三軸水泥土攪拌樁加固地基質(zhì)量控制注漿參數(shù)分析

謝胤濤

上海上勤建設(shè)發(fā)展有限公司 上海 200000

在某工地基坑開挖時(shí)發(fā)現(xiàn)，基坑內(nèi)土質(zhì)含水量較大，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用三軸攪拌樁作為止水帷幕，進(jìn)行檢查資料時(shí)發(fā)現(xiàn)施工記錄反應(yīng)出三軸攪拌樁存在下沉提升速度過快，再進(jìn)行更近一步的研究時(shí)發(fā)現(xiàn)水泥用量與噴漿時(shí)間存在不匹配的情況，為了在后續(xù)施工過程中，為施工過程中質(zhì)量控制及事故發(fā)生后復(fù)查施工記錄時(shí)定量分析的提供一定依據(jù)，需要對(duì)三軸攪拌樁加固地基質(zhì)量控制參數(shù)進(jìn)行分析。

1 單樁三軸水泥土攪拌樁水泥用量計(jì)算

三軸水泥土攪拌樁單幅樁由3個(gè)圓形截面搭接組織成，對(duì)于首開幅，單幅樁的被攪拌土體體積應(yīng)為3個(gè)圓形截面面積與深度的乘積；采用套接一孔法連續(xù)施工時(shí)，后續(xù)單幅樁的被攪拌土體體積應(yīng)為2個(gè)圓形截面面積與深度的乘積，圓形相互搭接的部分需重復(fù)計(jì)算[1]。

三軸水泥土攪拌樁直徑根據(jù)設(shè)備選型，宜為650毫米、850毫米、1000毫米，現(xiàn)場(chǎng)過程根據(jù)設(shè)計(jì)要求，樁型選擇不同，截面積各不相同，下表為常用三軸水泥土攪拌樁截面計(jì)算列表。

表1 常用三軸水泥土攪拌樁截面積計(jì)算列表

三軸水泥土攪拌樁水泥用量=樁截面深度*樁的深度*土密度*設(shè)計(jì)水泥參量

根據(jù)公式能夠快速的計(jì)算每根水泥攪拌樁的水泥用量，方便現(xiàn)場(chǎng)水泥用量下料及控制。

根據(jù)公式計(jì)算，例1 計(jì)算上海地區(qū)1 根1 8 米長(zhǎng)φ850@600、套打一孔，設(shè)計(jì)水泥參量20%的三軸攪拌樁水泥需要水泥量。

被攪拌土體的質(zhì)量根據(jù)JGJ199-2010型鋼水泥土攪拌墻技術(shù)規(guī)程中黏性土為主的地區(qū)按照1800公斤/立方米計(jì)算。

水泥用量約為=樁截面深度*樁的深度*土密度*設(shè)計(jì)水泥參量=1.031平方米*18米*1.8噸/立方米*20%=6.68088噸。

2 單樁三軸水泥土攪拌樁水泥漿液制備量計(jì)算

根據(jù)上海市基坑工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)DG/tJ08-61-2018 9.4.3 ，三軸水泥土攪拌樁在黏性土中的的水灰比宜取值1.5～2.0。

普通硅酸鹽水泥的表觀密度為：3.1噸/立方米，礦渣硅酸鹽水泥的表觀密度為3噸/立方米。

水泥漿體積=水泥質(zhì)量÷水泥表觀質(zhì)量+水質(zhì)量÷水密度

為方便計(jì)算以水泥密度取值3噸/立方米、水灰比1.5作為三軸水泥土攪拌樁水泥漿液制備量的依據(jù)。

還是以例1舉例，因水灰比為質(zhì)量比，水灰比為1.5代入計(jì)算式。

則此三軸水泥土攪拌樁水泥漿液體積=水泥質(zhì)量÷水泥表觀密度+水灰比*水泥質(zhì)量÷水密度=6.68088噸÷3噸/立方米+1.5*6.68088噸÷1噸/立方米=12.24828立方米。

3 三軸水泥土攪拌樁噴漿流量確定。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50202表4.11.4要求，水泥土攪拌樁質(zhì)量驗(yàn)收主控項(xiàng)目上，水泥土攪拌樁的水泥用量的檢查方法為查看流量表，《上海市基坑工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》又要求三軸攪拌樁注漿泵應(yīng)保證其實(shí)際流量與攪拌樁的噴漿鉆進(jìn)及下沉或噴漿提升速度相匹配，注漿的工作流量應(yīng)可以調(diào)節(jié)，并配置計(jì)量裝置[2]。配置計(jì)量裝置的目的是控制總的水泥量用量滿足設(shè)計(jì)要求，在現(xiàn)場(chǎng)資料收集過程中，發(fā)現(xiàn)在施工情況中，存在大量三軸攪拌樁基無法提供相關(guān)流量計(jì)記錄。究其原因，流量計(jì)為精密裝置，在使用過程在容易損壞，施工現(xiàn)場(chǎng)不注意此項(xiàng)儀器的更換。

三軸水泥攪拌樁一般采用2臺(tái)泥漿泵注漿，泥漿泵類型一般為BW-250，W代表往復(fù)式。

在根據(jù)梁慶華，往復(fù)式泥漿泵出口流量的一種非接觸方法一文指出，關(guān)于泥漿泵的出口流量的可進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，主要涉及的參數(shù)有泵活塞的截面積，活塞行程長(zhǎng)度及泵沖數(shù)。泵沖數(shù)計(jì)量需要加裝傳感器，而且在實(shí)際過程中是容易受到泵的充滿度影響，此法的測(cè)量計(jì)算誤差增大[3]。

為了解決此項(xiàng)問題，從施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際出發(fā)，共收集上海地區(qū)六臺(tái)流量裝置完好的三軸水泥土攪拌樁樁機(jī)器共計(jì)127張打印流量計(jì)記錄，攪拌樁施工深度為15-22米。泥漿泵配置均為2臺(tái)BW-250的泥漿泵。對(duì)泥漿泵的每分鐘的噴漿量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)表如下所示。

圖1 泥漿流量

本次收集到三軸水泥土攪拌樁量泥漿泵噴漿量的數(shù)據(jù)主要集中在250-320升/分鐘區(qū)間。

4 三軸水泥土攪拌樁噴漿量總時(shí)間及攪拌樁施工總時(shí)間的確定。

《上海市基坑工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中要求，三軸攪拌樁注漿泵應(yīng)保證其實(shí)際流量與攪拌樁的噴漿鉆進(jìn)及下沉或噴漿提升速度相匹配，從而推出。

三軸水泥土攪拌樁鉆進(jìn)下沉?xí)r間+噴漿提升時(shí)間≥三軸水泥土攪拌樁泥漿泵噴漿時(shí)間=三軸水泥土攪拌樁水泥漿液制備量÷單位時(shí)間泥漿泵噴漿量

以例1舉例，根據(jù)收集的泥漿泵噴漿速率的數(shù)據(jù)250-320升/分鐘，代入計(jì)算式，則此根攪拌樁噴漿時(shí)間為38.28分鐘～48.99分鐘之間。則三軸水泥土攪拌樁鉆進(jìn)下沉?xí)r間+噴漿提升時(shí)間最少時(shí)間不小于38.28分鐘。

5 相關(guān)參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

根據(jù)上述建立起來的計(jì)算式，可用于三軸攪拌樁相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，方便現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行質(zhì)量檢查及控制。表2為某一項(xiàng)目三軸攪拌樁實(shí)際施工數(shù)據(jù)，此項(xiàng)目采用三軸攪拌樁作為止水帷幕，采用一噴一攪工藝，水泥參量20%，水灰比1.5。項(xiàng)目上未能提供試樁記錄及流量計(jì)記錄。

根據(jù)表2相關(guān)數(shù)據(jù)代入計(jì)算式

表2 某項(xiàng)目三軸攪拌樁實(shí)際施工數(shù)據(jù)

三軸水泥土攪拌樁水泥用量=樁截面深度*樁的深度*土密度*設(shè)計(jì)水泥參量=1.031平方米*15米*1.8噸/米*20%=5.5674噸

三軸水泥土攪拌樁水泥漿液體積=水泥質(zhì)量÷水泥表觀密度+水灰比*水泥質(zhì)量÷水密度=5.5674噸÷3噸/米+1.5*5.5674噸÷1噸/米=10.2069米3

三軸水泥土攪拌樁泥漿泵噴漿時(shí)間=三軸水泥土攪拌樁水泥漿液制備量÷單位時(shí)間泥漿泵噴漿量=10.2069米÷（320升/分鐘～250升/分鐘）=31.9分鐘～40.83分鐘

三軸水泥土攪拌樁鉆進(jìn)下沉?xí)r間+噴漿提升時(shí)間≥三軸水泥土攪拌樁泥漿泵噴漿時(shí)間

則此根三軸攪拌樁的下沉?xí)r間+噴漿提升時(shí)間理論時(shí)間不小于31.9分鐘。根據(jù)實(shí)際記錄可得五根樁的施工平均時(shí)間為=（27分鐘+24分鐘+25分鐘+25分鐘+24分鐘）÷5=25分鐘

可以利用三軸攪拌樁實(shí)際施工時(shí)間與理論施工時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算偏差量，相關(guān)計(jì)算依據(jù)作為施工質(zhì)量檢查參考依據(jù)，并結(jié)合實(shí)際施工過程中現(xiàn)場(chǎng)降水情況，土質(zhì)情況、土方開挖情況，及周邊環(huán)境的情況進(jìn)行對(duì)三軸攪拌樁施工質(zhì)量進(jìn)行綜合判定。

6 三軸水泥土攪拌樁下沉與提升時(shí)間控制

上海市基坑工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)DG/tJ08-61-2018 及型鋼水泥土攪拌墻技術(shù)規(guī)程JGJ199-2010都提到三軸水泥土攪拌樁下沉速度宜控制在0.5米/分鐘～1米/分鐘范圍內(nèi)，提升速度移動(dòng)控制1米/分鐘～2米/分鐘范圍內(nèi)，規(guī)范規(guī)定較為寬泛[4]。

但是因三軸水泥土攪拌樁工藝原因，宜在下沉過程噴漿總噴漿量的70%，提升過程噴射剩下的30%。在實(shí)際施工前中應(yīng)充分考慮噴漿量、噴漿速率及下沉、提升時(shí)間之間的關(guān)系。

以例1舉例，總體噴漿時(shí)間理論為38.28分鐘～48.99分鐘，根據(jù)下沉過程噴漿總噴漿量的70%，提升過程噴射剩下的30%的要求，則下沉攪拌時(shí)間理論時(shí)間宜為26.796分鐘～34.293分鐘，提升攪拌理論時(shí)間為11.484分鐘～14.697分鐘。

提升、下沉速度=樁長(zhǎng)÷攪拌時(shí)間。

則例1中，三軸攪拌樁下沉階段理論速度為0.525米/分鐘～0.672米/分鐘,提升階段理論速度為1.225米/分鐘～1.566米/分鐘。

但是在實(shí)際的施工過程，受三軸攪拌樁樁機(jī)機(jī)能限制，提升速度并不能達(dá)到理論上速度。所以在大面積施工前，應(yīng)進(jìn)行成樁試驗(yàn)，根據(jù)三軸攪拌樁機(jī)設(shè)備實(shí)際機(jī)能，明確三軸攪拌樁的施工噴漿速率及下沉、提升攪拌的時(shí)間。尤其對(duì)環(huán)境保護(hù)要求高的基坑，并應(yīng)通過試成樁機(jī)檢測(cè)結(jié)果調(diào)整施工參數(shù)。

7 結(jié)束語

針對(duì)三軸水泥土攪拌樁現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量問題，了解現(xiàn)場(chǎng)，收集現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)，并加以分析，為三軸水泥土攪拌樁施工中檢查及施工后溯源提供理論依據(jù)。但現(xiàn)階段的設(shè)備越發(fā)先進(jìn)，希望更多數(shù)字化的控制手段用到施工設(shè)備上，在保證穩(wěn)定性的情況下科學(xué)的控制施工質(zhì)量。