釘形擴(kuò)大頭雙向攪拌樁施工應(yīng)用

摘 要：區(qū)別于常規(guī)水泥土攪拌樁的四攪兩噴工藝，釘形水泥土雙向攪拌樁采用了兩攪一噴工藝，使得水泥土的拌和更加均勻、避免了水泥漿的上冒保證了水泥摻入量、減少了對(duì)周圍土體的施工擾動(dòng)和影響范圍，有利于樁身整體質(zhì)量的提高。本文主要介紹了常州至溧陽(yáng)高速公路CL-JL1標(biāo)釘形水泥土雙向攪拌樁的施工工藝，質(zhì)量控制措施以及施工過程中出現(xiàn)的問題和采取的措施等。

關(guān)鍵詞：釘形水泥土雙向攪拌樁；施工工藝；質(zhì)量控制；

文章編號(hào)：1674-3520（2015）-12-00-02

一、釘形水泥土雙向攪拌樁工程概況

軟土地基的處理方法有多種，其中水泥土攪拌樁技術(shù)在最近幾十年得到廣泛應(yīng)用。水泥土攪拌樁法具有施工簡(jiǎn)單、快速、基本不振動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，能有效地提高軟土地基的穩(wěn)定性，減少和控制復(fù)合地基沉降。目前水泥土攪拌樁施工中存在著成樁質(zhì)量難以保證、處理深度偏淺、造價(jià)偏高等主要問題。

區(qū)別于常規(guī)水泥土攪拌樁的四攪兩噴工藝，釘形水泥土雙向攪拌樁采用了兩攪一噴工藝（擴(kuò)大頭內(nèi)四攪兩噴），從工作機(jī)理上分析，上下兩套旋轉(zhuǎn)葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌作用使得水泥土的拌和更加均勻、避免了水泥漿的上冒保證了水泥摻入量、減少了對(duì)周圍土體的施工擾動(dòng)和影響范圍，有利于樁身整體質(zhì)量的提高。

二、釘形水泥土雙向攪拌樁施工工藝

（一）機(jī)械配備和布置

釘形水泥土雙向攪拌樁的施工機(jī)械由機(jī)身、塔架、動(dòng)力系統(tǒng)、鉆桿和鉆頭等幾部分組成，其動(dòng)力系統(tǒng)主要是將常規(guī)施工機(jī)械的單一電機(jī)和減速器更換為兩套電機(jī)和減速器，并通過傳動(dòng)系統(tǒng)與內(nèi)、外桿相聯(lián)；鉆桿是將常規(guī)水泥土攪拌樁施工機(jī)械的單根鉆桿改進(jìn)為內(nèi)、外嵌套的同心雙軸鉆桿，與動(dòng)力系統(tǒng)相連接；鉆頭由八組攪拌葉片與內(nèi)外鉆桿連接成整體，在內(nèi)鉆桿上設(shè)置四組正向旋轉(zhuǎn)的攪拌葉片并設(shè)置噴漿口，同時(shí)在外鉆桿上安裝四組反向旋轉(zhuǎn)的攪拌葉片，攪拌葉片設(shè)置為可伸縮葉片，在施工過程中可以在任意深度內(nèi)打開或收縮以對(duì)不同截面的樁身進(jìn)行施工。

其余施工設(shè)備基本與單向水泥土攪拌樁施工相同，攪拌施工時(shí)現(xiàn)場(chǎng)還包括水泥存儲(chǔ)，水泥漿攪拌池、水泥漿存儲(chǔ)池（泵送）、雙向水泥攪拌施工機(jī)械，沈新河?xùn)|橋頭現(xiàn)場(chǎng)施工配備機(jī)械如下表：

設(shè)備名稱規(guī)格型號(hào)單位數(shù)量額定功率（kw）技術(shù)狀況用 途

攪拌樁機(jī)DM-2臺(tái)1 完好

灰漿桶0.7M3個(gè)2 完好拌制漿液

存漿桶2M3 2 完好臨時(shí)裝漿

注漿泵UBJ-2臺(tái)23完好輸送漿液

空壓機(jī)0.6-0.9臺(tái)1 /完好

（二）施工前準(zhǔn)備工作

根據(jù)施工圖紙上的樁位平面圖，確定施工順序及配套機(jī)械、水泥等材料的堆放位置。

水泥土攪拌樁樁基施工前，還需在施工現(xiàn)場(chǎng)搭建水泥漿拌漿施工平臺(tái)，并在平臺(tái)附近搭建水泥庫(kù)，做好計(jì)量設(shè)備標(biāo)定和拌漿工作人員的交底工作，在開機(jī)鉆進(jìn)前按設(shè)計(jì)水泥漿參數(shù)進(jìn)行漿液拌制。已A15-12標(biāo)為例，水灰比為0.55～0.6，樁徑為700cm的水泥漿摻灰量按照每米100kg進(jìn)行，其配制水泥漿比重約為1.71，現(xiàn)場(chǎng)即可采用比重計(jì)和磅秤進(jìn)行控制。

根據(jù)提供的坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)，按照設(shè)計(jì)圖進(jìn)行放樣定位及高程引測(cè)工作。同時(shí)根據(jù)水泥土攪拌樁布置要素，在布置范圍內(nèi)進(jìn)行布點(diǎn)，做成CAD圖紙報(bào)送監(jiān)理以后，待監(jiān)理認(rèn)可方可進(jìn)行軟基處理樁基施工。

（三）釘形水泥土攪拌施工

釘形攪拌樁準(zhǔn)備措施和普通水泥土雙向攪拌樁施工相同，其樁位布置形式同樣采用梅花形或矩形布置，但是在機(jī)械上和施工流程上與后者有所不同。

攪拌機(jī)就位：攪拌機(jī)到指定樁位并對(duì)中；

噴漿下沉：?jiǎn)?dòng)攪拌機(jī)，使攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架向下切土，同時(shí)開啟送漿泵向土體噴水泥漿，兩組葉片同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)（如外鉆桿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，內(nèi)鉆桿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)）切割、攪拌土體，攪拌機(jī)持續(xù)下沉，直到擴(kuò)大頭設(shè)計(jì)深度；

施工下部樁體：改變內(nèi)、外鉆桿的旋轉(zhuǎn)方向，將攪拌葉片收縮到下部樁體直徑；噴漿切土下沉：兩組葉片同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)切割、攪拌土體，攪拌機(jī)持續(xù)下沉，直到設(shè)計(jì)深度，在樁端應(yīng)就地持續(xù)噴漿攪拌10秒以上；

提升攪拌：攪拌機(jī)提升、關(guān)閉送漿泵，兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，至擴(kuò)大頭底面以下0.5～1m，開啟送漿泵，向土體噴漿，直至擴(kuò)大頭底面標(biāo)高；

伸展葉片：改變內(nèi)外鉆桿的旋轉(zhuǎn)方向，將攪拌葉片伸展至擴(kuò)大頭直徑；提升鉆桿，兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，直到地表或設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以上50cm，關(guān)閉送漿泵，將鉆頭提升出地表，關(guān)觀察葉片展開程度；

切土下沉：攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架向下切土，同時(shí)開啟送漿泵，向土體噴水泥漿，兩組葉片同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)切割、攪拌土體，攪拌機(jī)持續(xù)下沉，直到擴(kuò)大頭設(shè)計(jì)深度；

提升攪拌：關(guān)閉送漿泵，兩組葉片同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，直到地表或設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以上50cm，完成單樁施工。

三、釘形水泥土雙向攪拌樁質(zhì)量控制措施

本次在常州至溧陽(yáng)高速公路CL-JL1標(biāo)采用釘形水泥土雙向攪拌樁施工，在樁體施工完成后14天或28天對(duì)樁身水泥土進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和微觀結(jié)構(gòu)分析，研究現(xiàn)場(chǎng)條件下樁體強(qiáng)度變化規(guī)律，通過對(duì)比試驗(yàn)，分析雙向水泥土攪拌樁與常規(guī)攪拌樁樁身質(zhì)量。試驗(yàn)段沿線多為20m左右的深厚軟土地基，對(duì)釘形水泥土雙向攪拌樁復(fù)合地基的承載力、沉降變形特性提出了較高的要求。通過靜載荷試驗(yàn)，得到釘形水泥土雙向攪拌樁的單樁及復(fù)合地基承載力，以驗(yàn)證其承載性能；通過在試驗(yàn)區(qū)布置沉降監(jiān)測(cè)斷面，以研究該攪拌樁的減沉作用。

（一）原材料質(zhì)量控制：水泥采用國(guó)產(chǎn)普通硅酸鹽水泥，標(biāo)號(hào)不低于32.5，水泥漿水灰比嚴(yán)格控制在0.50-0.60之間，如噴漿困難，可考慮摻入外加劑。

（二）水泥摻入量控制：水泥摻入量由室內(nèi)配合比試驗(yàn)確定，根據(jù)土樣含水率、孔隙比以及有機(jī)質(zhì)含量不同，水泥摻入量應(yīng)有所變化。水泥摻入量應(yīng)分別控制單樁總水泥摻入量和水泥沿樁身分布控制。

（三）垂直度。施工前對(duì)攪拌樁機(jī)進(jìn)行復(fù)核，要求攪拌桿的垂直偏差不得超過1%，樁機(jī)與樁位的對(duì)中誤差不得大于2cm。每根樁施工時(shí)，根據(jù)導(dǎo)向架的吊錘偏移用米尺測(cè)定攪拌軸垂直度，間接測(cè)定樁身垂直度，要求樁身垂直度偏差不超過1%，施工前用經(jīng)緯儀校正機(jī)架，施工過程中保證機(jī)架垂直，若垂直度超過允許，則及時(shí)糾偏；為確保樁徑不小于設(shè)計(jì)要求，采用鉆頭直徑較設(shè)計(jì)要求大50mm。

（四）施工質(zhì)量控制：

1、水泥漿液應(yīng)嚴(yán)格按照預(yù)定的配合比進(jìn)行控制，制備好的漿液不得離析、擱置時(shí)間一般不允許超過2小時(shí)；當(dāng)氣溫在10℃以上時(shí)停置時(shí)間超過3小時(shí)或當(dāng)氣溫在10℃以下時(shí)停置時(shí)間超過5小時(shí)時(shí)均應(yīng)按廢漿處理；

2、泵送漿液前，管路應(yīng)保持潮濕，以利于輸漿。專人記錄每根樁水水泥用量，并記錄送漿開始、結(jié)束時(shí)間；

3、根據(jù)成樁試驗(yàn)確定的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行施工，記錄每米下沉、提升時(shí)間、送漿時(shí)間、停漿時(shí)間等；

4、、供漿必須連續(xù)，一旦因故停漿，應(yīng)使攪拌機(jī)回到停漿前1米處；

5、施工過程中如發(fā)現(xiàn)噴漿量不足，應(yīng)在旁邊補(bǔ)樁一根，補(bǔ)樁樁長(zhǎng)和噴漿量不得小于設(shè)計(jì)值；

6、雙攪樁在地面以下2-5米范圍內(nèi)和擴(kuò)大頭底面下1-2m處應(yīng)適當(dāng)降低攪拌機(jī)下沉和提升速度，樁體上面50cm以內(nèi)應(yīng)進(jìn)行人工搗實(shí)。

7、攪拌樁施工完成一次下沉，提升后，應(yīng)將鉆頭提升出地面檢驗(yàn)鉆頭葉片是否展開，如未展開葉片數(shù)量不超過兩個(gè)可人工展開，未展開葉片數(shù)量超過兩個(gè)，則人工展開后，并在擴(kuò)大頭處增加一次攪拌；

8、釘形攪拌樁在樁底應(yīng)持續(xù)噴漿攪拌時(shí)間不少于10秒。

水泥攪拌樁質(zhì)量檢驗(yàn)要求

項(xiàng)次檢查項(xiàng)目單位允許偏差檢查方法和頻率

1樁距cm±15抽查2%

2樁長(zhǎng)m不小于設(shè)計(jì)查施工記錄

3樁徑mm不小于設(shè)計(jì)抽查2%

4垂直度%<1.5查施工記錄

5單樁噴漿量%不小于設(shè)計(jì)查施工記錄

6樁體強(qiáng)度MPa不小于設(shè)計(jì)抽查5%

四、釘形水泥土雙向攪拌樁施工檢測(cè)

一般水泥土雙向攪拌樁路基處理試驗(yàn)檢測(cè)主要有以下方式：

（一）現(xiàn)場(chǎng)取芯和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

該試驗(yàn)主要是用于分析釘形水泥土攪拌樁樁身水泥土強(qiáng)度、樁身水泥土微觀結(jié)構(gòu)。在齡期14天或28天時(shí)，對(duì)施工樁體進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)取芯。所取得的芯樣進(jìn)行室內(nèi)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和電阻率測(cè)試。其中，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)主要是考察樁身水泥土強(qiáng)度；電阻率測(cè)試則是從電阻率的角度來闡述樁身水泥土微觀結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì)。

在成樁過程中應(yīng)對(duì)水泥土取樣，制成標(biāo)準(zhǔn)試塊。取樣數(shù)量為每臺(tái)班每機(jī)架一組，每組6塊。常州至溧陽(yáng)高速公路CL-JL1標(biāo)雙向攪拌樁樁身設(shè)計(jì)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為：深度5m以內(nèi)，R28≥0.8MPa、標(biāo)貫擊數(shù)≥21擊；深度5～10m，R28≥0.7MPa、標(biāo)貫擊數(shù)≥18擊；深度10～15m，R28≥0.6MPa、標(biāo)貫擊數(shù)≥15擊；深度15～20m，R28≥0.5MPa、標(biāo)貫擊數(shù)≥12擊。測(cè)試范圍以單橋頭計(jì)。標(biāo)段內(nèi)雙向攪拌樁檢測(cè)也主要以該項(xiàng)為主。

（二）載荷試驗(yàn)

該試驗(yàn)主要是用于分析釘形水泥土攪拌樁單樁承載特性及單樁復(fù)合地基承載特性。成樁28天齡期后，對(duì)試驗(yàn)樁進(jìn)行單樁靜載試驗(yàn)和單樁復(fù)合地基荷載試驗(yàn)。目前采用的標(biāo)準(zhǔn)是中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》JGJ106-2003；中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ 79-2002。

（三）結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和曲線圖綜合分析得出：

1、單樁豎向抗壓極限承載力

試點(diǎn)號(hào)樁號(hào)基樁規(guī)格極限承載力

1#3#上部Ф1000×4m

下部Ф700×16m640kN

2#E19#上部Ф1000×6m

下部Ф700×14m800kN

3#2#Ф700×20m350kN

4#E17#上部Ф1000×8m

下部Ф700×12m930kN

2、復(fù)合地基承載力特征值

試點(diǎn)號(hào)樁號(hào)基樁規(guī)格承載力特征值

1#1#上部Ф1000×4m

下部Ф700×16m132kPa

2#2#Ф700×20m118kPa

3#G15#上部Ф1000×6m

下部Ф700×14m102kPa

4#G17#上部Ф1000×8m

下部Ф700×12m112kPa

根據(jù)目前設(shè)計(jì)要求，常州至溧陽(yáng)高速公路CL-JL1標(biāo)目前釘形雙向攪拌樁均滿足要求，但是具體施工時(shí)可能與江蘇的地質(zhì)條件存在差別，施工時(shí)土層阻力變化較大，對(duì)施工人員要求較高，同時(shí)對(duì)于后期臺(tái)后沉降情況將有待沉降觀測(cè)結(jié)果。

五、結(jié)論

區(qū)別于常規(guī)水泥攪拌樁處理方式，釘形雙向水泥土攪拌樁施工機(jī)械采用內(nèi)外嵌套雙重鉆桿，分別按正、反向攪拌，對(duì)擴(kuò)大頭部分實(shí)施“四攪三噴”工藝，對(duì)下部樁體實(shí)施“兩攪一噴”工藝，既保證了樁體的水泥摻入量，又提高了水泥土攪拌均勻性，其施工機(jī)械由常規(guī)水泥土攪拌樁施工機(jī)械改造而成，機(jī)械成本投資低、易于推廣。