水泥攪拌止水帷幕樁不成樁原因及成功解決途徑

杜開福，焦紹林

（重慶建工集團(tuán)總承包公司，重慶 401122）

引言

在淺層水位地區(qū)，進(jìn)行基坑開挖前，基坑周邊可用水泥攪拌止水帷幕樁方式，將水?dāng)r在外面，保證基坑后續(xù)施工；水泥攪拌止水帷幕樁是一種成熟工藝，是土和水泥攪拌形成強(qiáng)度，把基坑內(nèi)外水隔離。該工程沒有搞清楚所攪拌的土質(zhì)成份和試驗，就盲目用普通水泥、濕法工藝（常規(guī)作法）進(jìn)行施工，使得鉆的347根樁不成樁，達(dá)不到止水效果，成為了報廢樁后才將土質(zhì)進(jìn)行檢驗分析；檢驗分析結(jié)果為泥碳土，然后再根據(jù)泥碳土的特點、水泥的主要特性、水泥的等級、摻量、攪拌的工藝、攪拌參數(shù)等進(jìn)行了9組試驗。試驗結(jié)果以水泥為礦渣水泥、水泥等級為425R、水泥摻量67kg/m、攪拌工藝為干法、攪拌參數(shù)為兩攪兩噴組，強(qiáng)度達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)值，最后按此組試驗完成該工程的水泥攪拌止水帷幕樁施工，滿足了設(shè)計要求。以下對水泥攪拌止水帷幕樁施工及試驗的成敗進(jìn)行分析介紹。

1 工程慨況

工程地點:海南省文昌市龍樓鎮(zhèn)；建筑基坑底面積:3799m2；建設(shè)規(guī)模:總建筑面積21250m2，地上主體結(jié)構(gòu)14層，地下1層；室內(nèi)地坪設(shè)計標(biāo)高±0.000相當(dāng)于7.75m（1985年國家高程）；基礎(chǔ)采用樁基加1m厚筏板形式，樁基為人工挖孔樁:Ф1200，200根，Ф1000，8根， 共計208根樁基； 該工程地質(zhì)特點，地表覆土有7～8m厚，為潛水類型，初見水位埋深為0.6～1.0m，靜止水位埋深為0.8～1.2m。根據(jù)調(diào)查，場邊內(nèi)近3～5年地下水的最高水位接近地表。樁基頂相對標(biāo)高設(shè)計為-7.5m，需將7～8m土層開挖形成基坑，再在基坑底部進(jìn)行人工挖孔樁施工；為了便于后續(xù)施工，在基坑周邊采取止水措施將水?dāng)r在外面。目前，常用止水措施主要有水泥攪拌樁和高壓噴射注漿樁兩種。這兩種止水帷幕是利用特制的機(jī)械在地下用水泥和軟土強(qiáng)制攪拌成“水泥土”，水泥和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理-化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性﹑穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度，具有止水作用；水泥攪拌樁較為經(jīng)濟(jì)。根據(jù)該工程特點，止水帷幕選用水泥攪拌樁。該工程水泥攪拌樁設(shè)計深度為12m，基坑頂開挖邊線長83.5m，寬76.4m，止水樁共設(shè)919根。

圖1 501工程基坑水泥攪拌止水帷幕樁圖

2 水泥攪拌止水帷幕樁不成樁原因

2.1 水泥攪拌止水帷幕樁施工方法

2.1.1 施工工藝流程（圖2-圖3）

圖2 施工工藝流程

圖3 水泥攪拌樁施工工藝流程圖

2.1.2 濕法施工方法

（1）鉆孔對位

按放樣標(biāo)識的樁位，移動鉆機(jī)主機(jī)，使鉆頭對準(zhǔn)小木樁，操作液壓桿調(diào)整機(jī)身塔架及鉆桿垂直度，安裝好深度計并調(diào)零，試機(jī)送氣檢查管線是否暢通、氣密性良好。

（2）鉆桿鉆進(jìn)

啟動送漿泵，開啟鉆機(jī)，邊送漿邊鉆進(jìn)，隨鉆桿進(jìn)樁加固的土體在原位攪動切碎，鉆頭鉆至設(shè)計深度原位轉(zhuǎn)動不再鉆進(jìn)。

（3）噴漿、攪拌成樁

鉆頭鉆至設(shè)計深度，立即開啟噴漿機(jī)，確認(rèn)鉆頭噴漿后開始提升鉆桿，整個噴漿制樁過程中邊噴漿，邊攪拌，邊提升連續(xù)作業(yè)，鉆頭提升至設(shè)計?；颐鏁r，停止噴漿，鉆頭原位攪動1min后將鉆頭邊攪拌邊提升至地面。在整個過程中，詳細(xì)記錄每米噴灰量，確認(rèn)成樁的噴灰量、垂直度、樁體等指標(biāo)滿足設(shè)計規(guī)范要求后方可移機(jī)進(jìn)行下一根打設(shè)，否則重新補(bǔ)打。

（4）相鄰樁的搭接(圖3)

圖4 相鄰攪拌樁搭接示意圖

a.在每根樁的施工過程中，隨時注意樁體的垂直度。

b.嚴(yán)格控制相鄰樁樁的搭接間距，每根樁的中心偏差不得在大于±4cm。

c.相鄰兩樁施工間隔不超過12h。

（5）該工程水泥攪拌樁，樁徑Ф500，間距350，樁與樁間咬合150，達(dá)到基巖面可終孔。為了確保攪拌樁的質(zhì)量，達(dá)到良好的止水效果，必須嚴(yán)格控制鉆孔深度、用灰量、提升速度，嚴(yán)格按照設(shè)計每米水泥用量，提升速度不超過2m/min。施工時應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計樁位、樁長以及確定的參數(shù)施工。

2.2 水泥攪拌止水帷幕樁不成樁原因

根據(jù)地勘建議和設(shè)計要求，為保證基坑及人工挖孔樁施工應(yīng)對擬建場地采用隔水帷幕止水，坑內(nèi)管井降水。開工前，按照海南類似基礎(chǔ)，編制了水泥土攪拌樁止水帷幕施工方案，經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理單位、地勘單位、設(shè)計單位核定批準(zhǔn)后，從2010年5月7日開始了濕法工藝、普通水泥作業(yè)的水泥、土攪拌成樁施工，鉆了347根止水樁時，在2010年5月16日將先鉆好的樁開挖發(fā)現(xiàn)樁的強(qiáng)度太低，基本不成樁。我們將土質(zhì)樣本送到海南地質(zhì)部門實驗室進(jìn)行化驗分析，認(rèn)定為泥碳土。泥碳土又稱泥炭土、黑土、腐殖土，屬于泥煤的一種。泥煤的成因，主要是很久以前（少說要千萬年以上），由浸水環(huán)境中的植物性殘?。ㄈ缭孱?、苔蘚類、水生及沼生植物類），大量沉積于地層中，在厭氣狀況下，經(jīng)微生物部分分解作用，所形成的黑色或暗褐色礦物，它是一類由植物變成煤過程中的過渡產(chǎn)物。泥碳土的含水量很高，一般可高達(dá)85%～95%。

（1）不上強(qiáng)度層位都是因為有黑色硬質(zhì)夾層段，雖經(jīng)挖掘機(jī)進(jìn)行過翻挖處理，但土質(zhì)較厚無法處理到位，仍以泥碳土為主，由于浸水環(huán)境中的植物性殘骸大量沉積于地層中，在厭氣狀況下，經(jīng)微生物部分分解作用，形成的黑色或暗褐色礦物。泥碳土的含水量及有機(jī)質(zhì)含量很高，影響普通水泥固結(jié)，從而出現(xiàn)凝固差、不上強(qiáng)度等現(xiàn)象。

（2）該層在挖掘過程中就發(fā)現(xiàn)含水量較大，不是純粹的粉細(xì)砂層，采用濕法施工對水泥漿的吸收不是很好，具體反映為吃漿量少，孔口返漿量大，從而影響樁身凝固及固結(jié)強(qiáng)度。

（3）水泥攪拌樁止水帷幕采用普通水泥，而普通水泥防耐蝕性較差，從而強(qiáng)度很低，將達(dá)不到止水的效果。

（4）水泥用量較少是水泥攪拌止水帷幕樁不上強(qiáng)度的原因之一。

a.水灰比:0.55。

b.現(xiàn)場配合比（表1）。

表1 現(xiàn)場配合比

c.每米水泥用量＝樁長×樁的設(shè)計截面積×土的密度×摻量系數(shù)，即:水泥用量＝3.14×0.25×0.25×1700×15%=50kg/m。

3 水泥攪拌止水帷幕樁不成樁分析

水泥攪拌止水帷幕樁是靠水泥和軟土中的水泥和土之間發(fā)生一系列的物理﹑化學(xué)反應(yīng)而形成強(qiáng)度，不同的土質(zhì)、水泥品種、攪拌工藝會產(chǎn)生不同的加固效果，我們應(yīng)從水泥品種、攪拌工藝、水泥等級﹑水泥摻量等方面來進(jìn)行分析。

3.1 水泥

3.1.1 礦渣水泥

（1）使用范圍

a.礦渣水泥使用于普通混凝土高強(qiáng)、防滲、超高強(qiáng)、高性能混凝土及預(yù)制拌桿、管、大型橋梁等行業(yè)，強(qiáng)度高、表面光潔。

b.礦渣水泥使用于受海水侵蝕的海洋工程，碼頭、水庫及隧道工程。

c.礦渣水泥使用于各種環(huán)境下的基礎(chǔ)工程，高速公路、機(jī)場跑道等。

（2）性能特點

與普通混凝土相比，礦渣超細(xì)粉混凝土后期強(qiáng)度增長率較高，耐蝕性好，干燥收縮和徐變值較低。新拌礦渣混凝土工作度良好，坍落度經(jīng)時損失有所減少，易振搗，泌水性少。

3.1.2 礦渣水泥同普通水泥最大的區(qū)別

（1）摻料:礦渣水泥石灰石或?；郀t礦渣產(chǎn)量為6%～15%，而普通水泥摻量為5%以內(nèi)。

（2）性能:普通水泥早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度增長都比較快，在低溫情況下增長速度也比礦渣水泥快，抗腐蝕性能比較差，水化熱高抗凍、耐磨性好；礦渣水泥早期和低溫環(huán)境下強(qiáng)度增長較慢，后期增長速度較快，水化熱較低，抗腐蝕性、耐熱性較好，但干縮變形大，析水性大，耐磨性差。厚大體積混凝土和在高濕環(huán)境或永遠(yuǎn)處在水下的混凝土優(yōu)先選用礦渣水泥。

3.2 攪拌工藝

3.2.1 濕法工藝

按設(shè)計的水灰比先將水泥和水?dāng)嚢杈鶆虺伤酀{，再用加壓泵輸送到鉆機(jī)直達(dá)轉(zhuǎn)動的鉆頭噴漿同泥土攪拌成樁 （鉆頭鉆至設(shè)計深度，立即開啟噴漿機(jī)，確認(rèn)鉆頭噴漿后開始提升鉆桿，整個噴漿制樁過程中邊噴漿，邊攪拌，邊提升連續(xù)作業(yè)，鉆頭提升至設(shè)計停灰面時，停止噴漿，鉆頭原位攪動1min后將鉆頭邊攪拌邊提升至地面）。

3.2.2 干法工藝（又稱粉體噴攪法）

按設(shè)計的每米水泥摻量，將水泥放入加壓灌，用計算機(jī)控制每米摻量，再用加壓泵將水泥干粉送到鉆機(jī)直達(dá)轉(zhuǎn)動的鉆頭噴粉同泥土攪拌成樁（鉆的過程同濕法）。

3.3 水泥摻量及等級

根據(jù)海南常規(guī)作法，水泥采用普通水泥摻量為15%﹑等級為PC 32.5R。

此前進(jìn)行的水泥攪拌止水帷幕樁的施工，從水泥品種﹑攪拌工藝﹑水泥等級﹑水泥摻量都沒有根據(jù)該工程土質(zhì)為泥碳土地質(zhì)情況出發(fā)，所以止水樁強(qiáng)度低不成樁。后來根據(jù)泥碳土的性質(zhì)，選擇水泥品種﹑攪拌工藝﹑水泥等級﹑水泥摻量等進(jìn)行試驗。

4 成功試驗

根據(jù)以上水泥攪拌止水帷幕樁強(qiáng)度低不成樁的原因分析和《粉體噴攪法加固軟弱土層技術(shù)規(guī)范》(TB 10113-96)，采取了9組方式進(jìn)行試驗（兩根攪拌樁為1組）；即攪拌工藝:濕法工藝和干法工藝；操作參數(shù)；水泥:普通水泥和礦渣水泥；水泥用量:50kg／m和67kg∕m分別試驗。

4.1 試驗

（1）攪拌工藝為濕法施工，操作工藝參數(shù)用單攪單噴，水泥采用礦渣水泥，進(jìn)行攪拌止水樁試驗。

a.水泥等級為32.5R，水泥摻量每米15%的摻入量 （即50kg/m）進(jìn)行鉆兩根攪拌樁。

b.水泥等級為42.5R，水泥摻量每米15%的摻入量 （即50kg/m）進(jìn)行鉆兩根攪拌樁。

c.水泥等級為42.5R，水泥摻量每米20%的摻入量 （即67kg/m）進(jìn)行鉆兩根攪拌樁。

（2）攪拌工藝為干法施工，操作工藝參數(shù)用單攪單噴，進(jìn)行攪拌止水樁試驗。

a.用普通水泥，把水泥等級為42.5R，水泥摻量每米20%（即67kg/m）進(jìn)行鉆兩根攪拌樁。

b.用礦渣水泥，水泥等級仍為32.5R，水泥摻量每米15%（即50kg/m）進(jìn)行鉆兩根攪拌樁。

c.用礦渣水泥，水泥等級為42.5R，水泥摻量每米20%（即67kg/m）進(jìn)行鉆兩根攪拌樁。

（3）用干法工藝施工，對操作工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，即兩攪兩噴，控制攪拌均勻度，進(jìn)行攪拌止水樁試驗。

a.用普通水泥，把水泥等級為42.5R，水泥摻量每米20%（即67kg/m）進(jìn)行鉆兩根攪拌樁。

b.用礦渣水泥，水泥等級為32.5R，水泥摻量每米15%（即50kg/m）進(jìn)行鉆兩根攪拌樁。

c.用礦渣水泥，水泥等級為42.5R，水泥摻量每米20%（即67kg/m）進(jìn)行鉆兩根攪拌樁。

4.2 取樣檢驗

用試件將每組返到樁口的“水泥土”做成試塊，在水泥攪拌止水帷幕樁試驗完后，隔7d對試件進(jìn)行強(qiáng)度試壓，結(jié)果是干法工藝施工，兩攪兩噴，礦渣水泥，水泥等級為42.5R，水泥摻量每米20%（即67kg/m）的兩根攪拌樁強(qiáng)度最高，即強(qiáng)度試壓值為1.7MPa，其值大于《粉體噴攪法加固軟弱土層技術(shù)規(guī)范》(TB 10113-96)規(guī)定“7d的強(qiáng)度不得低于0.5 MPa”要求；然后，決定采用這組試驗的工藝方法、水泥品種、水泥摻量、水泥等級、兩攪兩噴鉆該工程止水帷幕樁。通過后續(xù)基坑開挖施工以及人工挖孔樁施工，這種水泥攪拌止水帷幕樁達(dá)到了止水效果，滿足了設(shè)計要求。本次試驗成功充分說明，泥碳土地質(zhì)不能采用濕法工藝和普通水泥作攪拌止水樁。

5 結(jié)論

該工程水泥攪拌止水帷幕樁失敗和試驗成功案例，告述我們在地質(zhì)較復(fù)雜地區(qū)，不能用常規(guī)的經(jīng)驗來施工水泥攪拌止水帷幕樁，一定要查清工程所在位置地質(zhì)情況，并試驗成功后，才能進(jìn)行施工，切記不要憑經(jīng)驗辦事。

[1]龔曉南.地基處理手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]常士驃，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.