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深層水泥攪拌樁在水利河道中的應用
【摘 要】在長期的水利工程建設實踐中，越來越多的優(yōu)秀水利施工技術被廣泛應用在工程建設中，極大的提高了水利工程建設水平。深層水泥攪拌樁以其較強的地基加固性能被廣泛應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。現(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用。
【關鍵詞】深層水泥攪拌樁；水利工程；河道整治；施工應用
與其他的樁基施工技術相比，深層水泥攪拌樁在水利工程的軟弱土質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。這是因為其主要是利用深層攪拌機械把軟土和配置好的水泥漿液混合在一起并進行充分拌和，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而增大強度，這種復合性的地基更是極大的提高了樁基的穩(wěn)定性，實現(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，來詳細談談深層水泥攪拌樁施工技術的具體應用。
0.工程概況
某水利河道是當地的重要引排工程之一，在排澇抗洪中具有非常重要的作用。為了能夠提高河道的排水性能，當地決定對河道進行一定的整治和加固維修。由于該河道某處的地質條件較為復雜，在對該處的碼頭進行加固處理時遇到了一定的難度。這是因為其地層土層從上到下依次為碎石、粉土層、細砂夾淤泥質粉質粘土、淤泥質粉質粘土，可以明顯看出這是一種非常典型的軟弱地質層，土層彈性大、含水率較高，易變性，強度非常低。要想該地基能夠安全的承載河道碼頭的運行荷載，就必須要對求進行地基加固處理。通過地質勘查得知，最下層的軟土層深達8.6-15.8m，為了保證加固施工能夠取得預期效果，在綜合實際情況后，我們決定使用深層水泥攪拌樁進行地基加固。
1.深層水泥攪拌樁施工的前期試驗
在深層水泥攪拌樁施工質量控制中，最關鍵是一點就是要確定水泥的摻入量和水灰比大小。若所設計的水灰比不合理、摻入的水泥量過多或過少，都會嚴重影響到樁體的整體性和抗壓強度。另外，攪拌機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量。為了能夠最大程度的保證樁體的完整性和強度，我們在施工前先進行了一定的前期試驗�？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，我們設計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，置換率設計為19.6%。經過試驗室的強度試驗對比，并結合實際情況，考慮到汛期將近，工期較緊，且地下水位相對較高，再加上當地的施工設備性能有限等綜合因素進行分析后，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，進行機械攪拌，把水泥和軟土混合形成水泥土，是一種物理和化學的反應過程，水泥土硬化是水泥在具有活性的粘土介質中形成，作用緩慢而復雜。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行當量交換，使粘土顆粒形成較大的土團粒，同時水泥水化后生成的膠體粒子，把土團粒連接起來形成蜂窩狀結構；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；進行化學反應，形成穩(wěn)定性好的結晶礦物和碳酸鈣，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，其力學特性顯著改善，無側限抗壓強度比天然土大幾十倍。水泥土的抗壓強度除了與被加固土體的性質有關外，還與水泥的標號、摻合量、齡期及外加劑等有密切的關系。
2.1成樁試驗
為了掌握施工工藝及各項技術參數，在擋墻施工初期進行成樁試驗，主要從以下幾個方面來進行考慮和布置：（1）滿足設計要求的每米水泥摻量和工藝要求的各種技術參數。如鉆 進速度、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）掌握各種土質條件下鉆進和提升的阻力程度及噴漿情況，選擇合理的技術參數。（4）為了使試樁有代表性，成樁工藝試驗樁數為6根。（5）成樁7d后進行檢查，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，鉆孔取芯進行無側限抗壓強度試驗。
2.2施工工藝
根據成樁試驗結果，水泥攪拌樁采用濕法施工，工藝程序為：預攪下沉一噴漿攪拌提升一重復攪拌下沉—重復噴漿攪拌提升至頂。詳細施工方法如下：（1）機械就位調整導軌垂直度，鉆頭對中樁位，安裝調試檢測控制儀器設備，檢查各種配套機具設備是否滿足施工要求。（2）下鉆預攪。鉆進速度控制在0.6-0.8m/min，鉆進至樁底標高后，原地旋轉將樁底攪拌均勻。（3）開動灰漿泵，待漿液到達噴漿日時啟動上升，邊反轉勻速提升邊噴漿，提升速度控制在0.5m/min.噴漿壓力控制在0.3-0.45MPa，提升至樁頂標高，在此過程中，漿液完成量要達50%。（4）重復攪拌下沉。邊鉆進邊攪拌，鉆進速度控制在0.6-0.8m/min，至樁底后，原地噴漿0.5min后，邊反轉勻速提升邊噴漿，攪拌速度控制在0.4-0.6m/min，勻速提升至離地面0.5m處攪拌數秒，使樁頭均勻密實。（5）鉆機移位。關閉攪拌機械，移位。
3.施工中出現(xiàn)的問題原因分析及解決方案
在實際的工程施工中，一些不確定性因素的出現(xiàn)給施工帶來一定的問題，這是在施工計劃和施工方案中沒有設想到的。為了能夠保證施工的順利進行，避免耽誤施工進度，保證施工質量，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)電機電流表系數過大
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，鉆機操作人員忽然發(fā)現(xiàn)鉆機的電流表讀數急速上升，發(fā)生了電流突變的現(xiàn)象。根據施工人員的多年經驗，認為這是因為鉆頭在鉆孔中碰到了堅硬的石塊，阻力較大，才增大了電流表的讀數。為了解決這一問題，技術施工人員決定采用較慢的速度慢慢鉆進小卵石的復合層，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行。
3.2粉質粘土攪拌中的離析現(xiàn)象
粉質粘土、粘土的內聚力相對較大，粘性較強。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，鉆頭上易產生土球，嚴重得甚至產生了抱鉆（也有稱糊鉆）現(xiàn)象。由此而成的生成樁抗壓強度很低。為了避免上述現(xiàn)象的產生，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，此方法經施工驗證具一定的效果，但存在一定的問題，攪拌的動力需要增加，供電電量相應加大。另一種方法就是利用淤泥質土的含水量較大，采取增加水泥漿液濃度，同時根據實際情況采用增加重復攪拌的次數來提高水泥土的攪拌均勻性。經基槽開挖后驗證，攪拌的成樁效果比較好。
4.結語
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，并在施工前做好了相應的試驗，確定了水泥的最佳摻入量和水灰比，并在施工中加強質量管理和控制，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行，在汛期到來之前完成了河道的整改，經檢測和實踐運行后，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用。
【參考文獻】
[1]邢志興，等.深層水泥攪拌樁應用的若干問題[A].河南省建筑業(yè)行業(yè)優(yōu)秀論文集（2009）[C].2009.
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