水泥攪拌樁在軟弱復(fù)雜軟基中的應(yīng)用

廣東省建筑工程機(jī)械施工有限公司 510500

摘要：攪拌樁在天然含水量高、孔隙比大、有機(jī)質(zhì)含量高、腐殖質(zhì)及富里酸含量高、強(qiáng)度低的土層中強(qiáng)度低且成樁效果差，處理后的站場(chǎng)路基不能滿足設(shè)計(jì)和功能使用要求。本文結(jié)合珠海十字門中央商務(wù)區(qū)橫琴片區(qū)市政基礎(chǔ)設(shè)施（道路）一期工程五標(biāo)段水泥攪拌樁在軟弱復(fù)雜軟基中的應(yīng)用，淺談如何處理軟弱復(fù)雜地基。

關(guān)鍵詞：水泥攪拌樁；軟弱地基；水泥土砂石樁

在珠江三角洲沿海地區(qū)，地下水位較高，區(qū)內(nèi)分布著淤泥、淤質(zhì)粉土為主的軟土層并有大量的暗河沂、暗溝塘及沖、回坡土等軟弱人工填土存在，水泥攪拌樁處理方式以其造價(jià)低、工期短、施工簡(jiǎn)便、無污染等優(yōu)點(diǎn)占據(jù)著主導(dǎo)地位，但攪拌樁在天然含水量高、孔隙比大、有機(jī)質(zhì)含量高、腐殖質(zhì)及富里酸含量高、強(qiáng)度低的土層中強(qiáng)度低且成樁效果差，處理后的站場(chǎng)路基不能滿足設(shè)計(jì)和功能使用要求。針對(duì)這一問題，在珠海十字門中央商務(wù)區(qū)橫琴片區(qū)市政基礎(chǔ)設(shè)施（道路）一期工程五標(biāo)段攪拌樁軟基處理工程施工中對(duì)施工工藝進(jìn)行了改進(jìn)，在成本控制及處理效果中取得了理想的效果。

一、工程概述

珠海十字門中央商務(wù)區(qū)橫琴片區(qū)市政基礎(chǔ)設(shè)施（道路）一期工程五標(biāo)段軟基處理主要選用塑料排水板及深層攪拌樁等進(jìn)行處理，攪拌樁處理區(qū)域的地質(zhì)條件復(fù)雜、工期緊、對(duì)加固后的沉降要求高。本工程攪拌樁區(qū)總面積為：201600m2，樁徑Φ500mm，樁間距1.0～1.4m，呈正三角形布置攪拌樁總量為1138000延米。設(shè)計(jì)要求攪拌樁施工深度以進(jìn)入設(shè)計(jì)要求的硬層（中粗砂層）0.5m為控制。

場(chǎng)地土層主要為淤泥<2-1A>層，平均厚度3.1m；淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土<2-lB>層，平均厚度3m；淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土<4-2>層，平均厚度3m。該三層具有天然含水量高，孔隙比大，有機(jī)質(zhì)含量較高，強(qiáng)度低，壓縮性高，滲透系數(shù)較小。低強(qiáng)度和不均勻性：軟土分布區(qū)地基強(qiáng)度很低，極易產(chǎn)生不均勻沉降。高壓縮性：軟土屬高壓縮性土，極易因其體積的壓縮而導(dǎo)致地面和建筑物沉降。PH值偏低及高有機(jī)質(zhì)、富里酸及腐殖質(zhì)含量：場(chǎng)地內(nèi)軟土的PH值偏低，有機(jī)質(zhì)、富里酸、腐殖質(zhì)含量高，對(duì)軟基加固處理影響大。

二、水泥攪拌樁施工

1、施工機(jī)具選擇

選用PH—5B、PH—D型深層攪樁機(jī)40臺(tái)，HPX-18、HPX-25型深層攪樁機(jī)15臺(tái)，并為每臺(tái)攪拌樁機(jī)配備流量計(jì)、控制柜、低壓變壓器、泵送裝置、輸漿膠管、攪拌軸、灰漿攪拌機(jī)和集料斗等成套系統(tǒng)。施工前組裝架立樁機(jī)，檢查主機(jī)各部的連接，噴漿系統(tǒng)各部分安裝試調(diào)情況、管路的密封連接情況是否正常，作好必要的調(diào)整和緊固工作，排除異常情況后方可開始施工。HPX-18、HPX-25型深層攪樁機(jī)處理深度分別達(dá)到18m和25m，主要用于C區(qū)樁長(zhǎng)18m懸浮式攪拌樁的施工。

2、施工順序安排

本分項(xiàng)工程施工范圍共劃分為三個(gè)施工區(qū)7個(gè)小區(qū)域，分布在設(shè)計(jì)區(qū)域的過渡段段、隔離樁B-1區(qū)、B-2區(qū)、C區(qū)，同一施工區(qū)域內(nèi)按從北向南方向施工。計(jì)劃65天完成本分項(xiàng)工程的全部施工任務(wù)。

3、施工方法及技術(shù)措施

本工程設(shè)計(jì)選用四攪四噴的施工工藝。施工前，應(yīng)取地基原狀土作室內(nèi)配比實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)工藝性成樁實(shí)驗(yàn)，以確定最佳摻灰量，確定成樁工藝。每個(gè)分區(qū)的試樁數(shù)為3根。要求九十天齡期樁身無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不<1.2Mpa。

（1）樁機(jī)定位，運(yùn)用具有移動(dòng)功能的深層攪拌機(jī)抵達(dá)鎖定樁位對(duì)中，為確保樁位精確性，應(yīng)該運(yùn)用定位卡，樁位對(duì)中的偏差不能>50mm，導(dǎo)向架與攪拌軸要和地面垂直，垂直度的不能超出 1 %距離。

（2）漿液配制，水泥選用P042.5硅酸鹽的普通水泥，漿液的調(diào)配一定要嚴(yán)格控制水灰比，比例通常為0.5至0.6最佳，水泥方面應(yīng)進(jìn)行抽檢，參入的水要具有定量容器，運(yùn)用砂漿攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌時(shí)，攪拌的時(shí)間每次不應(yīng)<3分鐘。

（3）噴漿形成樁，啟動(dòng)灰漿泵，確認(rèn)噴嘴噴出漿液時(shí)，開動(dòng)樁機(jī)往下轉(zhuǎn)動(dòng)鉆進(jìn)噴漿成樁，并且不斷噴入水泥漿液，鉆進(jìn)速率達(dá)1.0m/秒，轉(zhuǎn)速在60r /min 之間，噴漿的壓力保持1.0 —1.4 Mpa，噴漿量保持在30L /min，鉆進(jìn)噴漿至設(shè)計(jì)的樁長(zhǎng)或者層位后，在原位噴漿30s，然后反轉(zhuǎn)的平均速度提升很多。

（4）加強(qiáng)攪拌，攪拌頭自樁底反轉(zhuǎn)平均速度攪拌加強(qiáng)，直至底層面，如果攪拌頭被軟土包裹時(shí)，要實(shí)時(shí)進(jìn)行消除。

（5）鉆進(jìn)重復(fù)攪拌和擢升攪拌形成樁，根據(jù)以上環(huán)節(jié)鉆進(jìn)和擢升攪拌形成樁，它的噴漿量按照設(shè)計(jì)的有關(guān)要求，達(dá)到有關(guān)設(shè)計(jì)要求后，只要復(fù)攪不用再送漿，成樁之后，啟動(dòng)漿泵沖洗管路中剩余的水泥漿。

（6）在機(jī)具下沉攪拌中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)硬土層阻力大，下沉變慢并且攪拌鉆進(jìn)，這種情況應(yīng)增長(zhǎng)攪拌機(jī)自重再開動(dòng)加壓裝置，或者一邊輸漿液另一邊攪拌鉆進(jìn)成樁。

（7）樁機(jī)操作人員應(yīng)該和攪漿施工者維持緊密的聯(lián)系，確保攪拌機(jī)在噴漿中供漿連連不斷，因故障而需要停漿時(shí)，必須立刻告訴樁機(jī)操作人員，直至恢復(fù)供漿時(shí)再進(jìn)行噴漿施工。因?yàn)楣收蠈?dǎo)致停機(jī)的超過3h，把輸漿管拆卸下來徹底的進(jìn)行沖洗管路。

（8）施工時(shí)，應(yīng)設(shè)專門的人員把攪拌機(jī)下沉?xí)r間、提升時(shí)間以及供漿和停漿時(shí)間周詳?shù)挠涗浵聛恚⑶宜涗浀纳疃绕畈豢?gt;0.05 m，時(shí)間偏差不可>5s，施工時(shí)產(chǎn)生的總是與治理狀況需要加以登記同時(shí)也要表明。

⑨深層攪拌樁施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)樁位、樁長(zhǎng)、樁數(shù)、噴漿量以及試驗(yàn)確定的參數(shù)施工。樁體攪拌應(yīng)均勻、不斷，全樁應(yīng)復(fù)攪一次，成樁直徑和樁長(zhǎng)不得小于設(shè)計(jì)值。

三、水泥攪拌樁在試樁施工中遇到大問題--攪拌樁強(qiáng)度低且成樁效果差，處理后的站場(chǎng)路基不能滿足設(shè)計(jì)和功能使用要求。

由于本工程規(guī)模大、施工條件差、周邊環(huán)境復(fù)雜、地質(zhì)條件差，軟土厚度大、工程造價(jià)低、工期緊，而水泥攪拌樁軟基處理面積及數(shù)量較大，且地質(zhì)條件復(fù)雜，如何確保攪拌樁的成樁強(qiáng)度，對(duì)整個(gè)工程的質(zhì)量至關(guān)重要。在施工前期的水泥攪拌樁試樁過程中發(fā)現(xiàn)由于土層天然含水量高、孔隙比大、有機(jī)質(zhì)含量高、腐殖質(zhì)及富里酸含量高、強(qiáng)度低等原因?qū)е聰嚢铇稄?qiáng)度低且成樁效果差，甚至有不成樁的現(xiàn)象，這一問題不解決將嚴(yán)重影響本工程的質(zhì)量、工期和效益。因此，本項(xiàng)目部技術(shù)人員將解決“攪拌樁成樁強(qiáng)度低問題”列為科技攻關(guān)的課題來攻克，經(jīng)過查找出強(qiáng)度低原因后、通過對(duì)設(shè)備進(jìn)行工藝改進(jìn)有效的克服了強(qiáng)度低現(xiàn)象取得了好的成績(jī)，確保了工期、質(zhì)量要求，取得了好的經(jīng)濟(jì)效益。

四、攪拌樁強(qiáng)度低且成樁效果差的處理

1、攪拌樁強(qiáng)度低且成樁效果差的原因分析

軟弱土層中有機(jī)質(zhì)含量較高，壓縮性高，強(qiáng)度低，滲透系數(shù)較小。低強(qiáng)度和不均勻性，軟土分布區(qū)地基強(qiáng)度很低，極易產(chǎn)生不均勻沉降。PH值偏低及高有機(jī)質(zhì)、富里酸及腐殖質(zhì)含量，場(chǎng)地內(nèi)軟土的PH值偏低，有機(jī)質(zhì)、富里酸、腐殖質(zhì)含量高，對(duì)軟基加固處理影響大。特別是有機(jī)質(zhì)、富里酸、腐殖質(zhì)含量高，嚴(yán)重影響了攪拌樁的加固效果，阻礙攪拌樁的強(qiáng)度增長(zhǎng)。試樁施工單純?cè)黾铀鄵饺肓?，?huì)在樁頭部位的粉噴樁體中心產(chǎn)生“燒心”現(xiàn)象（因水泥摻入量過高，地下水位較低，水泥硬化時(shí)產(chǎn)生的高溫造成水泥土體強(qiáng)度降低的現(xiàn)象）。

2、本工程對(duì)攪拌樁強(qiáng)度低且成樁效果差的處理

2.1 開會(huì)研究對(duì)策及進(jìn)行第二次試樁

按照首次抽芯檢測(cè)時(shí)該結(jié)果發(fā)覺，水泥的摻量為16% 與 18%之間，在淤泥層中的四攪四噴的樁其強(qiáng)度通常為 0.3和0.5。同時(shí)，P.O42.5水泥摻量一旦提升至20 %，攪拌樁下部就能滿足要求，不過上部未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求（0.9MPa、0.6 MPa），所以，在跟業(yè)主，設(shè)計(jì)和監(jiān)理商量過后抉擇，顧慮到成本控制與牢固效率，在樁的上部加強(qiáng)攪拌樁啟動(dòng)次數(shù)與水泥摻量實(shí)行試樁，同時(shí)，本公司按照首次試樁的結(jié)果對(duì)試驗(yàn)所收集的大量數(shù)據(jù)實(shí)行解析，同等軟弱土層中含砂的數(shù)量對(duì)樁強(qiáng)度有較大影響，并簡(jiǎn)單加大水泥摻入量（比如所摻入量>20%），所在樁頭部位的粉噴樁體，其樁體中心就會(huì)出現(xiàn)“燒心”現(xiàn)象（因?yàn)樗鄵饺肓慷?，而地下水位低，水泥在硬化中出現(xiàn)的高溫導(dǎo)致水泥本質(zhì)強(qiáng)度下降的現(xiàn)象），此結(jié)論被專家及業(yè)主所認(rèn)同。討論研究采用先在軟基中打擠密砂石樁（可單純用砂或石子），再在砂石樁中心施打水泥攪拌樁，形成水泥土砂石復(fù)合樁的方案，并實(shí)行二次試樁。2.2 對(duì)第二次試樁進(jìn)行分析確定最終施工方案

遵照第二次抽芯檢測(cè)的結(jié)果發(fā)覺，在攪拌樁四攪四噴 P.O42.5 水泥中，當(dāng)配合比摻量是16 %時(shí)，樁的上部強(qiáng)度為 0.4 Mpa、0.8 Mpa、0.2 Mpa 沒有達(dá)到攪拌樁無側(cè)限抗壓的強(qiáng)度要求，樁下部的強(qiáng)度基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，除了其它因地質(zhì)不同的點(diǎn)未達(dá)設(shè)計(jì)要求。當(dāng)攪拌樁四攪四噴P.O42.5水泥配合比摻量為18%時(shí)樁上部強(qiáng)度為0.5Mpa、0.3Mpa、0.5 Mpa，不能滿足設(shè)計(jì)要求，下部樁強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。當(dāng)攪拌樁上部8m六攪六噴選用P.O42.5水泥配合比摻量為22.5%，下部選用15%四攪四噴時(shí)可以看出樁身上部8m左右的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度部分不能滿足要求（最低的強(qiáng)度為0.9Mpa），下部基本符合要求（有一個(gè)點(diǎn)0.9Mpa）.當(dāng)攪拌樁選用P.O42.5水泥摻量上部為24%（六攪六噴）基本符合要求（最低的一點(diǎn)為1.1Mpa），下部16%符合要求，通過檢測(cè)可以滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)資料，試樁位置區(qū)域地質(zhì)情況為上部8m左右為淤泥<2-1B>淤泥質(zhì)細(xì)砂層<2-2>和少量淤泥質(zhì)中砂層<2-3>，因此可以說明當(dāng)攪拌樁配合比水泥摻量為16%、18%、22.5%（四攪四噴）時(shí)，淤泥、淤泥質(zhì)細(xì)砂層、淤泥質(zhì)中砂層的攪拌樁無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不能滿足設(shè)計(jì)要求，即不能達(dá)到1.2MPa。水泥土砂石復(fù)合樁（水泥摻量16%，砂樁直徑為20cm）的試樁強(qiáng)度最低的為1.7Mpa，滿足設(shè)計(jì)及功能使用要求。

六攪六噴攪拌樁和水泥土砂石復(fù)合樁試樁對(duì)比：

六攪六噴攪拌樁：

水泥土砂石復(fù)合樁試樁：

通過試樁對(duì)比，攪拌樁選用P.O42.5水泥摻量上部為24%（六攪六噴），下部16%（四攪四噴）及水泥土砂石復(fù)合樁（四攪四噴水泥摻量16%，砂樁直徑為20cm）都能滿足設(shè)計(jì)使用要求，但是水泥土砂石復(fù)合樁的優(yōu)勢(shì)明顯：一、一般水泥攪拌樁存在著水泥土體剛度及強(qiáng)度較低，上部荷載傳遞深度較小的缺點(diǎn)，水泥土砂石復(fù)合樁可以有效地提高攪拌樁處理后土體剛度和強(qiáng)度，效果顯著；二、費(fèi)用少，通過經(jīng)濟(jì)分析，水泥土砂石復(fù)合樁只需費(fèi)用3800萬，而，攪拌樁選用P.O42.5水泥摻量上部為24%（六攪六噴），下部16%（四攪四噴）則需費(fèi)用4700萬，整整可以節(jié)約900萬。

通過試樁，水泥土砂石復(fù)合樁成為專家和業(yè)主的認(rèn)同方案并實(shí)施。

五、結(jié)語

經(jīng)過上述施工材料及工藝的改進(jìn)，施工中樁強(qiáng)度低的現(xiàn)象得到解決，大大提高了工效，確保了施工質(zhì)量，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。施工實(shí)踐證明，對(duì)攪拌樁工藝進(jìn)行簡(jiǎn)單、合理、有效的改造，水泥土砂石復(fù)合樁利用砂樁對(duì)軟弱部位先行加固，既達(dá)到了排水固結(jié)作用，又利用其樁身中的粗粒體改善了樁體結(jié)構(gòu)，使攪拌更加均勻、密實(shí)。提高了復(fù)合樁體的強(qiáng)度、剛度和密度，也提高了荷載作用深度和抗剪強(qiáng)度。能對(duì)復(fù)雜軟基中的特別軟弱部位針對(duì)性地加固，避免了開挖、回填，再打樁的繁瑣工序?，F(xiàn)工程已完成，使工程工期提前一個(gè)月，處理達(dá)到預(yù)期的效果，且使攪拌樁的施工成本、工期和質(zhì)量得到了充分的保障。

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