解析釘形水泥土雙向攪拌樁的軟基處理技術(shù)

■賈宏波 ■四川西南交大土木工程設(shè)計(jì)有限公司南京分公司，江蘇 南京 210012

1 工程地質(zhì)和水文概況

本工程坐落在某市，在經(jīng)由某河段時(shí)，河岸地表上有一層較為厚重的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，其軟土厚度在九米到十二米之間，并且此土層中還夾雜著一定含量的細(xì)碎沙石，整體河岸的承載能力在60 千帕至80 千帕，從道路施工角度看其工程地質(zhì)條件較差，地基軟土較厚導(dǎo)致路基承載力低，需對(duì)路基進(jìn)行加固處理。

2 加固機(jī)理

釘形水泥土雙向攪拌樁對(duì)現(xiàn)行水泥土攪拌樁成樁機(jī)械的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、鉆桿以及鉆頭進(jìn)行改進(jìn)，采用同心雙軸鉆桿，在內(nèi)鉆桿上設(shè)置正向旋轉(zhuǎn)葉片并設(shè)置噴漿口，在外鉆桿上安裝反向旋轉(zhuǎn)葉片，通過(guò)外桿上葉片反向旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的壓漿作用和正反向旋轉(zhuǎn)葉片同時(shí)雙向攪拌水泥土的作用。

與其他攪拌樁相比，其顯著的優(yōu)勢(shì)是可以將水泥漿的運(yùn)動(dòng)范圍限制在兩組葉片當(dāng)中以杜絕水泥漿向上反出氣泡，從而使得裝體內(nèi)的水泥漿的分布非常均勻并且也有利于攪拌以保證了水泥樁能夠均勻地沉降，進(jìn)而保證成型后水泥樁的質(zhì)量良好。此外，雙向攪拌樁還可以對(duì)攪拌葉片根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置，最常用的方法是能夠讓葉片自由伸縮在地面下方做成擴(kuò)大頭，形成如同釘子一般的釘形攪拌樁。

3 釘形水泥土雙向攪拌樁施工技術(shù)

3.1 施工前準(zhǔn)備工作

在釘形水泥土雙向攪拌樁施工之前，首先要將水泥樁的整體上的位置進(jìn)行詳細(xì)的布局，采用正三角形布置，間距1.8 米，過(guò)渡段間距采用2.0 米。然后，根據(jù)實(shí)際需要確定各個(gè)施工參數(shù)以及施工所用的工具。

3.2 具體施工工藝

(1)首先將主要設(shè)備釘形雙向攪拌機(jī)固定到適宜的位置上，具體做法是將該設(shè)備固定到需要制定樁的地方并且調(diào)整設(shè)備保證設(shè)備作業(yè)主線和樁位的中心線在同一直線上，如果施工作業(yè)的地方的地表土質(zhì)比較松軟導(dǎo)致設(shè)備不能在施工場(chǎng)地上作業(yè)，就要先用適當(dāng)?shù)耐亮辖ㄖ粋€(gè)有相應(yīng)承載能力的平臺(tái)，然后在將設(shè)備投放到指定的施工地點(diǎn)。⑵對(duì)設(shè)備進(jìn)行相關(guān)的設(shè)定，具體做法是將作業(yè)狀態(tài)調(diào)整到雙向攪拌樁施工作業(yè)下，接著對(duì)攪拌葉進(jìn)行展開(kāi)，展開(kāi)的幅度調(diào)整到最大值;機(jī)械向地表土壤行進(jìn)的過(guò)程中要隨著導(dǎo)向架的軌道逐步深入;在葉輪開(kāi)始作業(yè)進(jìn)行強(qiáng)制性的切土?xí)r將送漿泵調(diào)整到工作狀態(tài)，然后經(jīng)由下面固定連接在葉片上的噴嘴向土壤中澆筑水泥漿液，在水泥漿旋轉(zhuǎn)到半圈的時(shí)候通過(guò)上面的也輪組進(jìn)行旋轉(zhuǎn)性的攪拌，最終使得水泥漿和土壤相互接觸并融合最終粘合在一起，從而達(dá)到固化的效果。在上下兩組片同一時(shí)間的正向、反向旋轉(zhuǎn)切割和攪拌操作下能夠保證攪拌機(jī)可以正常向下行進(jìn)并沉淀，最終完成擴(kuò)大頭端的“攪噴拌”工作任務(wù)。⑶在擴(kuò)大頭底面位置處，通過(guò)反旋轉(zhuǎn)外鉆桿，調(diào)整攪拌樁機(jī)葉輪工作半徑，攪拌葉片調(diào)整為樁下部直徑，攪拌樁機(jī)沿導(dǎo)向架再次向下觸土，葉輪被帶動(dòng)反向旋轉(zhuǎn)強(qiáng)制切土，調(diào)整噴漿速度和噴漿量，向土體中旋噴水泥漿。⑷攪拌機(jī)提升、關(guān)閉送漿泵，攪拌葉片保持下部樁成旋轉(zhuǎn)方向，兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，直至擴(kuò)大頭與下部樁體的交界處，保持送漿泵關(guān)閉狀態(tài)，改變外鉆桿的旋轉(zhuǎn)方向，將外鉆桿攪拌葉片打開(kāi)到擴(kuò)大頭端樁體直徑攪拌樁機(jī)提升，兩組葉片同時(shí)旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，直到內(nèi)鉆桿下面的一組葉片位于大樁樁頂。⑸將以上四個(gè)作業(yè)步驟重新操作一遍以完成一個(gè)根樁的全部操作過(guò)程。⑹終止攪拌機(jī)等各項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行，準(zhǔn)備對(duì)下一根樁進(jìn)行施工。

4 注意事項(xiàng)

(1)釘形水泥土雙向攪拌樁樁距偏差±50mm，垂直度偏差不大于1%。

(2)如果施工已經(jīng)進(jìn)行而結(jié)果發(fā)生噴漿量不充足，一定要在該水泥樁附近補(bǔ)釘一根水泥樁，此處注意補(bǔ)釘?shù)乃鄻兜母黜?xiàng)指標(biāo)要與正常設(shè)計(jì)指標(biāo)持平。

(3)如果施工作業(yè)的對(duì)象是直徑比較大的釘形水泥樁，為了保證其水泥樁過(guò)度段沉降均勻質(zhì)量良好，要在擴(kuò)大頭下方一到二米內(nèi)降低攪拌機(jī)下沉速度和提升速度以便于保證在該樁段內(nèi)能夠有足量的水泥漿液和相應(yīng)的攪拌量。

(4)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求配制漿液，水泥漿水灰比0.5～0.6，地基含水量高者取小值。釘形水泥土攪拌擴(kuò)大頭樁徑1.0m，長(zhǎng)3m;下部樁徑50cm，進(jìn)入持力層不小于0.5m;重度控制在1.73g/cm3，擴(kuò)大頭部分?jǐn)嚢铇端酀B入量參考值為220kg/m，下部攪拌樁水泥滲入量參考值為55kg/m。

(5)對(duì)于水泥漿的澆筑一定要做到連貫有序，并且要保證水泥漿和土質(zhì)的混合要非常均勻。如果發(fā)生意外事件導(dǎo)致必須停工處理而導(dǎo)致的水泥漿停送，要把攪拌機(jī)的鉆頭調(diào)整到停送水泥漿前一米的位置上，等到水泥漿的供應(yīng)正常以后再繼續(xù)進(jìn)行施工。如果水泥漿的停送時(shí)間再三小時(shí)以上，必須將輸漿管道清洗后再繼續(xù)施工以免水泥漿液硬化導(dǎo)致輸漿管管不通暢而無(wú)法正常作業(yè)。

(6)水泥樁的作業(yè)戰(zhàn)線比較長(zhǎng)且工作量非常大，所以一定要注意全樁的水泥漿灌注要保持均勻且避免出現(xiàn)水泥夾心的現(xiàn)象。此外，還要注意通過(guò)各個(gè)環(huán)節(jié)的操作銜接來(lái)保證輸漿管道通暢以避免斷漿狀況的發(fā)生，當(dāng)管道堵塞狀況已然發(fā)生必須及時(shí)終止動(dòng)力泵工作進(jìn)行處理，并且要保證再開(kāi)工時(shí)攪拌鉆要向下深入一米之后才能正常工作以避免斷樁狀況出現(xiàn)。

5 工程質(zhì)量檢驗(yàn)

5.1 質(zhì)量檢驗(yàn)

⑴在檢查時(shí)間上，由于成樁需要用較長(zhǎng)的時(shí)間，所以其質(zhì)量檢查要在澆筑水泥樁的整個(gè)過(guò)程中不間斷地進(jìn)行，并且做好各個(gè)檢查階段的記錄。在檢查數(shù)量上，要對(duì)每一根水泥樁進(jìn)行全程檢查。檢查的核心內(nèi)容是作業(yè)攪拌機(jī)提升和下沉的速度、內(nèi)部和外部鉆桿的鉆速以及水泥漿的用量等等，此外水泥樁的實(shí)際長(zhǎng)度和釘制單樁的時(shí)間也是考察的重點(diǎn)內(nèi)容之一。

⑵關(guān)于樁身的檢查要在不同時(shí)間進(jìn)行不同程度的檢查，成樁七天后要應(yīng)用淺部開(kāi)挖的方法對(duì)樁體的成形狀況進(jìn)行檢查，主要檢驗(yàn)其攪拌的均勻性以及水泥樁的直徑，該項(xiàng)檢查的數(shù)量要在三根以上，并且保證檢查的覆蓋率要保證在千分之一;成樁28 天以后要根據(jù)相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行取芯實(shí)驗(yàn)，其試驗(yàn)內(nèi)容主要是無(wú)側(cè)限壓強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，該項(xiàng)檢查的數(shù)量要在三根以上，并且保證檢查的覆蓋率要保證在千分之一;壓強(qiáng)的平均值要大于0.8 兆帕且最小值要大于0.5 兆帕。此處需要注意，在質(zhì)檢的過(guò)程中擴(kuò)大頭部分最好在較小直徑樁外面進(jìn)行取芯，經(jīng)由對(duì)芯樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)水泥樁的長(zhǎng)度、樁頭的強(qiáng)度以及均勻性進(jìn)行全面的測(cè)評(píng)。

⑶關(guān)于水泥樁承載能力的檢驗(yàn)，運(yùn)用復(fù)合地基靜載試驗(yàn)以及單樁載荷試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行，該項(xiàng)目中的參考標(biāo)準(zhǔn)是復(fù)合地基承載力120kPa，單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值250kN。復(fù)合地基承載力試驗(yàn)必須在樁身強(qiáng)度滿足荷載試驗(yàn)條件，并在攪拌樁完成28d 后進(jìn)行，該項(xiàng)檢查的數(shù)量要在三根以上，并且保證檢查的覆蓋率要保證在千分之一到千分之二。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，釘形水泥土雙向攪拌樁的加固機(jī)理要比一般的攪拌樁有諸多的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)其施工工藝和質(zhì)量檢驗(yàn)中也有較多的技術(shù)要求和注意事項(xiàng)。通過(guò)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，該攪拌樁在軟基處理技術(shù)方面有重要的作用，所以關(guān)于該技術(shù)的深入研究對(duì)于本行業(yè)的發(fā)展方面有深遠(yuǎn)的意義。在該技術(shù)的加固原理上可以總結(jié)出科學(xué)技術(shù)和原理在施工技術(shù)與施工作業(yè)設(shè)備的改進(jìn)中有非常大的影響，所以相關(guān)的科研工作者要將專業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)知識(shí)與實(shí)際工作相結(jié)合以加大研究力度和成效，從而促進(jìn)市政行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

［1］羅大生，肖超，張可能，陳星光.深層水泥土雙向攪拌樁強(qiáng)度試驗(yàn)研究［J］.礦冶工程2012(01).