軟基施工控制淺見

李躍斌

（常熟市公路管理處）

隨著交通的大發(fā)展，據(jù)《中國公路網(wǎng)》介紹至2019年底全國公路通車?yán)锍桃堰_(dá) 501.25萬公里，高速公路總里程達(dá) 14.96萬公里，公路建設(shè)正向長、寬、高方向發(fā)展，長是里程長單條公路里程越來越長，2017年開工建設(shè)的京新高速總里程達(dá)2768公里；寬是公路越來越寬，很多新建公路均達(dá)雙向 6車道、8車道；高是公路建設(shè)的等級越來越高。公路往往穿過河流、湖泊、沙漠、戈壁、沼澤等軟弱地基段，這就需要在建設(shè)過程中對其進(jìn)行處理。在長期的施工過程中總結(jié)出了很多軟地地基的處理方式：1 換填墊層類：素土換填法、灰土換填法、強(qiáng)夯擠淤法、拋石擠淤法、墊層法。其中墊層法根據(jù)所用墊層材料的不同又可分為粉煤灰墊層、砂墊層、干渣墊層、碎石墊層、土(灰土、二灰)墊層等幾種方法；2 深層密實(shí)類：旋噴樁、粉噴樁、CFG樁、石灰樁、砂樁、土樁、強(qiáng)夯法、爆破法等幾種方法；3排水固結(jié)類：塑料排水板、袋裝砂井、砂井、堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓、電滲排水法、井點(diǎn)降水等幾種方法；4化學(xué)加固類：水泥土攪拌樁、旋噴樁、粉噴樁、注漿法、硅化法等幾種方法；5. 加固路基類：柴(木)梢排、樹根樁、土釘、土釘墻、土工聚合物、土層錨桿、加筋土路基等幾種方法；6. 其它加固類：側(cè)向約束、樁基、反壓護(hù)道、沉井等幾種方法。本文著重對水泥土攪拌樁的質(zhì)量控制進(jìn)行介紹。

1 失敗案例

福州營浜路全長25.241公里，工程總造價(jià)8.13億元，2016年建成通車，短短 3年這條年輕的道路就變成了問題路，各種波浪、龜裂、溝槽、 “跳車”和車轍。最大沉降達(dá)30～50cm。應(yīng)該是一條高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)的小康路，卻建成了一個(gè)“豆腐渣”工程，造成重大經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會影響。致使2名高管被公訴，多名官員落馬，政府公信力也受到影響。究其原因是 1、工程監(jiān)管嚴(yán)重缺位；2、違規(guī)招標(biāo)；3、施工偷工減料。大面積圍標(biāo)后高價(jià)倒賣、轉(zhuǎn)包，施工隊(duì)為了保證利潤而偷工減料。通過第三方檢測，全線六個(gè)標(biāo)段的樁基檢測合格率為 0，等于是放棄了工程質(zhì)量的第一道防線，所以工程出現(xiàn)各種病害也就不足為奇了。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

常熟段G204國道改擴(kuò)建工程A4標(biāo)全長約8.3公里，新線段所經(jīng)區(qū)域均為河湖沖程平原，東低西高，縱斷面高程從東部的黃海高程2米左右上升至西部的3～4米，軟土層分布較淺、固結(jié)慢、變形高、壓縮大。對路基變形和工后沉降的控制非常不利，設(shè)計(jì)認(rèn)為必須對A4標(biāo)的三個(gè)段落進(jìn)行軟基處理。這三個(gè)段落分別是20K到21K500、22K到23K500、24K300到26K，該三個(gè)段落均地勢平坦，河塘溝渠密布，原地面黃海高程在1.5米至2.1米之間。

地層上部為第四系全新統(tǒng)新近沉積的亞粘土、淤泥質(zhì)亞粘土，其下為第四系全新統(tǒng)一般沉積的亞粘土、淤泥質(zhì)亞粘土等；下部為第四系中上更新統(tǒng)沉積的亞粘土、亞砂土等。其中淺部分布有厚軟土，層厚5.00-25.40米，主要為淤泥質(zhì)軟粘土，流塑狀態(tài)，其主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1土層的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

本次軟基加固經(jīng)設(shè)計(jì)驗(yàn)算對比，擬采用東南大學(xué)劉松玉教授發(fā)明的雙向水泥土攪拌樁進(jìn)行軟基加固，設(shè)計(jì)樁長為23.5m和21.5米二種，樁徑統(tǒng)一采用60cm，樁位采用梅花形布置，設(shè)計(jì)樁間距為1.5 m。水泥摻量經(jīng)試驗(yàn)確定為70Kg/m，摻加的水泥采用普通325硅酸鹽水泥。

2.1.1 雙向水泥土攪拌樁的加固機(jī)理

相對于常規(guī)水泥土攪拌樁，雙向水泥土攪拌樁在施工工藝和施工機(jī)械方面進(jìn)行了改進(jìn)，但從固化劑和軟土相互作用的角度來看，其加固機(jī)理基本與常規(guī)樁相同：

（1）水泥的水化反應(yīng)和水解

水泥遇水后會發(fā)生緩慢的水化與水解反應(yīng)，生成化合物有含水硅酸鈣、含水鋁酸鈣、氫氧化鈣等產(chǎn)物。其中含水鋁酸鈣CaOAl2O3和氫氧化鈣Ca(OH)2等可溶解于水化合物，隨著水化與水解的持續(xù)反應(yīng)，化合們?nèi)芤哼_(dá)到飽和度達(dá)到飽和之后，水泥與水繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)生成凝膠。

（2）離子交換

表面帶有負(fù)電荷粘土顆粒，在天然狀態(tài)下呈膠體微粒狀，其反離子層為陽離子。反離子層中包含的鉀陽離子和鈉陽離子能同氫氧化鈣Ca(OH)2溶液中的鈣陽離子交換陽離子，該過程使土顆粒的水化膜變薄，土顆粒之間的作用力相對變大，集合能力變強(qiáng)，于是集合成更大的顆粒。另外，呈分散狀的水泥水化凝膠顆粒，其比表面積變得更大，約為原來的原顆粒的1000倍左右，表面能因而產(chǎn)生很大，具有更強(qiáng)烈的表面吸附活性，能進(jìn)一步使較大的土團(tuán)粒結(jié)合起來，同時(shí)封閉了土顆粒與土顆粒之間的微小孔隙，形成堅(jiān)固的聯(lián)結(jié)的水泥土的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，，使水泥土強(qiáng)度和承載能力得到大幅提高。

（3）硬凝反應(yīng)

隨著水泥水化反應(yīng)持續(xù)深入進(jìn)行，溶液中將大量析出的游離的鈣離子，當(dāng)游離的鈣離子數(shù)量超過交換離子所的需要陽離子量以后，游離的鈣離子可在堿性環(huán)境中與組成粘土礦物的一部分或大部分二氧化硅及三氧化二鋁，進(jìn)行緩慢化學(xué)反應(yīng)，生成不可溶于水的結(jié)晶，該化合物非常穩(wěn)定。并且在空氣中和水中該結(jié)晶化合物能逐漸硬化，達(dá)到很大的強(qiáng)度，從而增大了土體強(qiáng)度、穩(wěn)定性和承載能力。

（4）水泥碳酸化作用

能吸收空氣中和水中的二氧化碳的水泥水化產(chǎn)物，游離的氫氧化鈣，與二氧化碳發(fā)生碳酸化反應(yīng)，生成碳酸鈣CaCO3，碳酸鈣CaCO3不溶于水，且硬度較高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能小幅、緩慢增長土體的強(qiáng)度，從而使水泥土強(qiáng)度增加。

從水泥土的加固機(jī)理分析，由于攪拌機(jī)械的切削攪拌作用，不可避免會留下一些未被粉碎的大小土團(tuán)，使得水泥土中不可避免產(chǎn)生強(qiáng)度較大及水穩(wěn)性較好的水泥石區(qū)和強(qiáng)度較低的土塊區(qū)。研究表明，雙向水泥土攪拌樁由于施工機(jī)械的特點(diǎn)，樁機(jī)鉆頭有正反向旋轉(zhuǎn)葉片同時(shí)雙向攪拌，把水泥漿控制在兩組葉片之間，可使水泥土充分?jǐn)嚢杈鶆?，從而使得水泥土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的離散性減小，宏觀的總體強(qiáng)度提高。

2.1.2 雙向水泥土攪拌樁的施工工藝

從問題分析本質(zhì)，通過分析水泥土攪拌樁成樁后的質(zhì)量隱患，東大劉松玉教授分析了影響樁身質(zhì)量的因素、影響成樁質(zhì)量和加固機(jī)制機(jī)理研制出如圖1的雙向水泥土攪拌樁成樁機(jī)器(專利號200410065862)及其施工工藝，雙向水泥土攪拌樁在成樁過程中，通過動力頭帶動設(shè)在同心鉆桿上的二組正反向攪拌葉片，切土下潛時(shí)，對土體進(jìn)行預(yù)拌，噴漿提升時(shí)，上葉片繼續(xù)攪拌，同時(shí)對漿液上涌有一個(gè)壓制作用，使水泥漿只能在預(yù)設(shè)的空間被拌和，下葉片同時(shí)對漿液和土體進(jìn)行攪拌，加強(qiáng)土體。通過雙向水泥土攪拌樁的設(shè)備改良，一是改變了常規(guī)樁施工時(shí)的冒漿現(xiàn)象，二是改善了常規(guī)樁攪拌不均勻的現(xiàn)象，三是由于二組葉片正反轉(zhuǎn)平衡了，因旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的鉆桿側(cè)向偏移，使得攪拌樁能垂直打入土體。

圖1 雙向水泥土攪拌樁樁機(jī)鉆頭示意圖

2.2 工程質(zhì)量控制

雙向水泥土攪拌樁的質(zhì)量控制主要有樁位、樁長、樁徑、成樁質(zhì)量等，為了保證工程質(zhì)量，項(xiàng)目經(jīng)理牽頭，由總工室、質(zhì)檢部、測量組共同組建Q C小組，制定如下質(zhì)量控制措施：1、項(xiàng)目經(jīng)理部通過企業(yè)經(jīng)營科采用招標(biāo)的形式選擇有施工經(jīng)驗(yàn)的承包商，進(jìn)行勞務(wù)分包，只包勞務(wù)，原材料項(xiàng)目部提供，并嚴(yán)禁施工隊(duì)轉(zhuǎn)包和分包；2、項(xiàng)目經(jīng)理部通過企業(yè)機(jī)料科采購價(jià)優(yōu)的合格水泥；3、由項(xiàng)目總工室編制施工作業(yè)指導(dǎo)書，并在巡查過程中，由巡查小組監(jiān)督施工隊(duì)的執(zhí)行情況，確保施工隊(duì)能嚴(yán)格按指導(dǎo)書進(jìn)行作業(yè)；4、由QC小組組成巡查隊(duì)，因施工隊(duì)是3*8的施工班制，巡查隊(duì)也分三班，24小時(shí)對施工隊(duì)進(jìn)行巡查監(jiān)督；5、由項(xiàng)目部測量組在施工前對樁位進(jìn)行放樣；6、由質(zhì)檢部委托第三方進(jìn)行樁基質(zhì)量檢測，這樣通過企業(yè)自檢、監(jiān)理抽查和質(zhì)監(jiān)站的社會監(jiān)督，確保樁基施工質(zhì)量。

2.3 原因分析

樁基施工質(zhì)量的好壞取決以下幾個(gè)方面：1、施工技術(shù)；2、施工工藝；3、原材料質(zhì)量；4、樁基施工位置。解決好上述幾個(gè)問題，樁基的質(zhì)量基本也就得到了保證。項(xiàng)目經(jīng)理部通過企業(yè)經(jīng)營科采用招標(biāo)的形式選擇有施工經(jīng)驗(yàn)的承包商，進(jìn)行勞務(wù)分包，只包勞務(wù)，原材料項(xiàng)目部提供，并嚴(yán)禁施工隊(duì)轉(zhuǎn)包和分包。這樣就拒絕了人情關(guān)系戶和施工技術(shù)水平較低的施工隊(duì)伍，保證參與建設(shè)的施工隊(duì)伍均有較高的技術(shù)水平；由項(xiàng)目總工室編制施工作業(yè)指導(dǎo)書，并在巡查過程中，由巡查小組監(jiān)督施工隊(duì)的執(zhí)行情況，確保施工隊(duì)能嚴(yán)格按指導(dǎo)書進(jìn)行作業(yè)。這既保證了隊(duì)伍能按統(tǒng)一的施工工藝施工，又保證了施工用的水泥漿液配合比的準(zhǔn)確，還保證了施工過程中攪拌的均勻性，使成樁上下質(zhì)量一致；項(xiàng)目經(jīng)理部通過企業(yè)機(jī)料科采購價(jià)優(yōu)的合格水泥，統(tǒng)一配送，散裝水泥由機(jī)料科在現(xiàn)場收料，既保證施工環(huán)保，無包裝袋污染問題，又保證了水泥的品質(zhì)一致，還保證了施工隊(duì)伍無法偷賣水泥；由項(xiàng)目部測量組在施工前對樁位進(jìn)行放樣，保證了施工位置的準(zhǔn)確性。這樣施工過程中影響成樁質(zhì)量的幾個(gè)方面都得到了控制，工后三方分別檢測，所得結(jié)果均為100%。運(yùn)營至今已有10年時(shí)間，工后沉降均滿足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)語

軟基工程是隱蔽工程，其質(zhì)量的好壞決定了工程工后沉降和使用過程中的病害數(shù)量，因其施工后看不見摸不到，所以也稱良心工程，其質(zhì)量的好壞完全取決于管理者的責(zé)任心和施工者的良心。施工者的良心是管理者無法控制的，所以我們只能用管理者的責(zé)任心和擔(dān)當(dāng)去控制工程施工過程中的工藝和施工質(zhì)量，確保工程建后是優(yōu)質(zhì)工程、精品工程。