水泥攪拌樁在市政道路和公路工程軟基處理中的應(yīng)用

鄧康樂

1 引言

水泥攪拌樁是以水泥作為固化劑，通過水泥攪拌機械設(shè)備，將土與水泥強制攪拌形成增強體的復(fù)合地基。這種方法適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土、粉土、黃土、泥炭土等土層，本工法處理效果顯著，且處理后可以提高地基的承載力，可很快投入使用，還可用作基坑支護結(jié)構(gòu)、止水帷幕等[1]。工程實施過程中如何有效地控制水泥攪拌樁的成樁質(zhì)量，確保軟基處理的效果是人們在工程實踐中探索的一個課題。

2 工程概況

深圳市某市政工程2 標(biāo)，本工程為舊路拓寬改造工程，起訖樁號為：GGL0+000～GGL2+120，全長2.12km；全線為舊路拓寬改造。改造后的道路將現(xiàn)狀四車道保留，兩側(cè)各增加一條車行道。

根據(jù)勘察報告，場地上部存在較厚的填土層，填土層松散且均勻性差，承載力低、地基沉降大，不能滿足工程需要。綜合考慮場地條件、地質(zhì)條件、工程進度、造價等因素，對填土層采用水泥攪拌樁進行地基處理。處理后的地基要求：單樁承載力105kPa，復(fù)合地基承載力120kPa。水泥攪拌樁的主要設(shè)計參數(shù)為：攪拌樁樁徑500mm，樁間距1.00m，正方形布置。平均樁長為10.5m，并要求樁底穿過填土層進入下部持力層不小于0.5m。攪拌樁的強度不小于1.6MPa。

3 施工準(zhǔn)備

根據(jù)現(xiàn)場踏勘，發(fā)現(xiàn)拓寬區(qū)域存在樹木、樹根、草皮、生活垃圾、大石塊等障礙物，部分?jǐn)嚢铇妒┕^(qū)域存在填筑土且厚度不一，原地表面存在淤泥或凹凸不平地帶，因此，在施工前必須對場地進行清理及平整，施工準(zhǔn)備工作如下：

1）施工現(xiàn)場應(yīng)做好“三通一平”，滿足樁機承重、運輸和施工要求。并查清地下（電纜、通信管線、煤氣管道、水管等)和地上（樹木、大石塊、草皮、淤泥）的障礙物等情況并加以處理。對整個場地進行平整，確保水泥攪拌樁機施工作業(yè)時穩(wěn)定不傾斜。

2）對整個攪拌樁施工區(qū)域挖土至樁頂?shù)脑O(shè)計標(biāo)高，考慮到攪拌樁施工過程中會經(jīng)常出現(xiàn)水泥漿外溢現(xiàn)象，在樁位處應(yīng)提前挖出溝渠防止水泥漿外溢污染周邊施工場地。

3）根據(jù)設(shè)計圖紙要求放線，樁點施放應(yīng)根據(jù)樁位平面圖，用經(jīng)緯儀定向、鋼尺量距確定各樁點位或采用全站儀定向及確距，并對每個樁點插上木棍及漆上紅漆。

4）對整個攪拌樁施工區(qū)域進行布置及規(guī)劃，包括臨近供水供電線路及機械設(shè)備放置位置、水泥堆放位置、水泥漿攪拌設(shè)備以及存漿池位置等。

4 工藝性試樁

水泥攪拌樁施工前，應(yīng)根據(jù)設(shè)計進行工藝性試樁，以便掌握該區(qū)段的成樁經(jīng)驗及各種操作技術(shù)參數(shù)。每個標(biāo)段或區(qū)域試樁不少于5 根，且必須待試樁成功后方可進行正式施工，試驗樁檢驗可以采取7d 后直接開挖取出或至少14d 后取芯，檢驗水泥攪拌樁的均勻程度及水泥土的強度。試樁設(shè)計參數(shù)及要求：

1）選取地質(zhì)條件有代表性的地方，攪拌樁試樁數(shù)量5 根。

2）樁長：平均樁長為10.5m，樁底進入持力層不小于0.5m。

3）實際施工樁長由電機的電流監(jiān)測表控制，根據(jù)電流的突變參考樁底進入下持力層的深度，或由監(jiān)理、設(shè)計、業(yè)主單位現(xiàn)場試樁確認(rèn)的樁長控制方法。

4）空樁：設(shè)計無空孔，試樁不留空樁，以方便施工完畢后的效果檢測。

5）樁徑、布樁：設(shè)計樁徑500mm，樁間距1.00m，正方形布置。

6）工藝：采用“四噴四攪”工藝。

7）樁身材料：采用P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，水泥摻入比為被加固土重的15%～18%，水泥漿水灰比0.45～0.55。

8）攪拌機的下沉和提升速度，宜控制在0.5～0.8m/min，施工配備注漿的額定壓力不宜小于5.0MPa。

4.1 試樁情況

試樁情況顯示，其中2 條試樁成樁樁長為10.5～10.8m，成樁電流：

1）樁號001：在樁機下轉(zhuǎn)1～3m 范圍電流35～45A,3～5m 范圍內(nèi)電流突變至60A 并伴有瞬間電流急速提高情況，5m 以后至8.7m 電流恢復(fù)至穩(wěn)定電流35～45A，8.7m 以后電流再次提升至60～80A，并基本保持穩(wěn)定，樁機下轉(zhuǎn)速度明顯降低，至10.5m收樁；

2）樁號002：在樁機下轉(zhuǎn)1～9m 電流基本穩(wěn)定在35～45A，9m 以后電流明顯提升至60～80A，并基本保持穩(wěn)定，樁機下轉(zhuǎn)速度明顯降低，至10.8m 收樁；

上述成樁過程均采用“四噴四攪”工藝，水泥摻入比按現(xiàn)場土工擊實試驗確定的土壤最大干密度1.92g/cm3, 計算所得水泥摻入量為56～67kg/m（取65kg/m），單根攪拌樁成樁時間55～60min。

4.2 試樁情況分析

樁號001 攪拌樁在3～5m 范圍突變，應(yīng)為樁機遇巖石夾層，在穿過夾層后的5～8.7m 為松填土，8.7m 以后樁機工作電流明顯提高，即為進入持力層的明顯標(biāo)志，現(xiàn)場施工及樁長質(zhì)量監(jiān)控可判斷。

樁號002 攪拌樁在1～9m 電流無明顯變化，基本穩(wěn)定在35～45A，1～9m 地層應(yīng)為松填土段，9m 以后樁機工作電流明顯提高，即為進入持力層的明顯標(biāo)志，現(xiàn)場施工及樁長質(zhì)量監(jiān)控可判斷。

4.3 試樁結(jié)論

綜合上述現(xiàn)場試樁情況分析結(jié)論，由于攪拌機下轉(zhuǎn)速度、電流等相關(guān)參數(shù)現(xiàn)場可直觀判斷是否進入持力層，原設(shè)計平均樁長保持不變可保證攪拌樁施工質(zhì)量及便于現(xiàn)場施工及質(zhì)量監(jiān)控。

5 施工工藝

施工過程中應(yīng)注意以下幾點：（1）對中：攪拌樁機移到樁位上方，調(diào)整導(dǎo)軌垂直度，鉆頭對正樁位。采用目測，橫豎雙向觀測。（2）預(yù)拌下沉：使鉆頭沿導(dǎo)軌逐漸切土下沉到設(shè)計深度，鉆進速度一般為0.8～1.0m/min，攪拌頭預(yù)攪下沉?xí)r電機的工作電流不得超過60A。如果下沉的速度達不到要求，即從輸漿系統(tǒng)補給清水以利鉆進。（3）制備水泥漿：待攪拌機下沉到一定的深度時，開始按0.45～0.55 的水灰比拌制水泥漿，待壓漿前將水泥倒進入集料斗。（4）提升噴漿攪拌：攪拌機下沉到設(shè)計深度后，開啟灰漿泵將水泥漿壓入土體中，泵壓一般控制在0.4～0.6MPa[2]。邊噴漿邊旋轉(zhuǎn)，邊按0.6～1.0m/min 速度提升攪拌機。至停漿面時停止提升，停漿面比設(shè)計樁頂標(biāo)高高出約50cm。（5）重復(fù)上、下攪拌：再次將攪拌機邊旋邊沉入土中，至設(shè)計加固深度再將攪拌機提升出地面。（6）清洗：向集料斗中注和入適量的清水，開啟灰漿泵，將管路中殘存的水泥漿清洗干凈，清除攪拌頭上的土。（7）重復(fù)上述步驟，移動至下一樁位進行施工。（8）施工的同時操作人員將每根樁的鉆進時間、提升時間、提升速度、提升的次數(shù)、鉆進的深度等進行記錄。

施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 施工工藝流程圖

6 施工質(zhì)量控制及檢測

6.1 施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)包括：（1）垂直度。設(shè)備就位后，必須平整，并確保施工過程中不發(fā)生傾斜、移動。要注意保證機架和鉆桿的垂直度，如發(fā)現(xiàn)偏差過大，及時調(diào)整，垂直度偏差控制不超過1.0%。（2）樁機就位。必須對中，對中誤差不得大于20mm，樁徑偏差不大于4%。（3）水泥用量以及泵送漿液的時間、攪拌樁每米下沉和提升的時間等應(yīng)有專人記錄。嚴(yán)格控制攪拌時的下沉和提升速度，保證加固范圍內(nèi)每一深度均得到充分?jǐn)嚢?，控制攪拌提升速度?.0m/min。（4）水泥漿不得離析，水泥漿停置時間不得超過2h。如停置時間過長，不得使用。（5）確保加固強度和均勻性：嚴(yán)格控制噴漿量，攪拌樁的施工應(yīng)連續(xù)進行。輸漿階段必須保證足夠的輸漿壓力，連續(xù)供漿。一旦停漿，將攪拌頭下沉到停漿點0.5m 以下。待恢復(fù)供漿后再噴漿攪拌；如停工40min 以上，必須立即進行全面清洗，防止水泥在設(shè)備和管道中結(jié)塊，影響施工。（6）遇到地下障礙物的處理方法：施工過程中，如遇到地下障礙物使鉆桿無法鉆進時，及時通知監(jiān)理、設(shè)計人員，及時采取補樁措施，保證施工質(zhì)量。

6.2 質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)

質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)包括：（1）在成樁7d 內(nèi)，采用輕型動力觸探檢驗樁身強度，檢驗數(shù)量不少于總樁數(shù)的2%，且不少于3 根；（2）在成樁28d 后，做復(fù)合地基承載力試驗，檢驗點為樁數(shù)的0.5%，且不少于3 個點；（3）在成樁28d 后，采用雙管單動取樣器鉆芯取樣，評價攪拌樁均勻性，檢驗水泥土抗壓強度。芯樣直徑不小于80mm，鉆入持力層厚度不小于3 倍樁徑，檢驗點為樁數(shù)的0.5%，且不少于3 個點。

6.3 質(zhì)量檢測結(jié)果

對6 根樁進行了抽芯，從芯樣可以看出，樁身完整性好。對芯樣采樣進行無側(cè)限抗壓強度試驗，樁身水泥土抗壓強度2.51～6.52MPa，均比設(shè)計強度1.6MPa 高了較多，表明水泥土攪拌樁在填土層中的效果令人滿意。

另外，選取了3 個點進行場地復(fù)合地基載荷試驗，根據(jù)S-P（位移—荷載）曲線確定的地基承載力為132kPa、146kPa 和139kPa，均能滿足設(shè)計要求。

7 結(jié)論

綜上所述，得出以下結(jié)論：

1）對軟弱土層采用水泥攪拌樁處理是可行的，不但質(zhì)量可靠，而且具有明顯的造價優(yōu)勢。尤其適應(yīng)于處理較深厚的填土層，經(jīng)過攪拌樁處理后的填土性質(zhì)大幅改善，地基承載力大幅提高。

2）在施工中，通過觀察和分析攪拌機下轉(zhuǎn)速度、電流等相關(guān)參數(shù)的變化，可為現(xiàn)場判斷樁端是否進入持力層及進入持力層的深度提供客觀依據(jù)，保證了攪拌樁的質(zhì)量。

3）攪拌樁正式施工前應(yīng)進行試樁，通過試樁不但可能驗證設(shè)備的施工能力是否滿足設(shè)計要求，而且可以確定確保攪拌樁質(zhì)量的最佳工藝參數(shù)。