水泥攪拌樁軟基處理在吳江東太湖大堤工程中的應用

瞿洪海

【摘 要】水泥深層攪拌樁是進行軟基處理的一種有效形式。結(jié)合吳江東太湖綜合整治-1#排泥場新建大堤工程的施工情況，介紹了水泥深層攪拌樁的施工中試樁、施工準備、施工工藝流程、設計參數(shù)及要求、施工控制、質(zhì)量檢驗等控制環(huán)節(jié)。

【關鍵詞】水泥深層攪拌樁；軟基處理；應用；質(zhì)量控制

1. 前言

（1）水泥深層攪拌樁是利用水泥作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機械，在地基深部就地將軟土和固化劑強制拌和，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理-化學反應，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的優(yōu)質(zhì)地基。

（2）東太湖綜合整治工程是太湖流域水環(huán)境綜合治理的重點工程之一，也是太湖流域防洪規(guī)劃的重要組成部分。吳江東太湖綜合整治-1#排泥場新建大堤為Ⅰ級水工建筑物，部分地段地質(zhì)情況較差，軟弱地基較多，因此采用了水泥深層攪拌樁軟弱地基處理，本工程水泥深層攪拌樁直徑50cm，間距為1.5m，樁長在9m-14m之間，樁位平面呈正三角形（梅花形），工程量為16.7余萬延米。結(jié)合該工程施工實例對如何有效地控制水泥深層攪拌樁的成樁質(zhì)量，確保軟基處理的效果進行了探討。

2. 軟基處理水泥深層攪拌樁的施工

2.1 施工準備。

2.1.1 水泥深層攪拌樁施工前應準備下列施工技術資料：施工場地的工程地質(zhì)報告，土工試驗報告，室內(nèi)配合比試驗報告，水泥深層攪拌樁設計樁位圖，原地面高程數(shù)據(jù)表以及測量資料。

2.1.2 清表、整平：進行水泥深層攪拌樁施工的場地，事先應予平整，清除樁位處地上、地下一切障礙物，如原地面要清除雜草、樹根、石塊等。

2.1.3 排水：護坡道外側(cè)開挖臨時排水溝，初期不能開挖很大。堤基臨時排水溝不得與農(nóng)田排水、灌溝渠合用且施工期間不能長期積水。

2.1.4 施工機具準備，進行機械組裝和試轉(zhuǎn)運。

2.2 工藝性試樁。為了確定各種操作技術參數(shù)，在水泥深層攪拌樁大面積開工前，必須按室內(nèi)配合比進行工藝性試樁，可根據(jù)軟土層厚度選擇一處有代表性土質(zhì)情況的位置進行試樁，布樁6根。試樁應達到下列要求：

2.2.1 滿足設計水泥用量的各種技術參數(shù)。

2.2.1.1 下鉆速度，參考值V=1.0m/min。

2.2.1.2 噴漿提升速度，參考值噴漿時VP=0.3～0.8m/min，復攪時VP≤0.7m/min。

2.2.1.3 鉆頭轉(zhuǎn)動速度，參考值P=30～50轉(zhuǎn)/min。

2.2.1.4 復攪與提升時泵的工作壓力：參考值P≈1.5MPa，并根據(jù)機械類型及管道長度調(diào)整。

2.2.1.5 噴漿口處壓力：參考值0.7MPa≤P≤0.8MPa。

2.2.2 通過試樁，確定輸漿泵的輸漿量，漿液經(jīng)輸漿管到達攪拌機噴漿口的時間以及預攪拌提升速度、重復攪拌下沉、重復攪拌提升速度等施工參數(shù)。

2.2.3 水泥深層攪拌樁所用的水泥（42.5級普通硅酸鹽水泥）應符合設計要求，并有產(chǎn)品合格證，并經(jīng)室內(nèi)檢驗合格才能使用，嚴禁使用受潮、結(jié)塊變質(zhì)的加固料。

2.3 施工工藝流程。

放線定樁位→鉆機就位→檢驗、調(diào)整鉆機→正循環(huán)鉆進至設計樁深→打開高壓注漿泵→反循環(huán)提鉆并噴水泥漿→至工作基準面以下0.3m→全程復攪一次（如整樁設計漿量還有剩余，應在復攪中繼續(xù)噴完）→反循環(huán)提鉆至地表→關閉攪拌機械→移至下一樁位繼續(xù)施工。

2.4 設計參數(shù)及要求。

2.4.1 水泥摻入比>18%。

2.4.2 室內(nèi)配合比設計。

28d無側(cè)限抗壓強度：qu≥1.2MPa

60d無側(cè)限抗壓強度：qu≥1.6MPa

90d無側(cè)限抗壓強度：qu≥1.7MPa

2.4.3 現(xiàn)場質(zhì)量檢測。

28d取芯強度：R28≥1.2MPa

90d取芯強度：R90≥1.7MPa

單樁承載力>80KPa

2.5 進場樁機、設備要求。

2.5.1 進場設備嚴禁使用非定性產(chǎn)品或自行改裝的設備；進場樁機應有能顯示鉆桿鉆進時電流變化的電流表，裝備水泥漿量檢測記錄儀器，儀器性能良好。包括：樁深度測量；漿液流量測量。電磁流量計、深度測量儀等檢測記錄，設備進場前必須經(jīng)當?shù)赜嬃坎块T或生產(chǎn)廠檢驗標定并鉛封；并有當?shù)赜嬃坎块T檢測的證書。

2.5.2 進場樁機使用的鉆頭必須為3層漿葉共計6片，為使樁頭成型較好，需在攪拌葉片下部端頭加焊抓頭；輸漿管必須使用整管，避免出現(xiàn)接頭，不利于漿液的輸送或出現(xiàn)壓漿時爆管現(xiàn)象。

2.5.3 要求每臺樁機都要配備一臺泥漿比重儀，并要有當?shù)赜嬃坎块T的檢測證書，以便于隨時檢查漿液的比重；漿液攪拌桶都必須標有標準的刻度，以便控制水的用量，鉆機導向架內(nèi)外側(cè)都必須有標度尺，標度尺要與樁架顏色成反色，以便隨時明了下鉆深度。

2.6 深層攪拌樁施工工藝操作細則。

2.6.1 施工技術要求。

2.6.1.1 根據(jù)工藝試樁確定的各種操作技術參數(shù)制定施工要點，現(xiàn)場操作人員必須嚴格遵守，各項技術參數(shù)如下：

（1）按規(guī)定的水灰比注入水和規(guī)定比例的水泥并充分攪拌，攪拌時間必須大于4分鐘方可過濾至噴漿池。

（2）下鉆噴漿速度控制在0.8m/min之內(nèi)，下鉆時要保證漿液輸送到鉆頭處。

（3）下鉆至設計樁深時停噴漿泵。

（4）提升速度控制在1.0m/min之內(nèi)，以利于漿液和土層的充分拌和；操作人員要時刻注意壓力、噴漿量、鉆進速度、提升速度等有關參數(shù)的變化，并做好施工原始記錄。

2.6.1.2 嚴格控制鉆孔下沉、提升速度、噴漿高程及停漿面，確保水泥攪拌樁長度和噴漿量達到規(guī)定要求及保證樁頭均勻密實。施工中如發(fā)現(xiàn)噴漿量不足，應進行整樁復打，復打的噴漿量不小于設計用量。

2.6.1.3 水泥攪拌樁要穿透軟弱土層到達強度較高的持力層，并深入硬土層50cm，持力層深度除根據(jù)地質(zhì)資料外，還應根據(jù)帶鉆進時電流表的讀數(shù)值來確定，當鉆桿鉆進時電流表的讀數(shù)明顯上升，說明已進入硬土層，如能持續(xù)50cm以上則說明已進入持力層，如探明的持力層深度與設計圖存在差異，須上報有關單位，經(jīng)確認后方可繼續(xù)施工。

2.6.1.4 攪拌機每次下沉或提升的時間必須有專人記錄，時間誤差不得大于5秒，下鉆前要有等待送漿到達鉆頭處的時間，防止出現(xiàn)下沉鉆進卻未噴漿的情況，具體時間隨機械類型與送漿管長度而變化，應由有關施工人員會同監(jiān)理確定，現(xiàn)場監(jiān)理應嚴格控制。

2.6.1.5 要求全程復攪。若遇到特殊土質(zhì)時經(jīng)監(jiān)理工程師同意后可適當縮短復攪長度，但要在記錄表中注明復攪長度、改變原因及監(jiān)理工程師的認可簽字。

2.6.1.6 噴漿壓力不宜過大，以防鉆孔淤泥向孔壁四周擠壓形成空洞。

2.6.1.7 在成樁過程中，如發(fā)生意外（如停電、機械故障等原因）導致噴漿中斷時，必須采取補噴措施，補噴重疊長度以不小于1.0m。特別困難時以電流表讀數(shù)明顯變化時為準，但在提升噴漿前要有等待送漿到達的時間，防止斷樁，否則應重新打設，新樁距報廢樁的距離不能大于樁距的15%，并填報在事故記錄中備查。所有接樁及補樁都必須報現(xiàn)場監(jiān)理認可。

2.6.1.8 對輸漿管要經(jīng)常檢查，不得泄漏及堵塞。漿噴管應保持濕潤，以利輸漿，如因故停機3小時，應拆卸輸漿管清洗，以防止?jié){液凝結(jié)堵管。

2.6.1.9 對使用的鉆頭要定期檢查，其直徑磨耗量不得大于1cm，但也不宜采用直徑大的鉆頭（以小于51cm為宜）以免樁身成型不好。

2.6.1.10 嚴禁使用無噴漿計量裝置鉆機施工和私自改裝計量裝置。

2.6.2 操作細則。

2.6.2.1 施工場地平整。

（1）平整施工場地，清除一切地面和地下障礙物，若埋深3.0m以下存在障礙物時與設計人員商量再作處理。

（2）當施工場地表面過軟時，采取鋪設路基箱的措施防止施工機械失穩(wěn)。

2.6.2.2 樁機定位。

（1）樁位放樣。由現(xiàn)場技術人員及測量人員根據(jù)設計圖紙和測量控制點放出樁位，樁位平面偏差不大于20mm。按設計要求的施工順序在地面做好樁位標志，保證攪拌樁每次準確定位。

（2）開挖溝槽。根據(jù)結(jié)構內(nèi)邊控制線，采用挖機開挖，并清除地下障礙物。開挖溝槽余土應及時處理，以保證深層攪拌樁正常施工，并達到文明施工工地要求。

（3）攪拌樁機就位。用卷揚機和人力移動攪拌樁機到達作業(yè)位置，并調(diào)整樁架垂直度達到1%以上。樁機移位由當班機長統(tǒng)一指揮，移動前必須仔細觀察現(xiàn)場情況，移位要作到平穩(wěn)、安全。樁機定位后，由當班機長負責對樁機樁位進行復核，偏差不得大于20mm。

（4）樁機垂直度校正。在樁機上焊接一半徑為5cm的鐵圈，10m高處懸掛一吊錘，利用經(jīng)緯儀校直鉆桿垂直度，使吊錘正好通過鐵圈中心。每次施工前必須適當調(diào)節(jié)鉆桿，使吊錘位于鐵圈內(nèi)，即把鉆桿垂直度誤差控制在1%內(nèi)。

2.6.2.3 水泥漿液拌制。

（1）嚴格控制水灰比，一般為0.5。水泥應抽檢，加水應經(jīng)過核定的定量容器。

（2）水泥漿必須充分攪和均勻。使用沙漿攪拌機制漿時，每次投料后攪和時間不得少于180s。注意：攪拌機時應該先加水，后加水泥充分攪拌。

（3）為改善水泥和易性，可加入適量的外加劑，尤其在夏季施工應加入適量的減水劑。

2.6.2.4 攪拌樁機鉆桿下沉與提升。證實漿液從噴嘴噴出并具有一定壓力后，啟動電動機，根據(jù)土質(zhì)情況按計算速率，放松卷揚機使攪拌頭自上而下切土拌和下沉，直到鉆頭下沉鉆進至樁底標高，在原地噴漿攪拌30s。按照攪拌樁施工工藝要求，鉆桿在提升時需注入水泥漿液。鉆桿提升速度不得大于0.5m/min，按照技術交底要求均勻、連續(xù)注入拌制好的水泥漿液，鉆桿提升完畢時，設計水泥漿液全部注完，攪拌樁施工結(jié)束。

2.6.2.5 注漿、攪拌、提升。開動灰漿泵，待純水泥漿到達攪拌頭后，按計算要求的速度提升攪拌頭，邊注漿、邊攪拌、邊提升，使水泥漿和原地基土充分拌和，提升到設計標高后再關閉灰漿泵。

2.6.2.6 成樁完畢，清理攪拌葉上包裹的土塊及噴漿口，樁位移至另一樁位施工。

2.7 施工控制。

2.7.1 項目經(jīng)理部指派專人負責水泥深層攪拌樁的施工，施工過程中監(jiān)理全程旁站。所有施工機械均應編號，應將現(xiàn)場技術員、鉆機長、現(xiàn)場負責人、水泥攪拌樁樁長、樁距等制成標牌懸掛于鉆機明顯處，確保人員到位，責任到人。

2.7.2 水泥攪拌樁開鉆之前，應用水清洗整個管道并檢驗管道中有無堵塞現(xiàn)象，待水排盡后方可下鉆。

2.7.3 為保證水泥攪拌樁樁體垂直度滿足規(guī)范要求，在主機上懸掛一吊錘，通過控制吊錘與鉆桿上、下、左、右距離相等來進行控制。

2.7.4 對每根成型的攪拌樁質(zhì)量檢查重點是水泥用量、水泥漿拌制的罐數(shù)、壓漿過程中是否有斷漿現(xiàn)象、噴漿攪拌提升時間以及復教次數(shù)。

2.7.5 為了確保樁體每米摻灰量以及水泥漿用量達到設計要求，每臺機械均應配備電腦記錄儀。同時現(xiàn)場應配備水泥漿比重測定儀，以備監(jiān)理工程師和項目經(jīng)理部質(zhì)檢人員隨時抽查檢驗水泥漿水灰比是否滿足設計要求。

2.7.6 水泥攪拌配合比：水灰比0.5、每米摻灰量60Kg、生石膏2%（水泥重）。

2.7.7 水泥攪拌樁施工采用二噴四攪工藝。第一次下鉆時為避免堵管可帶漿下鉆，噴漿量應小于總量的1/2，嚴禁帶水下鉆。第一次下鉆和提鉆時一律采用低檔操作，復攪時可提高一個檔位。每根樁的成樁時間應不少于40分鐘，噴漿壓力不小于0.4MPa。

2.7.8 為保證水泥攪拌樁樁端、樁頂及樁身質(zhì)量，第一次提鉆噴漿時應在樁底部停留30秒，進行磨樁端，余漿上提過程中全部噴入樁體，且在樁頂部位進行磨樁頭，停留時間為30秒。

2.7.9 施工時應嚴格控制噴漿時間和停漿時間。每根樁開鉆后應連續(xù)作業(yè)，不得中斷噴漿。嚴禁在尚未噴漿的情況下進行鉆桿提升作業(yè)。儲漿罐內(nèi)的儲漿應不小于一根樁的用量加50Kg。若儲漿量小于上述重量時，不得進行下一根樁的施工。

2.7.10 施工中發(fā)現(xiàn)噴漿量不足，應按監(jiān)理工程師要求整樁復攪，復噴的噴漿量不小于設計用量。如遇停電、機械故障原因，噴漿中斷時應及時記錄中斷深度。在12小時內(nèi)采取補噴處理措施，并將補噴情況填報于施工記錄內(nèi)。補噴重疊段應大于1.0m，超過12小時應采取補樁措施。

2.7.11 現(xiàn)場施工人員認真填寫施工原始記錄，記錄內(nèi)容應包括：（1）施工樁號、施工日期、天氣情況；（2）噴漿深度、停漿標高；（3）灰漿泵壓力、管道壓力；（4）鉆機轉(zhuǎn)速；（5）鉆進速度、提升速度；（6）漿液流量；（7）每米噴漿量和外摻劑用量；（8）復攪深度。

2.8 施工中應注意的問題。 根據(jù)工藝試樁確定的各種操作技術參數(shù)制定各種施工細則，供現(xiàn)場操作人員遵守，并做好施工原始記錄，同時必須注意以下各項：

2.8.1 嚴格控制鉆機下鉆深度、漿噴高程及停漿面，確保深層攪拌樁長度和水泥漿液噴入量達到設計要求。深度誤差不得大于5cm，水泥用量的誤差不得大于1%。水泥漿液應按預定的配合比拌制，并應加入外摻劑（生石膏用量為水泥的2.0%，起提高水泥強度作用），保證每根樁所需漿液一次單獨拌制完成，用完后再拌制下根樁所需漿液，并應有專人記錄每根樁長及水泥用量，漿液罐容量應不小于一根樁用灰量加50Kg，漿液罐必須采用金屬制容器。制備好的漿液不得離析，不得停置過長，超過2h的漿液應予廢棄，因此，噴漿桶內(nèi)的漿液還沒有開始噴出之前，拌漿桶不允許拌料，必須要噴漿桶的漿液開始輸送才能拌下一根樁的漿液，以免漿液停置時間過長。漿液倒入集料斗時應加篩過濾，以免漿體結(jié)塊，損壞泵體。泵送漿液前，管路應保持濕潤，以利輸漿。另外為保證攪拌的垂直度，應注意起吊設備的平整度和導向架對地面的垂直度，垂直度偏差不得大于1.5%。

2.8.2 攪拌機每次下沉（鉆進開始與結(jié)束）或提升（泵送漿開始與結(jié)束）的時間必須有專人記錄，應根據(jù)成樁實驗確定的技術參數(shù)進行施工，時間誤差不得大于5秒，提升前要有等待送漿到達樁底的時間，防止出現(xiàn)提升卻未噴漿的情況，具體時間要隨機械類型與送漿管長度而變化，應由有關施工人員會同監(jiān)理根據(jù)成樁實驗確定，現(xiàn)場監(jiān)理應嚴格控制。

2.8.3 供漿必須連續(xù)，拌和必須均勻。一旦因故停漿，為防止斷樁和缺漿，應使攪拌機鉆頭下沉至停漿面以下0.5m，待恢復供漿后再噴漿提升。如因故停機超過3h，為防止?jié){液硬結(jié)堵管應先拆卸輸送管路，清洗后備用。此根未完樁做報廢處理或在12h內(nèi)采取補噴措施，補噴重疊長度以不小于1.0m為宜。特別困難時以電流表讀數(shù)明顯變化時為準，但在提升噴漿前要有等待送漿到達的時間，防止斷樁，否則應重新打設，新樁距報廢樁的距離不能大于樁距的15%，并填報在事故記錄中備查。所有接樁及補樁都必須報現(xiàn)場監(jiān)理認可。

2.8.4 攪拌樁樁位的施工順序應按照先外圍后內(nèi)部并順序推進的原則，橋頭、結(jié)構物基礎段落攪拌樁應優(yōu)先安排施工。

2.8.5 要加強水泥操作手與鉆機操作手之間的聯(lián)系，必須每臺鉆機配一臺門鈴，加強聯(lián)絡。

2.8.6 做好水泥及石膏粉的用量臺帳，準確記錄水泥用量并保留空水泥袋進行移交，當日水泥用量臺帳時間以上午6∶00到第二天上午6∶00為一個時間段，及時上報臺帳記錄。

2.8.7 每根樁施工下鉆、提升、攪拌、復攪、水泥用量等數(shù)據(jù)都必須準確及時做好記錄，做到一根樁施工完成，相應數(shù)據(jù)及施工原始記錄同步完成，電腦打印流量票據(jù)一并打出。

2.8.8 施工中應注意的其他問題。

（1）如出現(xiàn)溶洞情況應立即用素土回填空洞，并重新下鉆噴漿進行接樁處理，重疊長度不小于1m，直到成樁為止。

（2）形成的凹坑用石灰土填平（包括樁頭取樣試坑），然后進行下道工序施工。

（3）樁施工完畢需養(yǎng)生28天，達到設計強度后才能進行路基填筑施工。

（4）樁施工必須由承包人全過程跟班管理。要求每2臺機配三名管理人員，制定詳細的質(zhì)量管理及質(zhì)量保證體系，每臺機械應安排三名機長，分別跟隨三班作業(yè)，責任到人，掛牌上崗。

2.9 質(zhì)量檢驗。水泥攪拌樁屬于隱蔽工程，如何判斷施工完成后的水泥攪拌樁是否達到設計要求，在很大程度上依賴于樁身質(zhì)量的有效檢測，對水泥攪拌樁成樁后樁身質(zhì)量的檢測是保證軟基處理達到預期效果、確保工程質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

2.9.1 檢驗方法。 水泥攪拌樁介于剛性樁與柔性樁之間，目前國內(nèi)外已嘗試用多種測試手段。

2.9.1.1 水泥攪拌樁成樁7天可采用輕型觸探法進行樁身質(zhì)量檢驗。

（1）檢驗攪拌均勻性： 用輕型觸探器中附帶的勺鉆，在攪拌樁身中心鉆孔，取出樁芯，觀察其顏色是否一致，是否存在水泥漿富集的“結(jié)核”或未被攪勻的土團。

（2）觸探試驗： 根據(jù)現(xiàn)有的輕型觸探擊數(shù)（N10）與水泥土強度對比關系來看，當樁身1d齡期的擊數(shù)N10大于15擊時，樁身強度已能滿足設計要求；或者7d齡期的擊數(shù)N10大于30擊時，樁身強度也能達到設計要求。輕型觸探的深度一般不超過4m。

2.9.1.2 水泥攪拌樁成樁28天后，用鉆孔取芯的方法檢查其完整性、樁土攪拌均勻程度及樁的施工長度。每根樁取出的芯樣由監(jiān)理工程師現(xiàn)場指定相應均勻部位，送實驗室做（3個一組）28天齡期的無側(cè)限抗壓強度試驗，留一組試件做三個月齡期的無側(cè)限抗壓強度實驗，以測定樁身強度。鉆孔取芯頻率為1%～1.5%。

2.9.1.3 如果某段或某一橋頭水泥攪拌樁取芯檢測結(jié)果不合格率小于10%，則可認為該段水泥攪拌樁整體滿足要求；如果不合格率大于10%小于20%時，則應在該段同等補樁；如果不合格率大于30%，則該段水泥攪拌樁為不合格。

2.9.1.4 對攪拌樁取芯后留下的空間應采用同等強度的水泥砂漿回灌密實。

2.9.2 外觀鑒定。

2.9.2.1 樁體圓勻，無縮頸和回陷現(xiàn)象。

2.9.2.2 攪拌均勻，凝體無松散。

2.9.2.3 群樁樁頂齊，間距均勻。

2.10 安全、文明施工的措施。

2.10.1 在施工中貫徹執(zhí)行“安全第一，預防為主”的方針和堅持“管生產(chǎn)必須管安全”的原則，結(jié)合實際情況，制定各項規(guī)章制度。

2.10.2 對參加施工人員進行安全和環(huán)保意識教育，熟知本工種各項安全技術操作及環(huán)保意識教育，遵守國家有關安全與環(huán)保方面的法令和法規(guī)。

2.10.3 操作人員上崗前，必須按規(guī)定穿戴防護用品。

2.10.4 定期檢查各項性能指標。在各危險區(qū)設立醒目標語，并不得擅自拆除。

2.10.5 施工現(xiàn)場做好工完料凈。各種工程材料堆放整齊，經(jīng)常對施工機械設備進行保養(yǎng)。

2.10.6 對環(huán)境有污染的設施和材料，應設置在遠離人員居住的較為空曠的地點。各種廢棄物要妥善處置。

3. 結(jié)語

（1）深層攪拌樁是處理軟土地基是目前最常用的方法之一，它具有設備簡單、操作方便、工藝合理、技術可靠、效果好等特點。但由于深層攪拌樁屬隱蔽工程，必須要緊抓施工環(huán)節(jié)，嚴守施工過程的管理，實行全天候，全方位監(jiān)督，以確保施工質(zhì)量達到設計要求。

（2）本工程深層攪拌樁軟基處理如果施工質(zhì)量不好，就會構成重大隱患，將直接影響到太湖大堤的整體堅固性，所以一定要貫徹“百年大計，質(zhì)量第一”的方針，確保大堤工程質(zhì)量，為東太湖綜合整治建設做出應有的貢獻！