淺談水泥攪拌樁施工質量控制

祝啟峰

摘要： 水泥攪拌樁在處理正常固結的淤泥、淤泥質土、粉土、飽和黃土、素填土、黏性土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基方面應用廣泛，具有較好的經濟效益和社會效益。本文在理論分析和現場實踐的基礎上，總結了水泥攪拌樁的現場施工工藝，將水泥攪拌樁的施工質量控制要點總結為“把關料源，控制過程”，為水泥攪拌樁的應用提供參考。

Abstract： Cement mixing piles are widely used in the treatment of foundations such as silt， silty soil， saturated loess， plain fill， cohesive soil and saturated loose sand with no flowing groundwater， and have good economy benefits and social benefits. On the basis of theoretical analysis and field practice， this paper summarizes the site construction technology of cement mixing pile， and summarizes the construction quality control points of cement mixing pile as "control source and control process"， which provides reference for the application of cement mixing pile.

關鍵詞： 水泥攪拌樁；復合地基；軟基處理；施工工藝；質量控制

Key words： cement mixing pile；composite foundation；soft foundation treatment；construction technology；quality control

中圖分類號：TU71 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）08-0137-03

0 引言

水泥攪拌樁的施工是通過各種深層攪拌機沿深度方向將軟土與固化劑（水泥漿或水泥粉、石灰粉、粉煤灰）外加一定量的摻合劑就地進行強制攪拌，使土體與固化劑發(fā)生物理化學反應，形成具有一定整體性和一定強度的水泥土加固體[1]。與其他軟基處理方法相比較，水泥攪拌樁具有軟基處理效果好、施工工期短、成本低、環(huán)境的破壞程度小等典型特點。近年來學者們對水泥攪拌樁的研究較為全面，理論分析的深度和現場應用的廣度不斷增加[2]，筆者以基于水泥攪拌樁的施工工藝的總結系統(tǒng)分析了水泥攪拌樁的質量控制要點。

1 工程概況

鐵路經過濱海沖積平原區(qū)，地層為第四系全新統(tǒng)沖擊粉質黏土、粉土、海陸交互沉積粉質黏土、粉土、粉砂、上更新統(tǒng)海陸交互沉積粉質黏土、粉土。地下水為第四系潛水，地下水位埋深1.2-1.8m，地下水環(huán)境類別為氯鹽環(huán)境和化學侵蝕環(huán)境（以硫酸鹽和鎂鹽侵蝕為主），環(huán)境作用等級分別為氯鹽環(huán)境L2～L3、硫酸鹽侵蝕H1～H2。部分路段存在軟塑的粉質粘土、淤泥質土，承載力相對較低，采用水泥攪拌樁進行軟基處理，設計水泥攪拌樁呈正三角形布置，樁徑0.5m，樁間距1.2m，樁長9m～12m，施工設置范圍是路堤坡腳外至少布置一排樁。要求水泥攪拌樁樁身材料90天齡期無側限抗壓強度不小于1.80MPa，單樁承載力116.6kN，處理后的復合地基承載力不小于125.1kPa。

2 水泥攪拌樁的作用機理

水泥攪拌樁通過機械利用固化劑將軟土和固化劑強制攪拌，使軟土硬結成一定強度的水泥攪拌樁，同一區(qū)域內多個相鄰水泥攪拌樁與樁間軟土共同組成水泥攪拌樁樁復合地基[3]，從而提高該區(qū)域的地基承載力，減少沉降變形。

當應力作用于水泥攪拌樁復合地基時，同一區(qū)域內水泥攪拌樁和樁間軟土組成復合地基共同受力。水泥攪拌樁是復合地基的增強體，而樁間軟土為復合地基基體，兩者共同分擔載荷[4]。

由于水泥攪拌樁的強度遠高于樁間土體，在載荷作用初期，“硬集多載”效應迫使水泥攪拌樁承擔大部分的載荷。在應力持續(xù)作用的過程中，隨時間增加，水泥攪拌樁在持續(xù)應力作用下發(fā)生一定沉降，樁間軟土間的側向應力集中程度增加，水泥攪拌樁承擔的一部分荷載逐漸向樁間軟土轉移，導致樁間軟土的應力不斷增加[5]。同時由于水泥攪拌樁的模量遠大于樁間軟土的模量，樁間土表面變形大于樁頂變形[6]，樁間土承載力得以發(fā)揮，從而減少地基變形。

3 水泥攪拌樁施工工藝

水泥攪拌樁的施工涉及料源、場地、機械、人工等多方面的因素，按照施工的順序可以分為施工準備和樁體施工兩個階段。

3.1 施工準備階段

3.1.1 現場準備

①施工場地平整。水泥攪拌樁施工場地一般位于地下水位較豐富的軟土區(qū)域，其地表雜草、灌木及農作物等植被較為豐富，為了方便后期路基施工作業(yè)，必須對場地徹底清表。對洼地、水溝等低于設計標高的易積水區(qū)域抽干積水，用粘性土分層回填夯實整平，回填土每層厚度不得大于0.5m，壓實度在70%-85%間。水泥攪拌樁的施工場地平整合格后及時通水、通路和通電，并在場地兩側開挖排水邊溝保證場地不積水。

②人員機械準備。水泥攪拌樁的施工需要有能夠長時間持續(xù)作業(yè)的攪拌機械設備和熟練的操作工人，機械設備整體進場前必須做專業(yè)檢測，滿足要求后方可進場。對拆卸運輸，進場組裝的攪拌機需要在場地完成組裝后進行試生產，經試樁合格后方可具備生產資格。設備開鉆之前組織檢查攪拌機械的主要監(jiān)測設備，電腦記錄儀、壓力表、密度計等各種儀器儀表必須進行標定。在鉆頭落地的情況下標示出鉆桿“零”起點的位置，然后在樁機的鉆桿上準確畫出每米的深度標示線，并在設計樁長處做醒目標志。水灰比、泵送時間、泵送壓力、攪拌機提升速度、下鉆速度以及復攪深度等參數通過試樁確定。

水泥攪拌樁的施工班組一般由水泥工、司機、測量工、維修工、技術員及管理員等基本工種組成，全部專業(yè)工種必須持證上崗，且經技術培訓考核合格后方可施工。

③料源準備。根據設計要求，水泥攪拌樁的主要原料為用P·S·A 42.5礦渣硅酸鹽水泥和溝渠水，水泥按規(guī)范要求取樣，檢測合格后方可使用。施工場地外建好水泥專用存儲庫，基底鋪設塑料布，防止水泥受潮，堆放高度不得超過10袋；溝渠水使用前做水質化驗，滿足要求后后方可使用，并設置兩道濾網，濾除雜質。

3.1.2 技術準備

①依據工程地質勘察資料和室內配合比試驗，水泥摻量為被加固濕土重量的16%，摻入量61kg/m，水泥漿水膠比0.52，水泥漿液比重為1.730g/cm3。

②在施工前組織現場施工負責人及樁機組機長召開技術交底會，主要落實施工工藝、施工過程中的管理制度、關鍵點、資料的統(tǒng)一、樁基檢測等內容。

3.2 樁體施工階段

該工程水泥攪拌樁施工采用“四攪兩噴”法施工，其施工工藝如下：

測量放線→樁機就位、對中→制備水泥漿→攪拌噴漿下沉→噴漿、攪拌、提升→重復攪拌下沉→重復攪拌上升→成樁結束移位→地基處理效果檢測

①測量放線。按設計要求，進行現場路基設計坡角進行測量放線，重點對控制性軸線、樁位進行復查，定出樁位，并打入小木樁，并報監(jiān)理驗收。

②樁機就位、對中。本工程采用雙軸型鉆頭樁機，移動樁架到達指定樁位，使鉆頭中心對準設計樁位。施工前檢查鉆頭的直徑，確保樁徑符合設計要求。待樁機就位后，用吊錘檢查調整鉆桿與地面垂直度，垂球重量不可太小，吊繩不得小于2m，確保垂直度偏差不大于1%，防止施工時樁機傾斜而導致檢測時樁體無法檢測到底。

③制備水泥漿。根據設計用灰量（每米61kg）、樁長、水灰比拌制水泥漿，檢測水泥漿比重和稠度。檢測合格后拌好后的水泥漿過篩后倒入儲料桶中，并在攪拌桶內做出明顯標識。每個漿罐配備1個比重秤，用于測定水泥漿比重。攪拌過程中不得在攪拌桶和儲料桶內隨意加水，嚴禁下料口處封閉不嚴密。水泥漿進入儲料桶內必須不停攪拌，保證制好的水泥漿不離析。及時清點庫存水泥數量、進場水泥數量，根據當天施工數量核算水泥用量。

④攪拌噴漿下沉。樁位定好后，啟動電機，放松起重機鋼絲繩，使?jié){噴樁機沿導向架自上而下漿噴切土下沉，開啟灰漿泵同時噴漿，邊噴漿邊旋轉，鉆進速度控制在0.8～1.0m/min，使水泥漿和原地基土充分拌和，以防止出漿口在下沉過程中被土團所堵塞。鉆機速度由電機監(jiān)測表控制，工作電流不應大于70A，直到下沉鉆進至樁低標高，并原位噴漿30s。

⑤噴漿、攪拌、提升。水泥深層攪拌樁機下沉到設計深度后，邊噴漿邊旋轉，提升時嚴格按照設樁確定的提升速度（0.5～0.8m/min）提升攪拌機并噴射余下的水泥漿。攪拌機提升到離地面以下1m后宜慢速；當噴漿口即將出地面時，應停止提升并原位噴漿攪拌數秒，以保證樁頭均勻密實。

⑥重復攪拌下沉和提升。為使軟土和水泥漿攪拌均勻，再次將攪拌機邊旋轉邊沉入土中，至設計加固深度后再將攪拌機邊旋轉邊提升出地面，注意控制鉆進速度和提升速度。在成樁過程中遇有故障而停止噴漿，第二次噴漿接樁時，其重疊長度不得小于0.5m，接樁間隔時間不得大于3h，否則應重打該樁。

⑦成樁結束移位。當攪拌機完成“四攪兩噴”流程后，停止主電機、空壓機，打印電腦票，填寫施工記錄，其內容包括：施工樁號、施工日期、起止時間、噴漿深度、停漿標高、噴漿壓力、鉆機轉速、鉆進速度、提升速度、水泥漿用量等。樁機移位進行下一根樁施工，重復“四攪兩噴”流程。

鉆機完成當日工作量后鉆頭移至施工區(qū)外，向儲料桶中注入適量的清水，開啟灰漿泵，清洗全部管路中殘余的水泥漿，直至管路及鉆頭清洗干凈，并維護保養(yǎng)。

4 水泥攪拌樁施工質量控制關鍵點

水泥攪拌樁屬于野外作業(yè)范疇，受天氣的影響較大，本次重點分析在常規(guī)條件下的施工質量控制關鍵點，并冬季及雨季的特殊施工措施加以總結。根據水泥攪拌樁的作用機理和施工工藝，結合施工實踐經驗，筆者認為水泥攪拌樁的質量控制關鍵為“把關料源，控制過程”。

4.1 常規(guī)條件下質量控制關鍵點

4.1.1 原材料把關

水泥攪拌樁的主要原材料為固化劑和水，原材料的好壞將直接決定水泥攪拌樁的強度和可靠性。合乎設計規(guī)范的固化劑是保證水泥攪拌樁施工質量的前提，水泥的使用要綜合考慮土質情況、供應關系、成本核算等多方面的原因，根據水泥攪拌樁樁身無側限抗壓強度要求、水泥摻量要求、水泥漿水膠比要求及地質情況，選用合適的固化劑?，F場所用固化劑品種和質量必須按要求抽樣做安定性、強度等試驗，并取樣進行試驗，檢驗合格后方可使用。

水是固化劑的主要運輸載體，施工現場周邊的自來水管道、河流、溝渠、深井等都是潛在的水源，水泥攪拌樁的施工用水首要考慮的自來水及人畜可引用水源，且必須做水質和腐蝕性分析，符合檢驗標準后方可使用。

4.1.2 配合比控制

理論分析和現場實踐均表明：同一地質條件下，相同品質的水泥和水，不同水泥漿摻入量形成的攪拌樁的強度差異較大[7]。實際應用過程中，同一地質條件下的配合比應結合理論分析、實驗室檢測和現場試驗共同確定。施工現場應根據地質情況及室內配比進行工藝性試樁，通過試驗確定水泥摻量及水灰比。

4.1.3 水泥漿劑量的控制

配合比是保證攪拌樁強度的前提，單樁水泥劑量及水泥漿的均勻性直接決定了水泥攪拌樁的質量好壞。施工前必須根據配合比標定用水量及水泥摻入量，嚴格按設計給出的水膠比進行制漿，以確保樁體水泥每米摻入量以及水泥漿用量達到設計要求。

樁機的鉆進速度、攪拌速度及提升速度是保證樁體漿量均勻性的關鍵，試驗表明[8]：均勻性與攪拌次數成正比，但與施工質量卻呈反比，當加固范圍內的任意點的水泥土經過20次拌合后的強度可以達到峰值。

根據載荷的傳遞規(guī)律，水泥攪拌樁的樁身為應力傳遞區(qū)，樁頭和樁底部位是主要的承載區(qū)，需增加樁頭和樁底區(qū)域的水泥漿用量，并增加復攪程序，以增加該區(qū)域的強度和均勻性。

現場實際應用過程中，為方便水泥漿劑量的實時控制，每臺機械配備電腦記錄儀，配漿桶處放置泥漿比重計，使用足夠的壓力和持久穩(wěn)定的輸漿能力的輸漿泵，且做到到一樁一配漿、一樁一桶料、一樁一清池（配漿池）。機械鉆攪拌頭翼片數量增加至6片，保持翼片與攪拌軸的垂直夾角、攪拌頭的回轉數、提升速度匹配，鉆頭鉆進速度為0.8～1.0m/min，提升速度為0.5～0.8m/min，噴漿時管道壓力不小于0.40MPa，攪拌樁機下在淺部樁頭和深部樁底部位原地邊噴漿邊旋轉30s，以增加該區(qū)域的強度和均勻性。

4.1.4 樁長、樁位、樁徑的控制

水泥攪拌樁加固區(qū)域的地基承載力特征值fspk：[9]

fspk=m■+？茁（1-m）fsk（1）

式中：fspk為加固后的地基承載力特征值，kPa；m為面積置換率；Ra為單樁承載力特征值，kN；Ap為裝的截面積，m2；β為該區(qū)域土的承載力折減系數；fsk為該區(qū)域土的地基承載力特征值，kPa。

β和fsk為確定值；面積轉換率m決定樁的樁徑、樁間距和布置方式，m與樁的強度呈正比；Ra由樁長和地層參數確定，因此現場實踐中，樁長、樁位、樁徑都可以通過調整面積置換率m來實現。相同的材料應用與同一區(qū)域時，密集短樁布置方式可以顯著提高該區(qū)域的承載強度，長樁布置方式可以減緩下沉量。

通過試驗確定好樁長、樁徑和布置方式并應用現場實踐時，樁長的控制可分為機械控制和人工控制兩種方式。機械控制是在樁機機體上布置度盤讀數器，通過控制鉆桿鉆入深度的圓盤指針讀數直接反映出鉆樁的長度；人工控制需要在鉆機搭架上做出明顯的標記，在設計樁長深度位置、沒進鉆的鉆頂的位置貼上（劃上）明顯標記，通過人為識別確認樁長。樁位的控制主要分為樁間距控制和垂直度控制兩方面，樁間距控制可以提前布樁，即通過測量放樣確定樁位后釘小樁，然后撒上白灰點；垂直度是樁位控制的關鍵，可在裝機的鉆塔上布置一定繩長的吊錘球。樁徑控制的要點在于鉆頭的尺寸控制，要求不小于設計直徑，磨損量不得大于10mm，磨損超限時及時焊補。

4.2 特殊條件下施工質量控制關鍵點

4.2.1 冬季施工質量控制

冬季是水泥攪拌樁施工的困難期，冰凍和低溫是威脅水泥攪拌樁施工質量的兩大因素，因此冬季水泥攪拌樁的施工要在常規(guī)施工質量控制的基礎上重點做好防凍和保溫措施。

①防凍控制關鍵點。冬季測量放樣點、漿液配合比容易受冰凍的影響，冬期施工布樁軸線引出的距離應適當增加，以免在打樁時受凍土硬殼層的影響，且水準點的數量不應少于兩個，并隨時與永久性的水準點校核。在進入冬期施工前試驗室對配合比進行調整，要求水泥漿加入適量的早強防凍劑[10]，并對水源采取加溫處理，確保鉆頭出漿口的漿液溫度符合設計要求。

②保溫控制關鍵點。冬期天氣寒冷，氣溫較低，首先要對原材料和漿液輸送管路采取保溫措施，即水泥采用土工布、防火草簾進行覆蓋保溫，制漿用水及漿桶采取加溫措施，泥漿輸送管采用保溫材料包裹進行保溫輸送。其次每日的施工時間選擇在溫度較高的9：00～16：00之間，在成樁的過程中隨時監(jiān)測外界和樁體內部的溫度變化，并繪制測溫孔布置圖。最后水泥攪拌樁施工完成要有保溫層，現場必須在增加樁頭噴漿量的基礎是上采用樁頭上方空攪50cm表土作為保溫覆蓋層或者其他可靠的保溫措施。

4.2.2 雨季施工質量控制

雨季的潮濕和降雨環(huán)境對施工所用原材料、配漿桶及施工場地等影響較大。雨季施工，首先要做好場地的排水設施，場地整平時按照4%坡度做好人字形排水坡[11]，施工時場地中間向兩側循環(huán)進行；管理好施工材料，水泥必須堆放在有防水防潮措施的密封料場內，料場周邊挖好排水邊溝，防止水泥受潮；配漿桶位置必須高于原地面20cm以上，且布置防水防風頂棚。雨季施工時需在樁頂一定范圍內增加噴漿量以提高樁頂強度。當降雨量較大時，停止施工。

5 結語

水泥攪拌樁是軟土地基處理的常用方法之一，能夠有效的提高軟土地基的承載力和抗側向變形強度，減少地基的沉降量。由于其樁體具有隱蔽性，因此對其質量的控制應堅持“把關料源，控制過程”，針對特定的地質條件設計符合自身實際的樁體參數和施工工藝，確保水泥攪拌樁的施工合理可靠，質量上乘。

參考文獻：

[1]蔣立恒.水泥攪拌樁在路基軟基處理中的應用[J].現代企業(yè)文化，2008（12）：148-149.

[2]張百東.水泥攪拌樁在建筑工程軟基處理中的應用[A].山西建筑，2007（6）：103-104.

[3]李嘉麗，嚴慶豐.談水泥攪拌樁質量控制要點[A].山西建筑，2012（3）：99-100.

[4]張楊.公路深層軟基處理中水泥攪拌樁的施工質量控制[A].中國科技博覽，2014（2）：566.