深层搅拌桩桩顶处于软弱土层中处理措施的探讨

工业技术　深层搅拌桩桩顶处于软弱土层中处理措施的探讨　朱庆　（江海职业技术学院土木系　江苏扬州　２２５　１　０１）　摘要：阐述了深层搅拌桩在软弱土层中的处理方法。介绍了深层搅拌桩湿法施工在处理桩顶处于淤泥质土层时，以试验为基础，通过改　变水泥掺入量，调整水泥浆分配　优化施工工艺，使水泥与淤泥质土充分搅拌，获得承哉力较高的深层搅拌桩与天然地基形成的复合地基　关键词：深层搅拌桩　淤泥质土　试桩　施工工艺　中图分类号：ＴＵ４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—３７９１（２０１１）１２（ｂ）一００７０—０２　深层搅拌桩加固软土地基时利用水泥　４．８９ｍ，场区内普遍分布。第４层为粉土夹粉　考虑到本工程规模较大，且本工程桩长较　或石灰等材料作为固化剂，通过深层搅拌　砂，承载力特征值ｆａｋ＝ｌ４０ｋＰａ，层厚１．２０ｍ～　大，部分达到了２２．６ｍ，超过了规范中不宜　机械在地基深部就地将软土与固化剂原位　２．８０ｍ，场内普遍分布。第５层为粉土夹粉　超过２０ｍ的要求，故此施打了９根工艺试桩，　强制搅拌，利用软土与固化剂之间发生的　砂、粉质粘土，夹淤泥质土，承载力特征值　一系列物理与化学反应使软土凝结硬化形　ｆａｋ＝ｌ２０ｋＰａ，层厚５．６０ｍ～７．５０ｍ，平均层厚　成强度高且水稳定性好的水泥土，并与天　６．２６ｍ，场内普遍分布。第６层为粉细砂夹粉　然地基共同组成承载力较高，压缩性较低　土，承载力特征值ｆａｋ＝ｌ８０ｋＰａ，层厚８．７０ｍ～　的复合地基。由于其无噪音、无振动、无污　１５．２０ｍ，平均层厚Ｉ１．７８ｍ，场内普遍分布。　染、功效高、成本低等优点，在建筑工程中　以下土层土质较好、承载力较高，在此不进　已得到越来越广泛的使用。尤其适用于加　行赘述。　固较深厚的淤泥、淤泥质土、粉土以及含水　１．２设计概况　率较高、塑性指数较低、承载力不大于　搅拌桩设计桩径为６５０ｒａｍ。设计有效桩　１　２０ｋＰａ的粘性土地基，对超软土效果更加　长：工程桩ｌ６．６ｍ～２２．６ｍ，共３９ｌ０根，要求　显著。　进入第６层土不小于１ｍ。抗液化桩设计有效　扬州某图书馆工程，设计采用水泥土　桩长为６．５ｉｎ～７．５ｍ，要求进入第５层土不　深层搅拌桩（湿法）复合地基。　小于ｌｉｎ。设计水泥掺入量不小于ｌ６％，外掺　剂为生石膏粉，用量为水泥用量的２％。设计　１工程概况　要求加固后的负荷地基承载力特征值ｆｓｐｋ　１．１工程地质概况　为：主楼≥２１０ｋＰａ，附楼≥ｌ　５０ｋＰａ。单桩承　场地原位农田，地势平坦，地面标高５．２０ｍ～　载力特征值Ｒａ≥ｌ７５ｋＮ。搅拌桩桩身水泥　５．８０ｍ。根据地基土的组成、特性及埋藏条　土９０ｄ室内土工试验无侧限抗压强度值≥　件，并结合工程特点，场地地基土体上部为　１．７６ＭＰａ。有效桩顶标高：主楼一６．Ｏ００ｍ，附　人工活动层，其次为长江近代冲击层。地基　楼一５．７００ｍ。　土自上而下课分为ｌｌ层，白上而下概述如　下：第１层为耕作土，含植物根系及有机质，　２工艺性试桩　均匀性差。承载力特征值ｆａｋ＝７０ｋＰａ，层厚　深层搅拌桩施工是借搅拌头将水泥浆　１．００ｍ～２．１５ｍ，平均层厚１．４０ｍ，场区内普　和软土强制拌和。搅拌次数越多，拌和越均　遍分布。第２层为粉土，局部夹薄层粉质粘　匀，水泥土的强度也超高。但是搅拌次数越　土，承载力特征值ｆａｋ＝ｌ２０ｋＰａ，层厚１．００ｍ～　多，施工时间也越长，工效也越低。试桩的　２．３５ｍ，平均层厚１．８ｌ　ｍ，场区内普遍分　目的是为寻求最佳的搅拌次数、确定水泥　布。第３层为淤泥质粉质粘土与粉土互层，　浆的水灰比、泵送时间、泵送压力、搅拌机　含腐殖物，局部夹粉砂薄层，承载力特征值　提升速度、下钻速度以及复搅深度等参数，　ｆａｋ＝７ＯｋＰａ，层厚３．５０ｍ～５．７０ｍ，平均层厚　以指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工。　表１　序号　水泥等级　掺入量　外加剂　位置　龄期　试验值（ＭＰａ）　１　ｌ６％　７ｄ　Ｏ．２６　０．２４　２　Ｐ．Ｏ３２５　ｌ８％　生石膏粉水泥用量的２％　３层土　７ｄ　０．４２　０．４９　３　２０％　７ｄ　０．５５　０．５３　表２　序号　水泥等级　掺入量　外加剂　位置　龄期　试验值（ＭＰａ）　１　２２％　７ｄ　０．７９　０．７８　２　Ｐ．０３２．５　２４％　生石膏粉水泥用量的２％　３层土　７ｄ　０．８４　０．８５　３　２７％　７ｄ　０．７２　７Ｏ　科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２．１试桩工艺如下　（１）ｌ＃２＃３＃桩采用２０％（体积比）水泥　掺入量，“六搅三喷”工艺。　（２）４＃５＃６＃桩采用１６％（体积比）水泥　掺入量，“四搅二喷”工艺。　（３）７＃８＃９＃桩采用１　８％（体积比）水泥　掺入量，“四搅二喷”工艺。　（４）所有试桩水灰比控制在０．５５以内；　（５）泥浆比重控制在１．７６以上。　（６）从自然地面开始打桩，待龄期满３０ｄ　后，开挖至设计桩顶进行静荷载测试。　２．２待３０ｄ龄期后。进行了静载荷试验，试验　结果如下　（１）ｌ＃桩实测最大荷载为２ｌ０ＲＮ，累计　沉降量４３．６３ｍｍ；单桩试验点实测Ｑ—Ｓ曲线　在２１０ｋＮ时出现明显陡降，故可判定单桩　极限承载力为上一级荷载值１　７５ｋＮ。　（２）２＃桩实测最大荷载为１　７５ｋＮ，累计　沉降量４８．３０ｍｍ；单桩试验点实／￣ＩＱ－Ｓ曲线　在ｌ　７５ｋＮ时出现明显陡降，故可判定单桩　极限承载力为上一级荷载值ｌ４０ｋＮ。　（３）鉴于以上结果，可认定试桩已不能　达到设计要求，故停止测试　３原因分析　３．１对地质勘探资料的分析　地质勘探报告表：场地地基土体表层　为人工活动层，以下为长江冲洪积层，以粉　土及粉质粘土为主，应较适合深层搅拌桩，　但其中第３层为淤泥质粉质粘土与粉土互　层，含腐殖物，饱和，ｆａｋ＝７０ｋＰａ，从黄海高　程２．４０ｍ～３．０４ｍ普遍分布。其余土层地质　情况良好。显然，３层土为软弱层，众所周知　深层搅拌桩桩顶端强度对桩承载力影响最　大，而本工程桩顶正处在第３层中，故桩顶　地基承载力不足是导致试桩强度达不到设　计要求的根本原因。　３．２试桩抽芯取样分析　对未进行试压的３＃试桩采取抽芯取　样，发现仅桩顶部分发生明显破坏，桩身的　中下段均完好，且强度较高，考虑到钻芯取　样对桩身的扰动，故该试验仅做分析参考。　３．３水泥土试块分析　（下转７２页）　工业技术　成型轮组的位置，使设备的部分机构不共　线，产生侧向力，造成辊型梁侧弯（图２）。　辊型机料卷的位置、校平导料轮的位　但在此侧弯范围内，辊型梁可安全通过三　面冲，三面冲在结构上，保证了，纵梁进入　冲模座，冲孔时，避免碰撞冲模座。在辊型　梁Ｘ、Ｙ方向对纵梁腹面、翼面由导向轮定　置、辊型导料轮的位置、辊轮组的位置。经　过调整，四部分机构已基本对称分布在设　备理论中心线两侧，已最大限度消除了辊　型过程中产生的侧向力，但如上所述的辊　３辊型纵梁问题的处理方法　（１）重新调整送料导向轮及辊型轮组，　位导人，在辊型梁侧弯值改善后的情况下，　使这些部分的轴线对设备的理想中心线对　型梁撞机床原因难以控制，几此种种因素　是不会撞击三面冲机床的。　称分布；（效果是辊型梁翼面不等高现象已　的存在，纵梁撞击冲模座的潜在风险还会　综上所述，为了避免纵梁在进入三面　消除）。　（２）加强操作工培训，明确在辊型过程　中不允许调整导向轮数值。　（３）将三面冲冲模座倒角，使辊型梁容　易进入三面冲的冲模座之间。　有（表１）。　结论：只有设备异常才有纵梁撞击冲　模座的潜在风险。　（２）型梁侧弯。　经过上述措施，已经把辊型梁侧弯值　冲设备冲孔时撞击机床，造成设备故障，最　关键的是辊型设备的工作状态以及纵梁在　辊型阶段的质量控制。　参考文献　４现生产状态　（１）辊型梁撞机床仍未完全消除。　由２２降低到２ｍｍ～９ｒａｍ，任意２ｍｍ长度范　【１］祁三中．重型车车架纵梁加工工艺技术　围内最大侧弯值１．５ｍｍ，虽辊型梁侧弯值　的研究与工业化…．装备维修技术，２０１０　并未完全达成必达目标，即侧弯值＝５ｒａｍ，　表１　（３）．　［２】王先进．冷弯型钢生产及应用［Ｍ】．北　辊型梁偶发性撞床因素　辊型梁端头开口大　辊型梁前瑞塌头　辊型梁局部出现突变、鼓包　三面冲凹模螺钉松动，使凹模　高度高于导向轮导引平面　三面冲冲头未及时回位　腹面支撑滚轮动作未到制定位置　原因分析　辊型梁经飞剪切断后，材料应力释放　辊型成型轮Ｙ向不在同一平面上　辊型梁运输过程中受到撞击　三面冲设备故障　三面冲设备故障　三面冲设备故障　风险分析　偶发性　偶发性　偶发性　偶发性　偶发性　偶发性　京：冶金工业出版社，ｌ９９４．　【３］张新生，刘长勇，杨毅勇．汽车纵梁冷弯　成形生产线的研制［Ｊ］．锻压装备与制造　技术，２００６，２．　［４］吕庆存．数控冲孔生产线在车架纵梁加　工中的应用【Ｊ】．锻压装备与制造技术，　２０１１，２．　（上接７Ｏ页）　在工艺性试桩前，按不同掺入量分别　的提高影响并不明显，相反的水泥无法充　分与土体结合，造成材料的严重浪费，所以　本工程中水泥掺入量不应高于２７％。　（２）３层土为软弱层，所以其中水泥掺入　量应不低于２２％，否则无法达到设计强度。　（ＪＧＪ７９—２００２）第１　１．３．６条采用“四搅二喷”　工艺。考虑到本工程水泥掺入量较高，为确　保水泥与土的充分结合拌合，本工程在原　“四搅二喷”工艺上调整为以下几点。　（１）搅拌机械就位、调平。　（２）搅拌喷浆下沉至设计加固深度。　（３）边喷浆、边搅拌提升至预定停浆面。　（４）重复搅拌下沉至设计加固深度。　（５）搅拌提升至预定的停浆面。　（６）关闭搅拌机械，移机。　制作了水泥土试块，结果汇总如下（表１）。　设计要求搅拌桩桩身水泥土９０ｄ室内　土工试验无侧限抗压强度值≥１．７６ＭＰａ，　根据水泥土强度经验推算公式ｆｃｕ９０＝（２．３７～　３．７３）Ｘｆｃｕ７，本工程中ｆｃｕ９０为１．７６ＭＰａ，系　（３）考虑到本工程采用大开挖坑内施工　桩基，采用轻型井点降低地下水位，为提高　数若取中间值３．０，则相应推算出７ｄ龄期水　工程质量保险系数，且为提高施工速度。根　据《软土地基深层搅拌加固法技术规程》　泥土抗压强度应为：　ｆｃｕ７＝ｆｃｕ９０／３＝１．７６／３＝０．５９ＭＰａ　（ＹＢＪ２５５－９１）第２．０．３条，决定水泥标号提　高至Ｐ．０４２．５，从而将水泥土强度进一步提　高２０％～３０％。　显然，按试桩采用的水泥掺入量是无　法达到设计要求的，水泥土抗压强度的不　因。　５结语　本工程水泥掺入量及处理深度均突破　了现行规范的使用范围。桩基经测试单桩　足是导致试桩达不到设计要求的直接原　４．２提高桩身上端强度及刚度　随着深度的加深，桩身的应力亦随之　４处理措施　递减，故桩上端是应力最大的部分，且桩头　承载力及复合地基承载力均满足设计要　测试桩沉降量均未超过２０ｍｍ，可见通　落在最软弱层上，所以对桩上端进行局部　求，根据上述分析，本工程的注意点在于　加强是合理的，但如前所述本工程中除３层　过调整水泥掺入量、调整水泥浆分配、并通　提高桩上端刚度及强度；重点在与如何解　土外，其余土层地质情况均相当良好，故仅　过合理的改变施工工艺是解决承载力不足　决软弱层强度不足；难点在于水泥与淤泥　质土的有效结合。针对这三点问题，确定了　以下处理措施。　仅为了满足桩上端的承载力而对桩身通长　的关键。同时，通过试验也可见深层搅拌桩　进行加强显然是不经济也不科学的。故将　的水泥掺入量是有一定限制的，过高并无　益于水泥土强度的提高。所以充分收集深　水泥掺入量调整为以下几点。　４．１提高软弱层水泥土强度　（１）桩身上部６ｍ范围内采用２４％水泥掺　层搅拌桩在各类土中的施工工程资料及加　强经济性分析是十分必要的。　　要提高水泥土强度，最直接的方法便　入量。（２）桩身６ｍ以下部分采用２Ｏ％水泥掺入　量。　是提高水泥掺入量，通过现场取样试验，得　到了以下试验结果（表２）。　根据以上试验结果，可得出以下结论。　（１）过高的水泥掺入量对于水泥土强度　参考文献　［１】ＪＧＪ７９－２００２．建筑地基处理技术规程　４．３优化施工工艺　本工程根据《建筑地基处理技术规程》　【Ｓ】．北京：中国建筑工业出版社，２００２．　７２　科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥｃＨＮＯＬ０ＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ