(jīng)基槽開挖后驗(yàn)證，攪拌的成樁效果比較好。
4.結(jié)語
在本河道整治工程中，由于使用了深層水泥攪拌樁施工技術(shù)，并在施工前做好了相應(yīng)的試驗(yàn)，確定了水泥的最佳摻入量和水灰比，并在施工中加強(qiáng)質(zhì)量管理和控制，針對突發(fā)問題及時作出正確有效處理，使得本工程得以順利進(jìn)行，在汛期到來之前完成了河道的整改，經(jīng)檢測和實(shí)踐運(yùn)行后，都證明本次深層水泥攪拌樁施工取得了良好的加固效果，值得同類工程借鑒應(yīng)用。
【參考文獻(xiàn)】
[1]邢志興，等.深層水泥攪拌樁應(yīng)用的若干問題[A].河南省建筑業(yè)行業(yè)優(yōu)秀論文集（2009）[C].2009.
[2]李維平，等.深層攪拌樁地基加固處理方法及實(shí)效[A].河南省地質(zhì)調(diào)查與研究通報(bào)2007年卷（下冊）[C].2007.
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