水泥土攪拌樁的施工質(zhì)量問題和解決方法

1、.水泥土攪拌樁的施工質(zhì)量問題和解決方法1.攪拌樁在我國(guó)的應(yīng)用情況和可行性 攪拌樁工法的可行性國(guó)外海上自動(dòng)化程度很高的攪拌船最大施工深度已達(dá)海平面下70m，陸上加固深度也達(dá)40m。在地基的5種主要加固方法(置換法、降水法、致密法、固化法和加筋法)中，灌漿法和攪拌樁法是固化法的代表，經(jīng)常被使用，且認(rèn)為是以上加固技術(shù)中最有效的技術(shù)。國(guó)內(nèi)攪拌樁加固深度一般在15m左右，并曾有“深層攪拌樁屬于柔性樁，其有效作用樁長(zhǎng)只能達(dá)到15m”的觀點(diǎn)，原因是攪拌樁施工質(zhì)量不佳引起荷載難以向下傳遞。近幾年，筆者接觸了較多的攪拌樁工程，成功研制和應(yīng)用了長(zhǎng)達(dá)27m的超長(zhǎng)攪拌樁，取得一些經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)。實(shí)踐證明，只要施工設(shè)備和施

2、工工藝適當(dāng)，管理措施得力，現(xiàn)有設(shè)備完全可以在軟土中將攪拌樁做到長(zhǎng)達(dá)27m，復(fù)合地基承載力達(dá)240kPa以上。攪拌樁在我國(guó)的生存危機(jī)自1984年在我國(guó)投入批量生產(chǎn)后，水泥土攪拌樁以其低廉的價(jià)格、較快的施工速度、靈活的布樁形式和水泥摻入量，在土木建筑的軟土地基處理中得到了廣泛應(yīng)用，節(jié)省了巨額的投資。但是，隨著攪拌樁施工隊(duì)伍的迅速發(fā)展，素質(zhì)參差不齊，而攪拌樁工法的成敗關(guān)鍵是水泥和土攪拌的均勻程度，施工中稍有不慎，就會(huì)出現(xiàn)水泥富集塊或樁身不連續(xù)的質(zhì)量問題，而導(dǎo)致工程事故。隨著國(guó)內(nèi)許多豆腐渣工程的暴露及其造成的嚴(yán)重后果，這幾年時(shí)而發(fā)生的攪拌樁工程事故已嚴(yán)重影響了其生存空間，使其不斷受到設(shè)計(jì)、業(yè)主和建設(shè)主

3、管部門的質(zhì)疑甚至禁止，大有“攪拌樁恐懼癥”之傾向。 關(guān)于濕噴和干噴深層攪拌時(shí)的噴漿方式有干噴和濕噴二種，前者又稱粉噴樁。從地基含水率的角度出發(fā)，干噴顯然要好于濕噴。但是，干噴時(shí)出灰孔容易堵塞，其水泥土均勻性往往比濕噴差。因此，國(guó)外海上的攪拌樁都只使用濕噴，在陸地上則二者均有。國(guó)內(nèi)這個(gè)問題比較突出，由此造成干噴樁的質(zhì)量問題比濕噴樁更多、更嚴(yán)重。本文內(nèi)容主要針對(duì)濕噴方法。攪拌樁施工質(zhì)量問題和產(chǎn)生原因當(dāng)前攪拌樁成樁質(zhì)量問題 一般認(rèn)為，含水率高的軟土中水泥土樁體的強(qiáng)度較低；有機(jī)質(zhì)含量高或呈酸性的土層中樁體強(qiáng)度也很低，因其阻礙水泥的水化反應(yīng)，影響水泥土強(qiáng)度增長(zhǎng)。依據(jù)攪拌樁規(guī)范，當(dāng)決定用攪拌樁處理地基時(shí)，

4、先要在室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)條件下制備不同配比的水泥土試件，進(jìn)行不同齡期強(qiáng)度試驗(yàn)，確定合適的水泥摻量和外加劑，再依據(jù)90d齡期的試塊強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值來計(jì)算單樁豎向承載力。國(guó)內(nèi)工程開工前幾乎都依規(guī)范做了室內(nèi)配比試驗(yàn)，獲得或推得90d試塊強(qiáng)度，符合要求后才進(jìn)行攪拌樁施工。所以，工程樁出問題，一般不是土質(zhì)原因。從國(guó)內(nèi)事故工程中的攪拌樁樁身鉆孔取芯結(jié)果可以看出，這些樁身常存在嚴(yán)重的水泥富集塊，小則15cm，大則在樁軸處形成一條水泥芯柱，而有的部位則很少有水泥漿；也有偷工減料，水泥摻量明顯不足的案例。這些均導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)水泥土樁身強(qiáng)度嚴(yán)重不足。國(guó)外攪拌樁實(shí)踐也表明：攪拌樁的現(xiàn)場(chǎng)水泥土強(qiáng)度與水泥和土攪拌的均勻程度密切相關(guān)。攪拌樁質(zhì)

5、量問題產(chǎn)生的原因歸納國(guó)內(nèi)攪拌樁普遍存在的水泥土攪拌不均、樁身不連續(xù)，以致樁身強(qiáng)度過低，其主要原因有：（）施工機(jī)械設(shè)備和工藝不合要求主要表現(xiàn)在電機(jī)功率、轉(zhuǎn)速、灌漿壓力、葉片層數(shù)、噴漿提升速度、出漿口位置和方向等方面。因?yàn)樗酀{和土攪拌次數(shù)越多，拌合越均勻，水泥土強(qiáng)度越高；反之，強(qiáng)度則越低；（） 施工管理混亂攪拌樁施工中個(gè)體企業(yè)很多，即使是國(guó)有企業(yè)中標(biāo)的工程實(shí)際也多為個(gè)體戶施工，水灰比、攪拌深度、樁身均勻性和連續(xù)性均無法保證； （）缺乏必要的檢測(cè)手段規(guī)范對(duì)攪拌樁的檢測(cè)主要為輕便觸探器鉆取樁身水泥土樣，而其檢驗(yàn)深度只能達(dá)34m。靜載試驗(yàn)雖能給出樁的承載力，但不能給出全長(zhǎng)樁身質(zhì)量，且存在荷載作用面積小

6、、時(shí)間短導(dǎo)致影響深度有限的問題。目前因缺少對(duì)樁身全長(zhǎng)質(zhì)量檢測(cè)的方法，使得樁身水泥土很差的攪拌樁常能順利通過最終的質(zhì)量檢測(cè)關(guān)。 對(duì)施工機(jī)械和工藝來說，突出問題有： （）出漿口位置在攪拌軸上漿液多集中在噴漿口的樁軸附近，葉片外緣缺漿，形成水泥漿富集； （）噴漿方式不合理當(dāng)前有下沉噴漿和提升噴漿二種形式，筆者認(rèn)為不宜在首次下沉切土攪拌時(shí)噴漿和最后一次提升時(shí)噴漿。因前者噴漿時(shí)土未攪碎，漿液不易向四周土體中擴(kuò)散，出漿口處容易形成水泥漿芯柱，故必須要求在土體攪松之后再噴漿；后者噴漿后缺少必要的攪拌次數(shù)，易造成水泥土強(qiáng)度過低。 （）噴漿后水泥土攪拌次數(shù)不足這又包括如下幾種原因：噴漿提升速度過快，攪拌次數(shù)不足

7、；葉片數(shù)量過少；電機(jī)功率偏低；攪拌軸上下循環(huán)的攪拌次數(shù)偏少。因此，許多工程中的攪拌樁成樁質(zhì)量不合格，準(zhǔn)確說僅上部35m土層中樁身質(zhì)量合格，但由于軟土地基上大多存在地表填土層或粘土硬殼層，它提供的樁側(cè)摩擦力分擔(dān)了樁頂近荷載1/3，其下樁身軸力迅速減小，以致在通常200kPa左右的設(shè)計(jì)荷載下，除造成建筑物沉降稍大外，并未發(fā)生破壞。同時(shí)，我們也應(yīng)看到，還有相當(dāng)多的多層建筑工程，用深層攪拌樁處理后失敗，其中原因絕大部分不是出在設(shè)計(jì)方面而是出在施工質(zhì)量上。當(dāng)前攪拌樁問題的解決辦法針對(duì)前述產(chǎn)生攪拌樁施工質(zhì)量問題的原因，筆者認(rèn)為應(yīng)從如下幾個(gè)方面加以改進(jìn)。（）修訂和完善水泥土攪拌樁規(guī)范，尤其是對(duì)樁身全長(zhǎng)的質(zhì)量

8、檢測(cè)方法水泥土攪拌樁的樁身質(zhì)量主要取決于水泥土的均勻性和強(qiáng)度兩個(gè)方面，檢測(cè)工作必須緊緊圍繞這兩點(diǎn)。水泥土標(biāo)貫擊數(shù)和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度既相互依存又相互對(duì)立。對(duì)天然地基土來說，標(biāo)貫擊數(shù)愈大，則無側(cè)限抗壓強(qiáng)度愈高。攪拌樁水泥土則須分兩種情況：攪拌均勻的水泥土樁，標(biāo)貫擊數(shù)和無側(cè)限強(qiáng)度間的關(guān)系類似于天然地基土。攪拌不均勻的水泥土樁，因存在大小不等的水泥碎塊和片塊，鉆孔取樣擾動(dòng)較大，使水泥土無側(cè)限強(qiáng)度偏低很多；而相應(yīng)的標(biāo)貫擊數(shù)卻偏大很多，因標(biāo)貫筒帶動(dòng)水泥富集塊體貫入，阻力增加。這種攪拌不均勻的樁無側(cè)限強(qiáng)度過小而標(biāo)貫擊數(shù)過大的現(xiàn)象說明水泥土樁的質(zhì)量檢測(cè)不能單從某個(gè)方面來衡量，必須從多方面進(jìn)行綜合判斷。標(biāo)貫擊數(shù)，

9、因是原位測(cè)試，取樣擾動(dòng)影響較小，如樁身攪拌均勻，基本上可以反映出水泥土強(qiáng)度的高低。鉆孔取得樁身全長(zhǎng)水泥土芯樣，不僅能直觀地看出水泥土攪拌的均勻程度，而且從取出的芯樣還能定量地測(cè)出其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。從現(xiàn)場(chǎng)取芯得到的無側(cè)限強(qiáng)度真實(shí)地反映了現(xiàn)場(chǎng)施工水平和養(yǎng)護(hù)條件下的樁身水泥土強(qiáng)度值，不同于室內(nèi)人工制備的水泥土試樣強(qiáng)度。雖然鉆孔取樣對(duì)水泥土有一定的擾動(dòng)，但對(duì)攪拌均勻的水泥土樁來說，其結(jié)果可作為標(biāo)貫試驗(yàn)的有效補(bǔ)充。據(jù)此，筆者在1996年研制超長(zhǎng)水泥土攪拌樁時(shí)，提出水泥土樁樁身質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)取芯觀察、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)為主，無側(cè)限抗壓試驗(yàn)為輔的綜合檢測(cè)方法。通過鉆孔取芯觀察來檢驗(yàn)水泥土攪拌的均勻性；通過標(biāo)貫擊

10、數(shù)來判斷攪拌均勻的水泥土強(qiáng)度，并輔以芯樣的室內(nèi)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。取出的水泥土樁芯，應(yīng)觀察其顏色是否一致，是否存在水泥富集塊或未被攪勻的土團(tuán)；只有在攪拌均勻的前提下，該點(diǎn)的標(biāo)貫擊數(shù)才是有效的。為了防止水泥土后期強(qiáng)度過高造成標(biāo)貫擊數(shù)太大而失去參考意義，檢測(cè)試驗(yàn)日期最好選在成樁10d左右。從多個(gè)工程的檢測(cè)應(yīng)用看來，效果明顯。（）改進(jìn)現(xiàn)行施工工藝，將質(zhì)量檢測(cè)和施工工藝結(jié)合起來。針對(duì)前述攪拌樁質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因，應(yīng)從以下幾點(diǎn)進(jìn)行工藝改進(jìn)：將攪拌葉片由2層4片增加至3層6片。各層葉片間互成60夾角，下面2層葉片應(yīng)沿旋轉(zhuǎn)時(shí)的切土方向適當(dāng)傾斜。出漿口宜設(shè)在攪拌葉片中部。以克服攪拌軸底出漿方式易引起的攪拌不均

11、。提升攪拌桿的卷?yè)P(yáng)機(jī)要采用調(diào)速電機(jī)。以根據(jù)水泥土攪拌均勻的需要來控制提升速度和噴漿量大小，實(shí)現(xiàn)樁身水泥摻量變配比要求。應(yīng)嚴(yán)格控制噴漿、提升速度不能過大，現(xiàn)行機(jī)械設(shè)備一般應(yīng)控制在0.60.9m/s。對(duì)3上3下的工藝，最后一次復(fù)攪提升速度為0.5m/s左右。變下沉噴漿為提升噴漿。下沉噴漿時(shí)存在因土體不均引起的漿液不合理分配：土愈硬，下沉愈慢，漿液愈多，水泥亦愈多；土愈軟，水泥漿愈少。首次下沉的作用主要是攪松土體，給漿液切出滲透通道，并減少硬軟土層間的阻力差異。增加噴漿次數(shù)。對(duì)規(guī)范上下工藝中僅第一循環(huán)提升噴漿方式，再增加第二循環(huán)下沉噴漿，以減少一次噴漿過多而造成的地表冒漿、局部水泥漿富集和攪拌不勻現(xiàn)

12、象。在樁底適當(dāng)座漿。當(dāng)首次攪拌至樁底時(shí)，原地噴漿攪拌1分鐘，以克服攪拌樁中常出現(xiàn)的樁底攪拌不足和深度不夠的問題。國(guó)外施工時(shí)大都有此程序，而國(guó)內(nèi)做得很少。當(dāng)樁長(zhǎng)大于15m時(shí)應(yīng)增加一次復(fù)攪：第1次攪拌下沉，噴漿提升；第2次攪拌下沉，噴漿提升；第3次攪拌下沉，攪拌提升(即3上3下工藝)。當(dāng)樁長(zhǎng)小于15m時(shí)，如工藝試樁時(shí)經(jīng)各種改進(jìn)后仍發(fā)現(xiàn)樁身攪拌不均，也可增加1次復(fù)攪。要使超長(zhǎng)水泥土樁攪拌均勻，必須使噴漿后水泥土每點(diǎn)攪土次數(shù)大于40。當(dāng)樁長(zhǎng)大于15m時(shí)應(yīng)將攪拌電機(jī)功率由37kW提高到55kW，以保證攪拌軸的轉(zhuǎn)速和葉片的切土能力。對(duì)攪拌樁的檢測(cè)，應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)施工過程中的跟蹤檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)樁身缺陷部位，采取

13、降低噴漿提升速度的措施，增加灌漿量和攪拌次數(shù)。由于目前國(guó)產(chǎn)的水泥土攪拌機(jī)械大都采用定量泵輸送水泥漿，而攪拌電機(jī)又是轉(zhuǎn)速恒定型的，因此灌入地基中的水泥量完全取決于攪拌桿的提升速度和噴漿次數(shù)。在工程樁施工初期，應(yīng)先按照預(yù)定的水泥配比施工，詳細(xì)記錄成孔過程中主機(jī)電流的變化。在工程樁成樁10d后，跟蹤進(jìn)行取芯觀察、標(biāo)貫試驗(yàn)和芯樣無側(cè)限試驗(yàn)，找出了水泥土攪拌不均和強(qiáng)度不足的部位，再根據(jù)地質(zhì)報(bào)告、標(biāo)貫擊數(shù)、芯樣和電流值，調(diào)整樁身水泥配比，使樁身各段的強(qiáng)度都均勻連續(xù)地與樁身應(yīng)力分布大致協(xié)調(diào)。取芯位置可選在距樁中心半徑1/3處。根據(jù)以上攪拌樁工藝改進(jìn)方法和質(zhì)量檢測(cè)方法，筆者不僅在南京淤泥質(zhì)軟土中成功制作了長(zhǎng)達(dá)26m的深層攪拌樁，而且最近在粘粒含量很高、業(yè)主多次試驗(yàn)不成功、被認(rèn)為不宜采用攪拌樁的蘇北流塑粘性軟土中成功試驗(yàn)和應(yīng)用了水泥