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案例分析: 關(guān)于水泥攪拌樁的理論計(jì)算

 （陳新洋）

      七浦塘拓浚整治工程常熟段五標(biāo)河道工程護(hù)岸地基處理采用水泥攪拌樁，以型式三為例，水泥攪拌樁樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)為6米， 樁頂設(shè)計(jì)高程為1.5米，樁直徑為60cm，水泥摻量α_c為土體質(zhì)量的15%。根據(jù)工程地質(zhì)資料，軟土為3₁層土為灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，天然含水率為ω=37.5%,濕密度為ρ=1.85g/cm³，土粒比重為G_S=2.74，經(jīng)檢測(cè)中心配合比驗(yàn)證，水灰比=0.5，7天強(qiáng)度0.78MPa，28天水泥土強(qiáng)度為1.42MPa。

      問題1、檢測(cè)中心提供的試驗(yàn)報(bào)告軟土天然密度為1.80g/cm³，與地質(zhì)勘探報(bào)告提供的1.85g/cm³不一致，問在進(jìn)行水泥摻量計(jì)算時(shí)選取哪個(gè)數(shù)據(jù)？

      在進(jìn)行水泥土配合比試驗(yàn)驗(yàn)證水泥土強(qiáng)度時(shí)，要求所取土樣要有代表性，要取最軟弱土層土樣，土樣要求為Ⅰ級(jí)不擾動(dòng)土樣，在取樣方法、密封、貯存和運(yùn)輸都有相對(duì)嚴(yán)格的要求，要求鉆孔取樣，立即用聚氯乙烯塑料袋密封保存，運(yùn)輸無振動(dòng)，4小時(shí)內(nèi)即開始試配試驗(yàn)等。實(shí)際上3₁層土頂高程在增高 2.0米左右，離地面2米多，人工取樣有點(diǎn)難度，而且取樣和送樣過程難免擾動(dòng)，所以難免影響試驗(yàn)的準(zhǔn)確性；而且地基中的土體處于三軸應(yīng)力狀態(tài)，土樣取出后存在應(yīng)力釋放現(xiàn)象，土體天然密度會(huì)發(fā)生變化；一般采用水泥攪拌樁處理的地基都為軟土，其靈敏度較高，擾動(dòng)時(shí)土體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞后，與原狀土差異較大。所以建議優(yōu)先選取地質(zhì)資料中的土體濕密度，相對(duì)比較準(zhǔn)確。實(shí)際上試驗(yàn)室在進(jìn)行水泥土強(qiáng)度試驗(yàn)直接稱量土樣和水泥等原材料的質(zhì)量，并沒有采用濕密度進(jìn)行體積對(duì)質(zhì)量的換算，所以一般不會(huì)影響水泥土強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果。

      問題2、每米樁長(zhǎng)水泥用量是多少？

m_c=1000πr²hραc=3.14*0.3*0.3*1*1.85*1000*15%=78.4kg

      問題3、每米樁長(zhǎng)水泥漿用量是多少kg？

M_c+w=m_c（1+W/C）=78.4*（1+0.5）=117.6kg

      問題4、水泥漿的比重是多少？（P.O42.5水泥比重為3.1g/cm3）

      方法一：假設(shè)水泥漿體積為1立方，一立方水泥漿中水泥含量為xkg，x/3.1+0.5*x/1=1000  x=1215kg  用水量=0.5*1215=608kg

ρ_c+w=(1215+608）/1000=1.82g/cm3

     方法二：假定水泥漿中水泥用量為1g，則用水量為1*0.5=0.5g

ρ_c+w=(m_c+m_w）/(V_c+V_w)=(1+0.5）/（1/3.1+0.5/1）=1.82g/cm3

      問題5、每米樁長(zhǎng)水泥漿用量是多少升？

V_c+w=m_c+w/ρ_c+w =117.6/1.82=64.6L

      問題6、每根樁長(zhǎng)水泥用量是多少？

      根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-2012規(guī)定停漿面應(yīng)高于樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高500mm，m_樁c =m_c*（h+0.5）=78.4*（6+0.5）=509.6kg

      問題7、每根樁水泥漿用量是多少kg？

m_樁c+w=m_c+w*（h+0.5）=117.6*（6+0.5）=764.4kg

     問題8、每根樁水泥漿用量是多少升？

方法一：V_樁c+w = V_c+w （h+0.5）=64.6*（6+0.5）=419.9L

方法二：V_樁c+w = m_c+w /ρ_c+w =764.4/1.82=420L

      問題9、工程使用UB3型灰漿泵，額定流量為3m3/h,效率系數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定約為0.6，問噴漿時(shí)間是多少？

T= V_樁c+w /(Q*η*1000/60)=419.9/(3*0.6*1000/60)=14min

      問題10、求四攪二噴工藝中噴漿時(shí)的平均鉆進(jìn)速度？

V=2*(h+0.5)/t=6.5*2/14=0.93m/min

      問題11、是上行噴漿還是下行噴漿？

      關(guān)于是上行噴漿還是下行噴漿，《建筑地基處理規(guī)范》JGJ79-2012沒有要求，只是要求成樁工藝通過試樁確定。目前一般資料都是采用四攪二噴上行噴漿的施工方案。這是因?yàn)榈谝淮蜗滦袛嚢枋瞧鹚蓜?dòng)土層的作用，第一次上行噴漿土體易于水泥漿攪拌均勻，而且一般上行的速度相對(duì)于下行比較均勻，下行由于土層有變化如相對(duì)土層較硬往往會(huì)出現(xiàn)進(jìn)尺較慢的情況，從而不能保證進(jìn)尺的均勻性，從而不能保證噴漿的均勻性。實(shí)際施工操作由于下行時(shí)不噴漿往往出現(xiàn)噴漿嘴堵塞的情況，等上行需要噴漿時(shí)漿液已經(jīng)噴不出來，需要重新提鉆桿處理，重新開鉆，施工效率大大受到影響。目前工藝和設(shè)備已進(jìn)行了改良，改為在下行時(shí)直接噴漿，噴漿口也調(diào)整布置在攪葉的下口。并通過工程試樁證明滿足要求。

      問題12、估算一下水泥攪拌樁抬土高度？

      現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，鉆樁結(jié)束后水泥攪拌樁出現(xiàn)抬土現(xiàn)象，擴(kuò)散范圍為一個(gè)半徑左右。h=V_c+w/(1000π（2r）²)=419.9/(3.14*0.6*0.6*1000)=0.37m。

      問題13、水泥土強(qiáng)度設(shè)計(jì)何時(shí)選用28天強(qiáng)度和90天強(qiáng)度？

      水泥土的強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)而增大，在齡期超過28天后，強(qiáng)度仍有明顯增長(zhǎng)，超過90天后，水泥土強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢。為了降低工程造價(jià)，對(duì)承重?cái)嚢铇对噳K都取90天齡期為標(biāo)準(zhǔn)齡期。對(duì)起支擋作用承受水平荷載的攪拌樁，考慮開挖工期影響，水泥土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)可取28天齡期為標(biāo)準(zhǔn)齡期。

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