深層水泥土攪拌法是在石灰攪拌法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，20世紀(jì)50年代起源于美國，后在日本得到推廣應(yīng)用。該法是利用水泥作固化劑，通過特制深層攪拌機(jī)械 將土和水泥進(jìn)行攪拌，利用水泥的固化膠結(jié)性能使土-水泥混合體硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性(抗?jié)B性)和一定強(qiáng)度水泥土的一種地基處理方法。因此，該法既能 加強(qiáng)土體強(qiáng)度，又能增強(qiáng)土體抗?jié)B性能，常用于地基處理工程中。在我國，該法還常被用于構(gòu)建基坑止水帷幕，壩基加固防滲、閘基防滲等項目。該法加固深度一般 在15~25m之間，也偶見深達(dá)30余米的案例，但超過40m的水泥土攪拌樁應(yīng)用在國內(nèi)還未見報道。由于缺少施工經(jīng)驗和可借鑒的工程實(shí)例，對超深水泥土攪 拌樁成樁質(zhì)量和加固效果的檢驗就顯得尤為重要。


本文結(jié)合上海軌道交通9號線工程加固深度為45m和60m的三根三軸水泥土攪拌樁進(jìn)行鉆心取樣施工過程，重點(diǎn)分析討論了超深水泥土攪拌樁的滲透性能。


1 工程概況


該工程系9號線二期3標(biāo)土建工程源深路中間風(fēng)井三軸攪拌樁水泥土墻，位于浦東新區(qū)楊高路與世紀(jì)大道交匯處。為減少第⑦層土承壓水對楊高路下立交的影響，采用攪拌樁對第⑦層及其以上各土層進(jìn)行地基加固及構(gòu)建止水帷幕。加固區(qū)土層分布及其相關(guān)參數(shù)見表1。
本工程采用高度2lmDH608-120M樁機(jī)，懸掛日本三和株式會社生產(chǎn)的MAC-240-3B(?850)三軸攪拌機(jī)具，采用現(xiàn)場連接鉆具的方式進(jìn)行三軸攪拌樁水泥土墻施工。本文研究的水泥土芯樣來自三根長度超過40m的水泥土攪拌樁，相關(guān)參數(shù)見表2。





2 鉆孔取芯及室內(nèi)滲透試驗


試驗按國標(biāo)《鉆心法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)定》(CECS03：88)、《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50123-1999)及上海市標(biāo)準(zhǔn)《鉆心法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(DB/TJ08-002-98)執(zhí)行。


2.1 鉆孔取芯


成樁后28d使用油壓GXY-1型工程地質(zhì)鉆機(jī)，配以外徑108±0.20mm、內(nèi)徑100±0.20 mm的合金鋼鉆頭對攪拌樁取芯?？紤]到樁長較長，為保證鉆芯不偏出樁身，除配備必要的糾偏工具外，鉆孔中心定在距樁中心附近位置。

取芯時嚴(yán)格控制回次進(jìn)尺，每回次不超過1.5m，取芯率>60%。

對鉆取芯樣進(jìn)行鑒定、描述并記錄(見表3)。


2.2 室內(nèi)試驗

2.2.1試樣加工

切樣時做到兩端面平整。水平向滲透試驗時，確保加工好的芯樣上下表面與原芯樣軸線垂直；垂直向滲透試驗時，確保加工好的芯樣上下表面與原芯樣軸線平行。將試件切割放入環(huán)刀中，用蠟將試件與環(huán)刀間隙封好。這一環(huán)節(jié)很重要，可確保試件與環(huán)刀間隙不滲水。

對加工好的試件進(jìn)行標(biāo)記，填寫試驗表格，錄入試件信息要包括所在深度及方向(垂直或水平)。將加工好的試件按要求進(jìn)行飽和、備用。

2.2.2 變水頭滲透試驗

本次試驗采用QYI-2型土壤滲水滲壓測定儀。

(1) 將飽和的試件裝入容器，在環(huán)刀外套上“O”形止水圈，放上定向墊片，旋上壓緊螺絲，裝上透水石和傳壓塊(見圖1)；

(2) 根據(jù)試驗要求施加相應(yīng)的壓力；

(3) 打開滲流閥門產(chǎn)生滲流，記下計量管某一讀數(shù)為起始水頭，開動秒表，當(dāng)水頭下降至某一讀數(shù)時，記下滲流時間，按此重復(fù)兩次。


圖1 試件的抗?jié)B試驗
3 試驗成果及分析


由于試件的加工對原始樁芯的要求較高(需要芯樣保護(hù)完好及具有足夠高度)、加工過程繁瑣、人為損壞難以避免以及試驗?zāi)康闹饕菣z測深層土體的滲透性能等因素，并不是所有土層均有試件參加試驗。最終滿足要求的試件分布在第④，⑤1-2，⑥，⑦1-1，⑦1-2，⑦2層。


3.1 試驗結(jié)果整理

試驗測得的變水頭滲透系數(shù)按下式計算：
k t=2.3 a L /〔A (t2-t1)〕log H1 / H2 (1)
式中：a一變水頭管的斷面積(cm2)；

2.3一ln和log的變換因數(shù)；

L一滲徑(cm)；
t1，t2一分別為測讀水頭的起始和終止時間；
H1，H2一分別為起始和終止水頭。

滲透系數(shù)修正：為了消除溫度對試驗結(jié)果產(chǎn)生的影響，根據(jù)試驗時的水溫，按下式計算標(biāo)準(zhǔn)溫度下的滲透系數(shù)k 20：

k 20= k T η T / η 20 (2)
式中：k 20一標(biāo)準(zhǔn)溫度時試樣的滲透系數(shù)(cm/s)；
η T一T0C時水的動力粘滯系數(shù)(kPa·s)；
η 20一200C時水的動力粘滯系數(shù)(kPa·s)。


3.2 試驗結(jié)果分析

試驗結(jié)果表明：水泥土攪拌法對于黏性土(第④，⑤1-2，⑥層)與砂性土(第⑦1-1，⑦1-2⑦2層)的滲透加固效果明顯不同。


3.2.1 黏性土層加固效果

對試驗結(jié)果整理分析后發(fā)現(xiàn)，對于黏性土，水泥土攪拌法對土體的抗?jié)B性能并未起到改善作用。相反，與原狀土相比，各層土滲透系數(shù)均有所增大。如圖2和圖3所示(兩圖中左→右依次為④、⑤1-2、⑥層)。


從圖2和圖3中可以看出，無論是水平滲透系數(shù)還是垂直滲透系數(shù)都較原狀土有不同程度的增大，特別是第④層土增大程度更加明顯。對比而言，三個土層水平滲透 系數(shù)的增大較垂直滲透系數(shù)的增加要明顯。這種現(xiàn)象在國內(nèi)其他工程中也曾出現(xiàn)過。結(jié)合取芯試樁參數(shù)(見表2)及芯樣描述(見表3)，可以推測：在黏土層范圍 內(nèi)抗?jié)B性能無改善的原因是施工過程破壞了原狀黏性土層致密結(jié)構(gòu)，而由于土自身的黏性使得對該范圍土層攪拌不均勻、不充分，出現(xiàn)局部漿液富集和黏土成塊的現(xiàn) 象，形成的水泥土固結(jié)體不如原狀土結(jié)構(gòu)致密，從而造成滲透系數(shù)的增大。因此，為確保黏性土層水泥土攪拌樁的施工質(zhì)量，必須要加強(qiáng)施工管理，提高工藝水平， 根據(jù)土層調(diào)整施工參數(shù)，確保攪拌均勻。這其中包括確保水泥用量，控制提升和進(jìn)尺速度，噴漿后的攪拌次數(shù)，均勻噴漿及實(shí)時監(jiān)控攪拌樁各項參數(shù)指標(biāo)等。


本工程中，雖然黏土層范圍內(nèi)滲透系數(shù)并沒有降低，但試件的滲透系數(shù)數(shù)量級仍在10-6~10-7之間。一般情況下該數(shù)量級能夠滿足建造地下設(shè)施時對土體抗?jié)B的要求。

3.2.2 砂性土層加固效果

第⑦1-1，⑦1-2，⑦2土層是本工程處理的重點(diǎn)，該范圍內(nèi)芯樣滲透試驗數(shù)據(jù)見表4~表6。

分析對比試驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：


(1) 所有水平滲透試驗樣本中，滲透系數(shù)數(shù)量級10-6的占60%、10-7的占35%、10-8占5%；所有垂直滲透試驗樣本中，滲透系數(shù)數(shù)量級10-6的占54.5%、10-7的占24.4%，而其余樣本值達(dá)到了10-8；加固后三個土層的滲透系數(shù)均值均有大幅降低，降低大約200~340倍，數(shù)量級由原來的l0-4，降低到了10-6，l0-7?？梢?，水泥土攪拌法改善砂性土層抗?jié)B性能的效果是非常顯著的。


(2) 加固區(qū)不同位置加固體滲透系數(shù)的變異系數(shù)除個別土層較小，其余數(shù)值都比較大。同一個鉆孔不同芯樣滲透系數(shù)變異系數(shù)較大，即滲透系數(shù)值的離散性較大。這說明 同一根樁、同一土層水泥土固結(jié)體質(zhì)量不均勻。該工程中水泥土攪拌法對砂性土層抗?jié)B性能的改善效果不夠平均，需總結(jié)經(jīng)驗，提高工藝水平，保證同土層施工效果 的平均性。






4 結(jié)語

(1) 雖然超深攪拌樁加固性能尚可，但仍然存在不均勻性。這是因為黏性土自身的黏性使得該范圍土層較難攪拌均勻，出現(xiàn)局部漿液富集和黏土成塊的現(xiàn)象，從而造成加固后滲透系數(shù)的增大，導(dǎo)致抗?jié)B性能改善效果不理想。

(2) 用水泥土攪拌樁法處理上海地區(qū)第⑦層砂性土層，能明顯降低加固區(qū)抗?jié)B系數(shù)，提高該區(qū)域的抗?jié)B性能，有效起到止水作用。然而，在黏性土、砂性土中，加固后的抗?jié)B性同樣存在不均勻性，且同土層加固體滲透系數(shù)離散性較大。

(3) 本工程中，長度超過40m的水泥土攪拌樁的成功應(yīng)用，證明了上海地區(qū)具備了應(yīng)用超深水泥土攪拌法的機(jī)械設(shè)備條件和技術(shù)水平。但黏性土加固后滲透系數(shù)的增加 及砂土加固后滲透系數(shù)較大的離散性說明超深水泥土攪拌樁的施工工藝還有待進(jìn)一步改進(jìn)，要不斷積累經(jīng)驗，進(jìn)一步提高工藝水平和施工質(zhì)量。

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文章來源： 永年加固公司
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