釘形雙向水泥土攪拌樁智能化軟基處理技術(shù)在福州市瑯岐雁行江主干道工程中的應(yīng)用

王永安

福州市瑯岐路橋建設(shè)有限公司，福建福州 350017

瑯岐島位于福州市東部閩江入?？?，三面環(huán)江，東面臨海，是福州新區(qū)的重點發(fā)展區(qū)域，其地形以沖海、沖洪積平原為主，廣泛分布軟土地基。近年來，隨著島內(nèi)市政交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的推進，也應(yīng)用了多種軟基處理方法，如攪拌樁（濕噴）、CFG樁、預(yù)應(yīng)力管樁、排水板加超載預(yù)壓、排水板加強夯、加筋路基等，這些方法或由于施工質(zhì)量難以保證，或造價高昂，或施工工期長，處理效果難盡如人意。

東南大學(xué)交通學(xué)院劉松玉教授針對目前水泥土攪拌樁施工中存在的問題，在充分研究水泥土攪拌樁的加固機制和影響成樁質(zhì)量和樁身質(zhì)量因素的基礎(chǔ)上，研制出釘形雙向水泥土攪拌樁及其施工工藝。克服了水泥攪拌樁成樁質(zhì)量不易控制的缺點，且單樁承載力、處理長度均高于常規(guī)水泥攪拌樁，其樁距要大于水泥攪拌樁，經(jīng)濟性優(yōu)于普通水泥攪拌樁，且隨著處理深度的增加，其優(yōu)勢愈加明顯。經(jīng)過多方案比選，組織專家論證及實地考察工程實例，最終確定福州市瑯岐雁行江主干道全線軟基處理采用釘形雙向水泥土攪拌樁。

1 工程概述

福州市瑯岐雁行江主干道工程是瑯岐島內(nèi)規(guī)劃的主干道，是先行閉合的環(huán)島路的一段，道路總長約7.59km，建設(shè)寬度40～58m，設(shè)有21座橋涵，沿線現(xiàn)狀主要為田地、林地、河道、池塘及水溝、山地、田埂等，水系發(fā)達。路段場地土層表面為1.5～2.6m耕土（粘土）層，其下淤泥層厚度26～36m，路基填土高度為1～4m。該段軟土具有天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、透水性差、力學(xué)性質(zhì)差等特征，對路基及橋涵基礎(chǔ)工程沉降、穩(wěn)定有較大影響，經(jīng)計算確定需進行處理以滿足路基穩(wěn)定和工后沉降要求。

福州市瑯岐雁行江主干道沿線主要軟土為工程淤泥和淤泥質(zhì)土，其巖土體物理學(xué)性質(zhì)指標(biāo)詳見表1所示。

表1 地基土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)推薦值表

2 設(shè)計方案

福州市瑯岐雁行江主干道軟基處理中雙向水泥攪拌樁處理長度原則上以樁底地質(zhì)控制為主，經(jīng)計算，樁長不超過12m時采用直徑60cm的雙向水泥攪拌樁處理；樁長12～15m時采用釘型雙向水泥攪拌樁處理，其中上部擴大頭直徑100cm，長度3m，下部樁徑60cm；樁長大于15m時釘型雙向水泥攪拌樁上部擴大頭直徑100cm，長度4m，下部樁徑60cm；一般路段樁長不超過18m，高填深淤路段不超過20m，橋頭高填深淤路段不超過25m。樁基布置采用等邊三角形布置，間距為1.8～2.0m。設(shè)計水泥土攪拌樁樁身28d無側(cè)限抗壓強度不小于1.0MPa，復(fù)合地基承載力不小于100kPa。

3 試樁方案

在全線大規(guī)模施工之前，選定了具有代表性的兩段實驗段，并進行試樁，試樁的主要目的是：為本工程提供設(shè)計參數(shù)；為本工程施工提供工藝流程、機械設(shè)備及相應(yīng)施工參數(shù)；為試驗段及后續(xù)類似地質(zhì)段落軟基處理提供依據(jù)。試驗段試驗樁總數(shù)為2743根（含試樁），其中試樁數(shù)量為54根，進行釘形雙向水泥土攪拌樁、普通雙向水泥土攪拌樁在不同水泥摻入量成樁效果的對比；不同種施工鉆頭的攪拌方式的對比，具體如下：

設(shè)計參數(shù)方面：（1）確定無側(cè)限抗壓強度、單樁承載力和復(fù)合地基承載力是否滿足設(shè)計要求；（2）驗證室內(nèi)完成的配合比在室外實施時是否能滿足設(shè)計、施工要求。

工藝性試驗方面：（1）獲取施工工藝參數(shù)（提升、下鉆速度等）及確定具體的施工機具及配套設(shè)施（鉆頭形式、電機功率、漿泵壓力等），確定施工設(shè)備的適用性和施工過程控制方法；（2）在確定每米水泥用量和水灰比的前提下，通過不同的下鉆速度、提升速度形成不同的工況，驗證每種工況下成樁的質(zhì)量；（3）通過鉆進時的電流變化驗證地質(zhì)情況是否與設(shè)計相符；（4）提出過程質(zhì)量控制辦法，用來指導(dǎo)水泥土攪拌樁的施工。

試驗段施工結(jié)束后進行樁基質(zhì)量檢測并組織召開試樁總結(jié)會，最后確定施工工藝參數(shù)。工藝參數(shù)的核心參數(shù)水灰比為0.6，水泥標(biāo)號P.042.5，參灰比18%。

4 釘形雙向水泥土攪拌樁施工工藝

在處理現(xiàn)場，首先挖掘和清除根部土壤、建筑垃圾和其他雜填土，在池塘的泥濘表面和現(xiàn)場的低洼區(qū)域機械安裝困難，水應(yīng)該被疏浚和回收。攪拌樁停漿面為地面清表線（場地平整面）下約30cm，遇管道時停漿面為管道基礎(chǔ)底面，攪拌樁施工完成后，應(yīng)挖除樁頂浮土，回填50cm砂、碎石材料，中間設(shè)一層土工格柵，壓實緊湊后，作為路基墊。

圖1 “四攪三噴”+“兩攪一噴”施工工藝

經(jīng)試驗段試樁結(jié)果確定，（釘型）雙向攪拌樁擴大頭部分采用“四攪三噴”施工工藝，下部樁體根據(jù)土層情況和試樁情況選擇“兩攪一噴”施工工藝，詳見圖1。

具體實施步驟：

（1）樁機就位：混合器到指定樁的位置核對；

（2）噴漿攪拌下沉：啟動攪拌機，擴頭攪拌葉片打開，沿導(dǎo)向架向切土機攪拌，同時向土壤水泥漿中打開，砂漿泵正、反轉(zhuǎn)同時，兩組葉面剪切土混合，直至擴大的頭部設(shè)計深度；

（3）縮徑噴漿下沉：混合器鉆進底部的頭，管內(nèi)外的變化的旋轉(zhuǎn)，攪拌葉片萎縮，底部直徑樁設(shè)計，兩組攪拌葉片正向和反向旋轉(zhuǎn)的同時，減少土壤混合，混合噴射混凝土下沉到設(shè)計深度，并關(guān)閉砂漿泵；

（4）提升攪拌：提升攪拌機，兩組攪拌葉片同時旋轉(zhuǎn)，攪拌土壤到設(shè)計樁的頂部；

（5）噴漿攪拌下沉：混合器下沉，噴霧漿進入頭部設(shè)計深度；

（6）擴徑提升攪拌：為了增加對底部的攪拌，改變內(nèi)部和外部鉆桿的旋轉(zhuǎn)方向，并將刀片擴大到膨脹頭的直徑。兩組攪拌葉片同時旋轉(zhuǎn)和攪拌土壤，直到表面；

（7）樁頂處理：在1.0～1.5m樁范圍內(nèi)，二次噴涂攪拌，單樁施工手工完成。

5 釘形雙向水泥土攪拌樁施工質(zhì)量保證措施及檢測方案

施工必須嚴格按照以下措施進行，以保證樁的強度和均勻性。

（1）施工應(yīng)負責(zé)樁基記錄、各根樁位置、編號、混合深度、停止料漿表面標(biāo)高、鉆孔速度、速度、管道壓力、泥漿注入量、攪拌槽、粉料數(shù)量等的記錄，原始記錄應(yīng)詳細、完善，并及時報告監(jiān)理工程師簽字認可。

（2）通過水泥攪拌樁記錄實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，樁子長度、粘貼量、水泥用量、堆的時間等，以及人工記錄、檢查、對比校準數(shù)據(jù)，確保樁的質(zhì)量。

（3）送水泥漿時，應(yīng)停止出漿現(xiàn)象，在灰渣入口處設(shè)置篩網(wǎng)，防止水泥堵塞泥漿管道。

（4）嚴格控制噴淋的量和速度，確保樁的每一個深度都是完全混合的，每一個煙葉的平均水泥用量和設(shè)計值不得大于或減5kg。攪拌樁的施工記錄應(yīng)及時提交項目部，由項目部監(jiān)理工程師簽字。

（5） 嚴格控制攪拌時間和鉆井時間。鉆孔后，進行連續(xù)作業(yè)，鉆孔時不得中斷噴涂。確保攪拌樁的有效長度和樁質(zhì)量。

圖2 路基沉降觀測記錄

（6）（釘式）雙向攪拌樁施工開挖檢查一周后使用鉆井核心和其他手段檢查樁的質(zhì)量，如果不符合要求的設(shè)計應(yīng)該及時調(diào)整施工工藝，攪拌樁的質(zhì)量問題和加強措施。

（7）（釘型）雙向攪拌樁在設(shè)計和開挖階段應(yīng)進行樁體的完整性測試，鉆芯數(shù)量不應(yīng)小于總樁數(shù)的1%，單點不應(yīng)小于5。28d后，對單樁復(fù)合地基承載力進行測試，單點檢測次數(shù)不小于0.5%。

本工程線路長，構(gòu)筑物多，軟基工程量大，雙向攪拌樁總根數(shù)約11.7萬根，182萬延米，為提高施工效率，嚴格把控施工質(zhì)量，采用了自動化制漿系統(tǒng)并進行了自動監(jiān)控，對施工過程中的重要參數(shù)（樁長及漿量等）進行數(shù)據(jù)上傳，以保證每根樁均能得到有效的監(jiān)控與控制。

5.1 自動化制漿系統(tǒng)

目前攪拌樁（濕噴）施工中水泥漿液的配制，采用的是傳統(tǒng)的人工制漿的方式。制漿過程中人工傾倒水泥粉劑，粉塵多污染大，影響職工健康安全，而且用工成本高，工人勞動強度大。人為因素導(dǎo)致攪拌不均勻、漿液比重波動大，制漿質(zhì)量難以保證。本項目采用自動化制漿系統(tǒng)，自動化制漿系統(tǒng)采用高速攪拌（600轉(zhuǎn)/min）方式。該系統(tǒng)制漿效率高，漿液比重穩(wěn)定；自動化程度高，節(jié)省人工且勞動強度低；計量精確，性能穩(wěn)定；能夠充分保證施工的連續(xù)性與穩(wěn)定性。該制漿系統(tǒng)可以配備電子打印小票機，可以記錄并上傳每一次拌漿的水泥用量、水用量、拌漿時間，方便水泥用量的統(tǒng)計和控制，可對每天的制漿量進行監(jiān)控和數(shù)據(jù)上傳，以更好的保證制漿效果。

5.2 自動監(jiān)控系統(tǒng)

（1）釘形雙向水泥土攪拌樁自動監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場主要采集樁深、泥漿流量、噴漿狀態(tài)（壓力）、轉(zhuǎn)速、水泥漿密度、傾角、鉆桿狀態(tài)等數(shù)據(jù)。實時在線監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋至參建相關(guān)方。若自動監(jiān)測指標(biāo)超設(shè)定閾值即報警，經(jīng)報警參數(shù)應(yīng)及時與設(shè)計單位協(xié)商處理措施。

（2）施工完成后，將自動監(jiān)控資料表格化，可以形成完整監(jiān)管中心報表，主要記錄每一根攪拌樁成樁的樁長、水泥用量、垂直度、下鉆速度、提鉆速度、成樁時間以及電流值變化等參數(shù)。

6 工程實施效果

福州市瑯岐雁行江主干道釘形雙向水泥土攪拌樁施工已滿一年，通車也已半年，全線路面平順，觀測的每月工后沉降均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，與設(shè)計計算結(jié)果基本吻合，得到業(yè)主、主管部門及周邊群眾的一致好評，取得良好的經(jīng)濟和社會效益。相關(guān)實驗報告及路基沉降觀測記錄如圖2、3、4所示。

圖3 復(fù)合地基靜載荷試驗報告

圖4 水泥土攪拌樁鉆芯法檢測報告

7 結(jié)語

（1）釘形雙向水泥土攪拌樁由于采用雙向攪拌施工工藝，使得水泥土攪拌均勻，從而保證了樁身質(zhì)量，特別是深層樁體的質(zhì)量、復(fù)合地基承載力、工后沉降滿足設(shè)計要求。

（2）智慧工地主要指的是充分利用最新的互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算及大數(shù)據(jù)等技術(shù)來改變施工項目現(xiàn)場參建各方的交互方式、工作方式和管理模式，持續(xù)改進工程質(zhì)量、進度、成本，以合理的資源投入，實現(xiàn)項目效益最大化。

本項目釘形雙向水泥土攪拌樁施工通過進行在線信息化和智能化施工監(jiān)控，可減少資源的浪費，保證施工質(zhì)量。同時，根據(jù)監(jiān)測參數(shù)作出的專業(yè)分析，可驗證設(shè)計、反饋施工、指導(dǎo)檢測，實現(xiàn)了水泥攪拌樁互聯(lián)網(wǎng)+施工質(zhì)量管理，也是傳統(tǒng)市政工地向“智慧工地”邁進的一步，值得今后在相似的地質(zhì)條件下推廣應(yīng)用。