淺析水泥深層攪拌樁在軟基加固中的應(yīng)用

何 青

（江蘇金堰交通工程有限公司，江蘇 泰州225500）

0 引言

隨著工程施工技術(shù)的發(fā)展，需要在濱海、湖沼、谷地、河灘等地開(kāi)發(fā)建設(shè)。在各種軟土中修建建筑物，首先要解決的是軟土地基問(wèn)題。軟土地基主要是由粘土和粉土等細(xì)微顆粒含量的松土、空隙率的有機(jī)質(zhì)土、泥炭或松散砂土等土層構(gòu)成。相對(duì)來(lái)說(shuō)，軟土地基的地下水位高，其上的填方及構(gòu)造物穩(wěn)定性差且容易發(fā)生沉降，從而導(dǎo)致上層路基或建筑物不平整、開(kāi)裂，造成大量的經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)。因此，提高軟土地基的處理技術(shù)是工程界所要解決的重要課題。

水泥深層攪拌法是用于加固飽和軟粘土地基的一種較新的方法，它是利用水泥等作為固化劑的主劑，通過(guò)特制的深層攪拌機(jī)械，在地基深處就地與軟土強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理、化學(xué)反映，最終使軟土硬結(jié)成抗壓強(qiáng)度比原狀土高得多，并具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)復(fù)合地基，從而提高地基承載力，達(dá)到加固地基的目的，最終達(dá)到設(shè)計(jì)和使用要求。

由于水泥深層攪拌法加固地基具有施工工期短、施工簡(jiǎn)單、材料來(lái)源廣、造價(jià)低和加固效果明顯等特點(diǎn)，因此自20世紀(jì)80年代初進(jìn)入我國(guó)以來(lái)，被廣泛地應(yīng)用于公路、水利、港口碼頭、機(jī)場(chǎng)等建設(shè)工程的軟土地基加固。

1 水泥深層攪拌樁在我市沿江地區(qū)的應(yīng)用

1.1 泰州市沿江地區(qū)地質(zhì)水文情況

泰州市沿江地區(qū)位于長(zhǎng)江北岸，是典型的長(zhǎng)江漫灘地區(qū)，地勢(shì)平坦低洼，軟土分布廣泛。根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)成果表明，本地區(qū)地下水水質(zhì)良好，軟土為淤泥質(zhì)亞粘土及粘土，飽和，呈流塑狀，高壓縮性，高孔隙比，厚度較大，呈層狀分布，層厚1.5～9.0m不等，最大達(dá)22m。

1.2 應(yīng)用情況

近年來(lái)泰州在沿江地區(qū)陸續(xù)新建了一批公路工程項(xiàng)目，對(duì)深、厚軟土地基的處理廣泛采用了水泥深層攪拌樁技術(shù)。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)軟基處理深度大于15m，均采用深層攪拌樁，樁徑一般為50cm，呈梅花型布置，樁心間距根據(jù)置換率不同介于1.0～1.5m之間不等，水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值≥1.5MPa。

2 水泥深層攪拌樁的施工

2.1 施工準(zhǔn)備

深層攪拌樁是隱蔽工程，質(zhì)量管理難度很大，其質(zhì)量控制應(yīng)貫穿在施工的全過(guò)程。施工單位在開(kāi)工前，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告和攪拌樁的設(shè)計(jì)資料，在原投標(biāo)文件的基礎(chǔ)上，編制更為詳細(xì)具體的施工組織設(shè)計(jì)，在質(zhì)量控制、安全保障、工期、人員、設(shè)備、材料等方面提出完整的實(shí)施計(jì)劃和措施。

2.1.1 設(shè)備要求

進(jìn)場(chǎng)后，應(yīng)對(duì)施工機(jī)械設(shè)備配套情況、完好率情況等進(jìn)行檢查，認(rèn)真核查樁機(jī)的技術(shù)性能，確保所用機(jī)型能滿足施工要求。施工機(jī)械動(dòng)力應(yīng)大于45kW，鉆頭葉片三層，每層兩片，上下層間距300mm，水平兩片葉片夾角30度，每片葉片寬100mm，并應(yīng)配有電腦記錄和打印噴漿量設(shè)備。

2.1.2 材料要求

水泥深層攪拌樁采用32.5級(jí)及以上的普通硅酸鹽水泥。使用前，承包人將水泥的樣品送中心試驗(yàn)室（主要檢驗(yàn)水泥標(biāo)號(hào)、凝結(jié)時(shí)間、安定性等）或監(jiān)理工程師指定的試驗(yàn)室檢驗(yàn)，合格后方可使用。

2.1.3 技術(shù)準(zhǔn)備

施工人員必須熟悉設(shè)計(jì)圖紙、技術(shù)規(guī)范、施工方案、工藝要求等。按要求在室內(nèi)進(jìn)行配比試驗(yàn)，確定滿足設(shè)計(jì)要求的最佳水灰比、水泥摻入量。應(yīng)做好測(cè)量放樣工作，繪制出水泥攪拌樁平面布置圖，標(biāo)出醒目標(biāo)志以利查找。

2.1.4 場(chǎng)地準(zhǔn)備

施工段落在清表后應(yīng)將場(chǎng)地整平。當(dāng)?shù)鼗韺佑杏倌嗷蜍浫鯇訒r(shí)，應(yīng)清淤后回填。場(chǎng)地應(yīng)做好排水坡，挖設(shè)排水溝，保證場(chǎng)外不積水。

2.1.5 室內(nèi)配方試驗(yàn)

實(shí)際使用的噴漿量必須通過(guò)室內(nèi)配合比試驗(yàn)確定，根據(jù)土樣天然含水量，孔隙比的不同，應(yīng)做不同配合比的試驗(yàn)，確定最佳噴漿量。噴漿量在室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，每米提高水泥用量5kg，并控制最小水泥用量≥50kg/m。

2.1.6 工藝性試樁

為確定各種技術(shù)參數(shù)，按首件工程認(rèn)可制要求進(jìn)行工藝性試樁，攪噴樁成樁工藝試驗(yàn)由施工單位進(jìn)行，監(jiān)理全過(guò)程旁站。試樁結(jié)束后由施工方對(duì)試樁進(jìn)行總結(jié)，作出“濕噴成樁工藝的試驗(yàn)總結(jié)報(bào)告”（包含工程名稱(chēng)、參加試樁人員、工藝流程、施工參數(shù)等內(nèi)容），上報(bào)監(jiān)理組，批準(zhǔn)后方可進(jìn)行大面積施工。同時(shí)將取得的施工參數(shù)掛牌標(biāo)明在機(jī)架上，以便執(zhí)行及檢查。

成樁試驗(yàn)應(yīng)達(dá)到下列目標(biāo)：（1）檢驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)的水泥土的配合比，是否適用于現(xiàn)場(chǎng)。（2）滿足設(shè)計(jì)水泥用量的各種技術(shù)參數(shù)，如鉆進(jìn)速度、提升速度、攪拌速度、噴漿壓力、單位時(shí)間輸漿量等。（3）檢驗(yàn)樁身的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度（28d）是否滿足設(shè)計(jì)要求。（4）檢驗(yàn)加固劑分布的均勻性和有效加固長(zhǎng)度能否符合設(shè)計(jì)規(guī)定。（5）掌握下鉆和提升的阻力情況，選擇合理的技術(shù)措施。

2.2 施工工藝流程

水泥深層攪拌樁的施工流程為：場(chǎng)地平整→施工放樣→鉆機(jī)定位→制備水泥漿→預(yù)攪下沉→提升噴漿攪拌→重復(fù)噴漿攪拌→成樁→鉆機(jī)移位。

2.2.1 鉆機(jī)定位

鉆機(jī)安裝調(diào)試，檢查轉(zhuǎn)速、空壓設(shè)備、鉆桿長(zhǎng)度、鉆頭直徑等，并連接好輸漿管路，將鉆機(jī)移到指定位置；鉆桿端必須對(duì)準(zhǔn)樁位中心，垂直度偏差小于0.5O。

2.2.2 制備水泥漿

水泥漿液應(yīng)按設(shè)計(jì)配合比拌制，水泥漿拌和時(shí)間不得少于5min，不得離析、沉淀，停置時(shí)間不得超過(guò)2h；灌入漿液時(shí)應(yīng)加篩過(guò)濾。

2.2.3 預(yù)攪下沉

待攪拌機(jī)及相關(guān)設(shè)備運(yùn)行正常后，啟動(dòng)攪拌電機(jī)，使攪拌機(jī)旋轉(zhuǎn)切土下沉。鉆進(jìn)速度一般應(yīng)控制在0.4～0.7m/min。拌機(jī)下沉?xí)r，開(kāi)啟灰漿泵將水泥漿壓入地基中，邊噴邊旋轉(zhuǎn)。

2.2.4 提升噴漿攪拌

提升噴漿攪拌，攪拌機(jī)下沉到達(dá)設(shè)計(jì)深度后，開(kāi)啟灰漿泵將水泥漿壓入地基中，邊噴邊旋轉(zhuǎn)；提升噴漿過(guò)程中的噴漿量應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并按以50～60r/min的轉(zhuǎn)速和v=0.7～0.8m/min的速度，邊提升邊注漿，直至設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)。成樁要控制攪拌機(jī)的提升速度和轉(zhuǎn)速，使連續(xù)均勻，以控制注漿量，保證攪拌均勻，同時(shí)泵送必須連續(xù)，噴漿壓力應(yīng)不小于0.4MPa。

2.2.5 復(fù)噴復(fù)攪

當(dāng)鉆頭提升到距離原地面50cm左右時(shí)，再重新邊噴漿邊攪拌至樁底，在樁底攪拌、連續(xù)噴漿1～2min，攪拌頭自樁底反轉(zhuǎn)，邊噴漿邊旋轉(zhuǎn)，并以50～60r/min的轉(zhuǎn)攪拌軸轉(zhuǎn)速和v=0.7～0.8m/min的速度提升攪拌機(jī)，最后攪拌提升至地面，并做好施工記錄。

2.2.6 機(jī)具移位

鉆機(jī)移位，重復(fù)以上步驟，進(jìn)行下根樁的施工。

2.2.7 機(jī)具清洗

當(dāng)施工告一段落后，清洗全部管路中的殘存水泥漿，并將黏附在攪拌頭上的軟土清洗干凈。

2.2.8 樁頭處理

樁體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%后，人工對(duì)攪拌樁樁頭超灌部分進(jìn)行鑿除，并清除現(xiàn)場(chǎng)多余土層；待滿足各項(xiàng)檢測(cè)設(shè)計(jì)要求后，填筑卵、礫石墊層。

根據(jù)本地區(qū)試樁結(jié)果，要高度重視復(fù)攪的作用。早期施工中，我們?cè)l(fā)現(xiàn)有樁體成型不好的情況，最初我們?cè)噲D通過(guò)增加單位噴漿量來(lái)解決，但效果卻并不理想，后來(lái)在并未增加單位噴漿量的情況下，通過(guò)增加復(fù)攪次數(shù)，取得了較好的成樁效果。本地區(qū)復(fù)攪次數(shù)一般都達(dá)到超過(guò)2次，有些段落復(fù)攪次數(shù)甚至達(dá)到6次。一般來(lái)說(shuō)全程復(fù)攪次數(shù)越多，拌和越均勻，成樁效果也越好。

2.3 施工中的質(zhì)量控制要點(diǎn)

1）進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)的水泥應(yīng)具備出廠合格證、質(zhì)保書(shū)等質(zhì)量證明文件。水泥的堆放必須符合防雨、防潮的要求，不使用過(guò)期、受潮、結(jié)塊的水泥。

2）開(kāi)機(jī)前必須先檢查導(dǎo)向管的垂直度，施工中要隨時(shí)觀察和保持?jǐn)嚢铏C(jī)底盤(pán)的水平和導(dǎo)向架的豎直。攪拌樁垂直度偏差≯1%，樁位偏差≯50mm，攪拌頭的直徑應(yīng)每天檢查一次，確保樁頭磨損量不超過(guò)10mm，成樁直徑和樁長(zhǎng)不得小于設(shè)計(jì)值。

3）水泥漿液應(yīng)按預(yù)定的配合比攪拌均勻，加入緩凝劑防止初凝現(xiàn)象，保證每根樁所需漿液一次單獨(dú)拌制完成，并應(yīng)有專(zhuān)人記錄每根樁的水泥用量，制備好的漿液不得離析，倒入集料時(shí)應(yīng)加篩過(guò)濾，以免結(jié)塊，損壞泵體，泵送漿液前，管路應(yīng)保持潮濕，以利輸漿。

4）鉆進(jìn)噴漿攪拌至設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)或硬土層后，應(yīng)原地噴漿攪拌30s。如局部位置存在噴漿不足的情況時(shí)，應(yīng)在反轉(zhuǎn)提升的過(guò)程中進(jìn)行補(bǔ)漿。

5）鉆頭提升至地面后，應(yīng)立即反向鉆進(jìn)復(fù)攪，復(fù)攪深度原則上應(yīng)為樁身全長(zhǎng)。在復(fù)攪拌過(guò)程中，應(yīng)對(duì)局部噴漿不足的樁身部位進(jìn)行補(bǔ)漿，并防止噴漿口堵塞。

6）嚴(yán)格控制鉆機(jī)下鉆深度、漿噴高程及停漿面，確保攪噴樁長(zhǎng)度和水泥漿液噴入量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，樁長(zhǎng)不得小于設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)或監(jiān)理工程師現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)的施工樁長(zhǎng)，全樁水泥用量不得小于試樁時(shí)確定的水泥用量，每米用漿量誤差不得大于5%。

7）重復(fù)攪拌：在水泥摻入比達(dá)到一定程度時(shí)（一般為10%～15%），保證攪拌程度比增加水泥含量對(duì)承載力的提高更有效。為了保證水泥漿與土充分拌勻，在電動(dòng)機(jī)功率允許的前提下，應(yīng)盡量多裝幾把葉片。在水泥摻量、噴漿壓力和機(jī)具轉(zhuǎn)速相同時(shí)，提升速度慢的樁身強(qiáng)度較高。

8）深層攪拌樁施工完畢后需養(yǎng)生28d，達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后才能填筑路基和進(jìn)行構(gòu)造物的施工。

3 質(zhì)量檢驗(yàn)

3.1 施工原始報(bào)表檢查

施工原始報(bào)表應(yīng)詳盡、完善、如實(shí)地記錄施工時(shí)間和工藝參數(shù)，完整地反映施工全過(guò)程。

3.2 人工開(kāi)挖驗(yàn)樁

一般在每個(gè)段落最后一根樁完成一周后進(jìn)行，開(kāi)挖時(shí)對(duì)樁頭必須小心處理，不準(zhǔn)用重錘敲擊。要求樁體圓勻，無(wú)縮頸和回陷現(xiàn)象；拌和勻稱(chēng)，凝體無(wú)疏松；群樁樁頂整齊，間距勻稱(chēng)。

3.3 鉆孔取芯和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

鉆孔取芯試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)按照 《巖土工程勘察規(guī)范》（2009年版）（GB50021-2001）、《軟土地基深層攪拌技術(shù)規(guī)程》（YBJ225-1991）等有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

3.4 載荷試驗(yàn)

樁的載荷試驗(yàn)是較接近樁的實(shí)際工作條件的試驗(yàn)，用以檢查樁的沉降及地基承載力。是否進(jìn)行載荷試驗(yàn)根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定。

4 結(jié)束語(yǔ)

從我市沿江地區(qū)公路工程項(xiàng)目的施工和運(yùn)營(yíng)期間地基沉降觀測(cè)結(jié)果來(lái)看，水泥深層攪拌樁對(duì)我市沿江地區(qū)深、厚軟土地基的處理達(dá)到了預(yù)期效果，取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。在多年工程建設(shè)實(shí)踐中，通過(guò)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的質(zhì)量管理，有如下幾點(diǎn)建議供工程界同行參考：

1）軟土地基處理在工程建設(shè)中為首要環(huán)節(jié)，軟基處理屬于隱蔽工程，且被構(gòu)造物覆蓋，構(gòu)成隱患不便檢查與補(bǔ)救。水泥攪拌樁是一種有效處理軟基的辦法，對(duì)工程建成后降低工后不均勻沉降有顯著的效果。

2）根據(jù)水泥土反應(yīng)機(jī)理和施工的實(shí)踐結(jié)果來(lái)看，水泥摻入量達(dá)到一定值時(shí)，單純提高水泥用量對(duì)強(qiáng)度提高不顯著，提高攪拌的均勻性對(duì)樁的強(qiáng)度影響較大。對(duì)于不同的類(lèi)型和不同性質(zhì)軟土，必須在現(xiàn)場(chǎng)采取有代表性芯樣進(jìn)行配合比試驗(yàn)，才可以達(dá)到設(shè)計(jì)的加固效果，如實(shí)反映設(shè)計(jì)要求。

3）施工前做試驗(yàn)樁是必要的，以此確定的施工參數(shù)對(duì)大面積施工的質(zhì)量控制很關(guān)鍵。制備好的漿液不得離析，泵送必須連續(xù)。拌制漿液的罐數(shù)、固化劑和外摻劑的用量以及泵送漿液的時(shí)間等應(yīng)有專(zhuān)人真實(shí)記錄。

4）施工過(guò)程中的攪拌質(zhì)量（鉆桿轉(zhuǎn)速和復(fù)攪次數(shù)）對(duì)成樁質(zhì)量影響大，作為質(zhì)量控制的關(guān)鍵除了水泥用量以外，攪拌質(zhì)量應(yīng)作為重點(diǎn)來(lái)管理。因軟土地基在不同地段、不同土層土質(zhì)不同，為了能客觀有效地評(píng)價(jià)深層攪拌樁施工質(zhì)量和處理效果，質(zhì)量檢測(cè)宜采用多種方式綜合測(cè)定、綜合評(píng)分。

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