雙頭單向水泥攪拌樁的質(zhì)量控制

陳頌浩

（寧波市鄞州區(qū)水利局橫溪水管站，浙江 寧波 315100）

1 問題的提出

水泥攪拌樁是軟基處理的一種施工工藝，是用水泥攪拌樁機把拌制好的水泥漿送入地下，并把水泥漿和原位地基土強制攪拌混合，使地基土和水泥漿之間很快發(fā)生一系列理化反應(yīng)，在短期內(nèi)形成固態(tài)柱體，使軟土地基轉(zhuǎn)變成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強度的復(fù)合地基，從而達到提高地基承載力、減小地基沉降量或者防止土體側(cè)向滑動的目的。

寧波市鄞東南沿山干河整治 （二期）工程鄞州段VIII標段采用雙頭單向水泥攪拌樁處理軟土地基，經(jīng)過一段時間試驗，通過檢測和觀察，地基沒有發(fā)生沉降、位移等病害，達到了設(shè)計效果。

2 雙頭單向水泥攪拌樁施工工藝

目前在水利工程施工中雙頭雙向水泥攪拌樁屬于比較成熟和領(lǐng)先的工藝，施工效率高、成樁均勻，但是受專利限制，在工程建設(shè)中是否采用視工期和建設(shè)成本而定。本工程采用雙頭單向水泥攪拌樁，相對于普通單頭水泥攪拌樁而言，有2根鉆桿2根鉆頭，能夠同時對2根樁進行施工，效率明顯提高。對同時施工的2根樁其搭接質(zhì)量也有較好的保證，同時樁身強度也有所提高。

圖1 雙頭攪拌樁現(xiàn)場作業(yè)圖

本工程采用四攪四噴成樁工藝 （為避免噴漿口堵塞，采用帶漿鉆進），施工流程為：地上 （下）清障、地面整平、基坑開挖→測定樁位→鉆機就位、檢驗、調(diào)整鉆機→打開高壓注漿泵、正循環(huán)鉆進并噴漿至設(shè)計深度 （噴漿持續(xù)攪10s磨樁端）→反循環(huán)提鉆并噴水泥漿→上升至樁頂高程 （樁頂附近可持攪10s磨樁頭）→攪拌噴漿至原地面停止→重復(fù)正循環(huán)復(fù)攪噴漿下沉到樁底 （噴漿持續(xù)攪10s磨樁端）→反循環(huán)提鉆并噴水泥漿→攪拌噴漿至原地面停止→成樁結(jié)束→移鉆頭至下一根樁。

3 質(zhì)量控制

3.1 原材料控制

水泥攪拌樁所用水泥經(jīng)自檢和平行檢測合格，施工時考慮到現(xiàn)場堆放條件和防雨、防潮等要求，采用了散裝水泥，高峰期配備4～5個落地水泥罐，便于存儲、移動和使用。

3.2 配合比控制

本工程所處寧波市是南方沿海地區(qū)，多數(shù)為軟地基土，且工程沿線河網(wǎng)密布 （正常河水位1.13m），使得地下水位高于水泥攪拌樁起攪平臺，地基土層含水率較大，基本處于水飽和狀態(tài)，若采用較大水灰比對提高地基強度不利，經(jīng)配合比試驗并結(jié)合實際效果，在水泥攪拌樁工藝試驗階段要求拌制的水泥漿其水灰比不得大于0.8∶1，水灰比過小 （小于0.6∶1）時水泥漿黏稠，不利于泵送，容易引起堵管、爆管。

施工前承建單位報送施工機械及人員情況，施工機械的配置應(yīng)便于操作、移動，并在現(xiàn)場配備必要的計量和記錄裝置 （輸漿壓力表、泥漿密度計等），方便質(zhì)量檢查。

根據(jù)現(xiàn)場水灰比設(shè)計及控制要求，本工程Ⅷ標段水泥漿密度取1.60～1.73g／cm3（見表1）。

3.3 雙頭 （雙樁）水泥用量控制

設(shè)計水泥攪拌樁樁徑為70cm，樁長分為12.0，14.0，15.5m三種，水泥摻入比為16%，被加固土天然密度經(jīng)測定為1.6t／m3，則平均加固1m3土體需要水泥摻入量ω＝αγ＝0.16×1.6＝0.256t。

式中：α為水泥摻入比；γ為被加固土天然濕密度，t／m3；ω為平均加固 （攪拌）1m3土體所需要的水泥摻入量，t。

以樁長12m為例，雙頭單向水泥攪拌樁一次成樁 （2根）的水泥用量為W＝2ωV＝2×0.256×3.14×0.35×0.35×12.0＝2.363t。

其它樁長水泥用量可用上述公式進行計算，現(xiàn)場施工時要保證不少于計算結(jié)果中的水泥用量噴入土體中。若水泥用量不能滿足，則立即對攪拌樁速度或供漿泵泵壓等進行調(diào)節(jié)，保證供漿量滿足要求。

3.4 參數(shù)和施工控制

3.4.1 水泥土攪拌均勻性控制

深層攪拌機施工時，攪拌次數(shù)越多，拌和越均勻，水泥土平均強度也越高，但相應(yīng)施工效率就降低，因此，在復(fù)合地基處理時應(yīng)適當控制攪拌次數(shù)。試驗證明，用每延米的切土次數(shù)來表示拌和程度，一般要求加固區(qū)每米土體的切土次數(shù)應(yīng)不少于400次。采用貫入送漿法時，切土次數(shù)可按下式計算：

式中：T為切土次數(shù)，次／m；∑M為攪拌翼的總?cè)~片數(shù)；Nd為貫入時攪拌軸轉(zhuǎn)速，r／min；Vd為攪拌翼貫入速度，m／min；Nu為提升時攪拌軸轉(zhuǎn)速，r／min；Vu為攪拌翼提升速度，m／min。

本工程施工中，攪拌樁機葉片數(shù)為4，其轉(zhuǎn)速為60 r／min，下攪和提升平均速度暫定為1.0～1.2m／min。以1.2m／min計算，T＝4× （60÷1.2＋60÷1.2）＝400；以1.0m／min計算，T為480。

實際施工中，按水泥土拌和均勻程度計算，當水泥攪拌樁鉆機下攪和提升平均速度不超過1.2m／min時，每米土體的攪拌切土次數(shù)一般在400次以上，可以滿足設(shè)計要求。當切土次數(shù)不足和攪拌不均勻時，可考慮增加攪拌樁機鉆頭的葉片數(shù)量，如在鉆頭的上方再焊接2個葉片，以增加相同時間內(nèi)的攪拌次數(shù)，該方案在單頭單向水泥攪拌樁中也經(jīng)常采用。

3.4.2 水泥摻入量控制

成樁質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到地基處理的效果，其中關(guān)鍵因素是注漿量、水泥漿與軟土攪拌的均勻程度。因此，施工中應(yīng)嚴格控制噴漿提升速度υ，一般可按下式計算：

式中：υ為攪拌頭噴漿提升速度，m／min；γd、γ分別為水泥漿和土的重度，kN／m3，一般可選用γd／γ＝1；Q為灰漿泵的排漿量，m3／min，根據(jù)實際可以調(diào)整，考慮到下攪過程中避免堵管，并保證成樁后的漿液注入量，本工程要求帶漿鉆進，即下攪噴漿；F為攪拌樁的截面積，m2，計算3.140×0.350×0.350＝0.384m2；αW為水泥摻入比16%；αc為水泥漿水灰比，采用較大值0.8∶1。

通過反算，若提升速度為1.0m／min左右時，必須提高輸漿泵壓力，使得輸漿量達到0.05m3／min以上。

3.4.3 試 樁

水泥攪拌樁施工前，根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行工藝性試樁，取得了各種機械參數(shù)，可確保大面積施工的施工質(zhì)量。試樁選取了代表性地段，其工作要求有以下內(nèi)容：掌握滿足設(shè)計噴漿量 （由水泥摻量及水泥漿水灰比換算得出）的各種技術(shù)參數(shù)，如鉆進速度、提升速度、攪拌速度、噴漿壓力等供參考的機械參數(shù)。掌握下鉆和提升的阻力情況，選擇合理的技術(shù)措施。檢測樁身的無側(cè)限抗壓強度是否滿足設(shè)計要求。工藝性試樁經(jīng)檢測合格，再進行大面積施工。

4 質(zhì)量檢測控制

4.1 輕便觸探檢測

成樁后3d內(nèi)，用輕型動力觸探 （N10）檢查每米樁身的均勻性。檢驗數(shù)量在施工初期為總樁數(shù)的1%。因本工程水泥攪拌樁無承載力要求，其輕型動力觸探檢測數(shù)量在施工中后期可適當減少。當機械或班組更換后，初期檢驗批次重新達到規(guī)范要求。

4.2 樁頭開挖檢查

采用淺部開挖樁頭 （深度超過停漿面下0.5m），目測檢查攪拌樁的均勻性，量測成樁直徑，檢查量為總樁數(shù)的5%。淺部開挖檢查僅僅是淺部樁頭部位的檢測，目測其成樁情況，如成樁直徑、攪拌均勻程度等。

4.3 鉆孔取芯檢查

鉆孔取樣采用巖芯鉆機，取芯直徑不應(yīng)小于6.5cm，設(shè)計拌和強度小于1.0MPa時，采用三重管取樣器。

4.3.1 取芯試驗

本工程水泥攪拌樁成樁28d齡期時對水泥攪拌樁以5‰的比例進行取芯檢測，試驗段及前期的水泥攪拌樁取芯檢測抗壓強度統(tǒng)計見表2。

表2 取芯實測統(tǒng)計表

4.3.2 平均值、標準差計算

經(jīng)Excel表格計算平均值Rn為1.11MPa，標準差Sn為0.09。

4.3.3 概率度計算

概率度t計算：t＝ （Rn－R標）／Sn＝3.44。

4.3.4 強度保證率計算

由t查表格用內(nèi)插法算出強度保證率

表3 強度保證率對照表

經(jīng)查表，強度保證率99.9%，施工質(zhì)量控制良好。

5 主要質(zhì)量事故的預(yù)防及處理

（1）輸漿管爆裂或者堵塞的主要原因是水泥漿中有硬塊等雜物，堵塞了注漿孔。預(yù)防的最主要方法是水泥漿入集料池前用細篩過濾，同時水泥漿在集料池里也要時常攪拌，防止?jié){液沉淀離析。當停機時間較長時，一定要拆卸輸漿管路進行清洗，以防水泥凝結(jié)堵塞管路。

（2）噴漿提升到設(shè)計高程時，水泥漿不足或過剩太多的主要原因是注漿泵噴漿量控制不準，試樁時噴漿參數(shù)確定不準確。也可能是后臺計量不準，水灰比控制不嚴。這時應(yīng)重新標定噴漿參數(shù)，后臺計量應(yīng)定期復(fù)查核定。

（3）當水泥漿和原土拌合不均勻，出現(xiàn)樁中心水泥漿多四周水泥漿少的現(xiàn)象，這主要是因為注漿泵壓力較小或者噴漿孔堵塞，水泥漿噴射不出，也可能是鉆頭噴漿孔的大小不正確。防治的方法是定期沖洗輸送管路，防止堵塞噴漿孔，同時噴漿孔開口不應(yīng)太大。

（4）鉆桿不能轉(zhuǎn)動拔不出來主要是因為鉆頭抱死，中途處理延誤時間過長，水泥漿強度增長和土層壓力增大而使鉆桿拔不出來。此時不可用卷揚機往上拉，以免出現(xiàn)意外。若埋置較淺時，用洛陽鏟沿鉆桿向下挖土?；蛟阢@桿上焊2塊鐵板，兩側(cè)同時用千斤頂慢慢向上頂，再用卷揚機慢慢往上拉出。鉆桿抱死后要馬上處理否則無法拔出。

6 督促監(jiān)理單位加強現(xiàn)場旁站控制

（1）水泥攪拌樁施工前監(jiān)理人員對樁位和樁機平臺高程進行復(fù)核并檢查樁機水平度，確保垂直偏差值在允許范圍內(nèi)，保證樁身尺寸符合設(shè)計要求。

（2）監(jiān)理人員對水泥攪拌樁實施旁站監(jiān)理，查驗每根樁成樁時間、水泥漿使用量及成樁后樁機移動距離，保證水泥用量滿足設(shè)計要求，樁位布置符合設(shè)計要求。

（3）經(jīng)常使用比重計測量水泥漿比重，若不滿足要求立即要求現(xiàn)場施工人員調(diào)整水灰比。

（4）定期統(tǒng)計該時段內(nèi)水泥攪拌樁施工時間，并結(jié)合每根樁需要的時間統(tǒng)計該時段內(nèi)水泥攪拌樁實際完成數(shù)量，并與前者對比查驗是否有漏打、跳打等現(xiàn)象。

（5）統(tǒng)計水泥用量及成樁數(shù)量，計算每根樁水泥使用量，與理論用量對比，并利用此結(jié)果調(diào)整水泥攪拌樁施工參數(shù)。

7 結(jié) 語

水泥攪拌樁的特點是所用機具輕便、無噪聲、無振動、無塌孔，不會使臨近土體受擠而產(chǎn)生變形，并可減少基礎(chǔ)開挖土方量及節(jié)約配筋鋼材。水泥攪拌樁為隱蔽工程，其直接關(guān)系到地基加固的效果，從而影響上部主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。工程建設(shè)中必須加強水泥攪拌樁施工質(zhì)量的事前、事中控制，尤其是對水泥摻入量、水灰比、攪拌次數(shù)、貫入及提升速度等參數(shù)嚴格控制，同時做好事后的取芯檢測，從而保證建設(shè)工程實體質(zhì)量。