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浅谈地质条件对深层搅拌桩成桩质量的影响 |
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时间日期：2011-9-15 已被阅读次：[7633] |
佛山市佛利建设工程有限公司 罗啟钜
[摘 要] 根据工程实例，阐述地质条件对搅拌桩成桩质量的影响。
[关键词] 深层搅拌桩 加固机理 地质条件 软硬土层
1、深层搅拌桩的应用现状
深层搅拌桩具有施工快、成本低,对周边环境及相邻建筑物影响较少，成桩后具有一定的强度和防渗稳定性，被广泛应用于形成复合地基、支护结构、防渗帷幕等。
深层搅拌桩是利用深层搅拌机,沿深度方向将软土与固化剂(水泥浆或水泥粉、石灰粉,外加一定量的掺合剂)就地进行强制搅拌,使土体与固化剂发生物理化学反应,形成具有一定整体性和一定强度的加固体。这种地基处理技术适用于处理包括淤泥、淤泥质土、粉土、砂性土、泥炭土等各种成因的饱和软粘土, 含水量较高且地基承载力标准值不大于120KPa的粘性土等地基。深层搅拌桩所用固化剂种类较多,有水泥类、石灰类、粉煤灰类、沥青类、泥浆类、化学材料类等,但最常用的仍然是水泥类,因此具有取材便利、适用土质范围广泛、加固后所形成的水泥土强度高、稳定性好等特点。
2、加固机理
深层搅拌加固原理是基于水泥加固土的物理化学反应过程。在水泥加固土中，由于水泥的掺量不大，仅占被加固土重的5％～20％，水泥的水解和水化反应完全是在具有一定活性的介质——土的围绕下进行，硬凝速度缓慢且作用复杂。目前初步认为，水泥加固软土主要产生下列反应。
（1）、水泥的水解和水化反应。水泥遇水后，颗粒表面的矿物很快与水发生水解和水化反应，生成氢氧化钙、含水硅酸钙、含水铝酸钙与含水铁酸钙等化合物。其中前两种化合物迅速溶于水中，使水泥颗粒新表面重新暴露出来，再与水作用，这样周围水溶液就逐渐达到饱和。当溶液达到饱和后，水分子虽继续深入颗粒内部，但新生成物已不能再溶解，只能以细分散状态的胶体析出，悬浮于溶液，形成凝胶体。
（2）、离子交换和团粒化作用。土体中含量最多的二氧化硅，遇水后形成硅酸胶体微粒，其表面带有钠离子Na＋和钾离子K＋，它们能和水泥水化生成的氢氧化钙中的钙离子Ca＋＋进行当量离子交换，这种离子交换的结果，使大量的土颗粒形成较大的土团粒。水泥水化后生成的凝胶粒子的比表面积，约是原水泥的比表面积的1000倍，因而产生很大的表面能，具有强烈的吸附活性，能使较大的土团粒进一步结合起来，形成水泥蜂窝结构，并封闭各土团之间的空间，形成坚硬的联体。（3）硬凝反应。随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量的钙离子Ca＋＋，当钙离子的数量超过上述离子交换的需要量后，则在碱性的环境中，使组成土矿物的二氧化硅及三氧化铝的一部分或大部分与钙离子进行化学反应，随着反应的深入，生成不溶于水的稳定结晶矿物，这种重新结合的化合物，在水中和空气中逐渐硬化，增大了土的强度，且由于水分子不易侵入，因而具有足够的稳定性。
3、工程实例和地质条件
西樵海舟水闸位于樵桑联围南海区西樵镇西堤8＋065处，主要负责大南片的引排水任务。其主体的地基处理，经方案比选后采用搅拌桩复合地基，设计桩径Φ500，桩顶平底板底，桩顶高程参照工程量清单表，位于齿墙处的搅拌桩，桩顶相应减低到齿墙底，总工程量约10000m。其中施工要求如下：①基础底面预留500厚原样土，搅拌桩施工到地面，开挖基坑时，应将上部质量较差桩段挖去；②采用425＃普通硅酸盐水泥，每米桩渗入70kg水泥，搅拌浆液水灰比按0.45～0.5控制；③施工时施喷下沉及提升速度少于0.8米/分，每条桩上部0～3米段至少重复搅拌一次。
根据岩石工程勘察报告，本工程地层主要为：①、场地土属软弱土类型，建筑场地类别为Ⅱ类；②、场地内第 （2）层淤泥质土与粉砂互层，为高压缩性软弱土层，为不良堤基土，属对建筑抗震不利地段；③、场地内的地下水主要赋水层为第四系砂土层，即第（3）～（5）层，含水量较丰富，与河水有一定的水力联系；④、当发生烈度为7度的强烈地震时，第（3）层粉砂层当呈松散状时可能会发生液化，其液化等级为轻微；⑤、第（3）层粉砂土易发生过渡型或管涌的渗透变形；第（4）层中砂土易发生管涌或过渡型渗透变形，属不良地址现象，对建筑抗震不利；⑥、地下水主要赋存于第四系砂土层，具有中透水性，与河涌水有一定的水力联系，水量较丰富。
4、地质条件对成桩质量的影响
淤泥和淤泥质软土中常常含有有机质，高有机质土是工程中的棘手问题。有机质的存在会使土体具有较大的水溶性、塑性膨胀性、低渗透性和一定的酸性，且能吸附钙离子，这些特性的严重地阻碍水泥发生水化反应和加固土强度的增长。且软土在地层分布形式上经常存在成层不均匀的情况，时常会出现交错层理和透镜体，有些不连续土层甚至直接露出地表，具有大孔隙比、高含水量及高压缩性、抗剪强度低、固结系数低等特点，易产生蠕动、不均匀沉降及侧向滑移等不良工程地质现象。
本工程采用深层搅拌桩复合地基处理技术，桩径为500mm，桩长约为8.0m，水泥强度为42.5R，用量为70kg/m ,采用四搅双喷法，采用SP－5I型深层搅拌桩机施工。
因本工程地下水比较丰富，且有一定的水压力，经现场监理单位同意，我施工方在内涌引水渠EF段进行搅拌桩施工时，将搅拌桩机的施工平台提高1.5m（规范要求基础底面以上宜预留500mm厚的土层，搅拌桩施工到地面，开挖基坑时，应将上部质量较差桩段挖去）。待我方完成本段的施工任务进行搅拌桩轻便触探试验时（桩身龄期达到天）发现，本施工段基础土质为含水率较大的陶瓷黄泥土，建基面以下1.5m没有搅拌桩成桩，且出现管涌现象。我方随即向建设单位查阅相关历史资料，记载该段为樵桑联围险段，以前曾出现缺堤现象，后来回填土后兴建房屋。我方分析其原因可能是土的塑性较高，膨胀性增大，渗透性力降低，从而使水泥土强度降至很低水平，导致无法固结，影响水泥水化反应的进行，从而降低加固土的强度。
根据上述情况，我方提出进行基础处理的设计修改变更，得到设计院的同意，并作出以下修改：（1）该段增加回填中粗砂1m的基础处理，分层填筑，并振实；（2）该段建筑物外1m范围设计轻型井点降水10个，减少地下水压力对基础施工的影响。我方按照设计变更要求完成该段的基础处理施工，并邀请设计单位、监理单位和业主对基础处理施工进行联合验收，作出以下验收结论：该段已无出现管涌现象，并且基础换填砂的密实度满足设计要求，同意进行下一道工序的施工。
西樵海舟水闸工程现已按设计完成全部施工任务，内涌引水渠EF段出现较少的沉降量，但并没有出现不均匀沉降，满足工程使用要求。
5、结论
水泥土搅拌桩施工工期短，无公害（震动、噪声、排污和挤压），造价低，适应范围广，对防止地基液化有很大作用，加固后附加沉降较少，得到设计人员和业主的认可，因而其应用越来越广，但影响搅拌桩施工质量的因素有很多，应用中注意以下问题：
（1）、对于要进行地基处理的施工段，工程地质勘察院要进行针对性的地质勘测，为减少以后的工程建设投资增加。
（2）、施工应连续进行，且注意搅拌均匀，提升和下沉速度不得太快。为保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量，第一次提钻喷浆时应参照仪表上面的电流表读数判断是否已进入持力层，桩底必须进入持力层0.5m，然后在桩底部停留30秒，进行磨桩端，余浆上提过程中全部喷入桩体，且在桩顶部位进行磨桩头，停留时间为30秒。
（3）、尽量采用喷浆法施工工艺，以免因喷粉搅拌不均匀而产生质量事故。水泥搅拌桩施工采用二喷四搅工艺。第一次下钻时为避免堵管可带浆下钻，喷浆量应小于总量的1/2，严禁带水下钻。第一次下钻和提钻时一律采用低档操作，复搅时可提高一个档位。每10米桩的正常成桩时间应大概为32.5min，注浆压力不小于1.5MPa。
（4）、未固结的填土、粘性土不宜采用搅拌法加固，因该类土会对加固体产生负摩擦力，降低加固体的承载力。
参考文献：
[1]李芳.影响软土地基粉喷桩质量的地层与土质因素【J】.公路交通科技，1996，（3）：16－20.
[2]黄新.水泥土加固机理初探【J】.岩土工程学报，1994，（11）.
[3]JGJ94－94 建筑桩基技术规范
[4]JGJ106－2003 建筑桩基检测技术规范
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