三軸水泥攪拌樁在軟土地基中的應(yīng)用

駱廷松 中交四航局第二工程有限公司

1.工程介紹

1.1 工程概況

為減少碼頭結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)期的沉降位移，確保結(jié)構(gòu)安全，需加固處理場(chǎng)地軟土。碼頭區(qū)域地基加固分兩次進(jìn)行，先對(duì)整個(gè)場(chǎng)地進(jìn)行大面積真空預(yù)壓，再根據(jù)結(jié)構(gòu)安全需要開展二次加固，具體采用水泥攪拌樁。本工程水泥攪拌樁施工處理寬度19～39m，采用格柵狀布置。原設(shè)計(jì)水泥攪拌樁采用雙向攪拌、四攪兩噴濕法工藝，單樁直徑700mm，樁間搭接≥150mm，水灰比0.5，水泥摻量18%。

由于軟土地基經(jīng)過排水板和真空預(yù)壓第一次加固處理后，地基含砂層固結(jié)速率加快，標(biāo)貫擊數(shù)大幅提高。單雙軸樁機(jī)由于地質(zhì)原因，在砂混淤泥、粉細(xì)砂層錘擊數(shù)均需＞15擊，雙向攪拌水泥攪拌樁試樁過程中經(jīng)常出現(xiàn)漿管堵塞、鉆頭斷裂、鉆桿彎曲變形、電流過大燒壞電機(jī)的情況，導(dǎo)致施工效率低下。后經(jīng)過多次論證，變更為三軸水泥攪拌樁機(jī)施工。三軸水泥攪拌樁，單樁直徑850mm，樁間搭接≥250mm，水灰比1.3，水泥摻量20%。

1.2 水泥攪拌樁設(shè)計(jì)具體參數(shù)

在設(shè)計(jì)水泥攪拌樁時(shí)，要求鉆進(jìn)速度為1m/min，確保平均提升速度也為1m/min，攪拌樁的攪拌速度≤50r/min，此外控制攪拌樁的鉆進(jìn)噴漿壓力在0.4～1.6MPa。在攪拌樁操作之前，控制水泥摻量為20%，拌和水為自來水，注意水灰比為1∶3，最后控制噴漿流量為278L/m。

2.施工準(zhǔn)備

（1）平整場(chǎng)地：為了提升荷載承重力、利于樁架移動(dòng)，鋪設(shè)墊鋼板。在三軸攪拌機(jī)進(jìn)場(chǎng)前保證施工場(chǎng)地平整，為后續(xù)工作提供便捷。先由專業(yè)部門勘察場(chǎng)地，探測(cè)沿線地下的障礙物，依靠最終探測(cè)結(jié)果清理障礙物。

（2）測(cè)量放線。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙放樣定位和測(cè)量標(biāo)高，并標(biāo)識(shí)位點(diǎn)數(shù)據(jù)。測(cè)量結(jié)束后填寫《施工放樣報(bào)驗(yàn)單》并請(qǐng)監(jiān)理審核簽字。

（3）開挖溝槽。參考基坑圍護(hù)規(guī)劃范圍，開挖溝槽以及清理障礙物。導(dǎo)槽中心線兩側(cè)寬各0.6m、深0.4m。開挖后及時(shí)完成后續(xù)作業(yè)，防止水泥漿溢出。存放好廢棄泥漿，作業(yè)完成后送達(dá)集中處理點(diǎn)，保障施工現(xiàn)場(chǎng)安全，做文明施工示范工地。

（4）確定軸攪拌樁位點(diǎn)。放線結(jié)束后依靠輔機(jī)頭部定位器設(shè)計(jì)中心線平行槽的定位線。從第一根樁開始，每隔1.2m標(biāo)記位點(diǎn)。作業(yè)時(shí)要求定位器對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記位點(diǎn)，確保與水平面平行后方可動(dòng)工。

3.施工工藝

水泥攪拌樁施工方式為兩攪兩噴：攪拌機(jī)鉆桿下鉆至設(shè)計(jì)深度后，攪拌提高升樁頂位置，主要為跳打施工。

3.1 樁位定點(diǎn)

在試樁作業(yè)前提前計(jì)算并驗(yàn)證動(dòng)工參數(shù)，保障參數(shù)的精準(zhǔn)度，為下一步操作提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。具體操作包括以下幾點(diǎn)：（1）檢測(cè)下鉆、提鉆速度，攪拌樁機(jī)不同檔位對(duì)應(yīng)速度不同，檢測(cè)相對(duì)速度，規(guī)定最終選取的下鉆、提鉆速度為V；（2）檢測(cè)泥漿泵流量值，最后檢測(cè)泥漿泵的流速為Q；（3）調(diào)試參數(shù)，根據(jù)下鉆和提鉆速度V及泥漿泵流速Q(mào)計(jì)算出樁體內(nèi)每米漿量。比較計(jì)算出的水泥用量和設(shè)計(jì)要求的每米水泥用量，若計(jì)算值大于設(shè)計(jì)值，則提高V或減少Q(mào)；若計(jì)算值小于設(shè)計(jì)值，則降低V或增加Q。最終結(jié)果要求計(jì)算值和設(shè)計(jì)值相一致。

3.2 樁機(jī)就位、對(duì)中

把攪拌樁機(jī)運(yùn)送至測(cè)定好的攪拌樁位點(diǎn)，然后對(duì)中。同時(shí)依靠樁機(jī)自帶的調(diào)直裝置和吊線錘雙向檢測(cè)機(jī)架垂直度，樁身的垂直允許偏差為1%。

3.3 制備水泥漿

按設(shè)計(jì)和典型施工確定的配合比拌制水泥漿，待壓漿前將水泥漿倒入集料斗中；根據(jù)設(shè)計(jì)要求，試樁前在現(xiàn)場(chǎng)取有代表性的土樣進(jìn)行水泥土配合比設(shè)計(jì)（17%、18%、20%、22%），確定水泥摻入比。選擇土層自然含水量平均濕密度計(jì)算土容重。其平均濕密度為1.72t/m3，按照20%摻量計(jì)算確定摻量水泥用量：水泥用量=樁長(zhǎng)×樁截面積×土的密度×水泥摻入量。

當(dāng)為850 mm 樁徑（雙向水泥土攪拌樁）且水泥摻入比為20%時(shí)，每m3水泥用量=（0.425×0.425×3.14×3-0.2074）×1720×0.2=514.26kg/m3。

水灰比控制：濕法的水泥漿水灰比可取1.0～1.5，三軸水泥土攪拌樁現(xiàn)場(chǎng)試樁水灰比暫按1.2進(jìn)行試樁。水泥密度3.1t/m3，水的密度為1t/m3，按每T水泥計(jì)算：

水灰比選取1.2時(shí)，漿液比重=（1+1.2）/(1/3.1+1.2)=1.445，每m3水泥用量=（0.425×0.425×3.14×3-0.2074）×1720×0.2=513.96kg/m3，每m3泥漿體積=514.26×2.2/1.445=782.95m3。

3.4 噴漿下沉至設(shè)計(jì)深度

開動(dòng)樁機(jī)動(dòng)力頭，沿導(dǎo)向架向下潛進(jìn)，下部葉輪和上部葉輪合作達(dá)到切土、拌勻的目的，觸及目的樁底標(biāo)高后暫停作業(yè)。確保無誤后打開送漿泵，順沿和葉片連接的噴嘴將水泥漿噴入土體中，使固化材料附著在旋轉(zhuǎn)土壤產(chǎn)生的的空隙中，并旋轉(zhuǎn)半周。通過上部葉輪的作用將土和漿體固化材料混勻。經(jīng)過兩組葉片同時(shí)反向旋轉(zhuǎn)，切割和攪拌土壤，攪拌樁機(jī)鉆桿繼續(xù)潛進(jìn)到根樁的設(shè)計(jì)標(biāo)高，完成根樁的“攪動(dòng)、噴灑、攪拌、拌勻”步驟。

3.5 攪拌提升至規(guī)定停漿面

在樁底部，攪拌、噴灑和攪拌后保持30s以上，準(zhǔn)備提升鉆頭的尖端。攪拌機(jī)升起過程維持旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，使?jié){液和土壤充分混合。在超出地面水平面或樁頂高度50cm后才可停止運(yùn)行鉆頭。

4.施工質(zhì)量控制

（1）成樁3天后測(cè)定成樁的均勻性。成樁7天后淺挖樁頭，檢查成樁均勻性。成樁28 天后選取常用抽芯法測(cè)定樁體的承壓能力，數(shù)量要求為總樁數(shù)的1.0%，在規(guī)定范圍接受檢測(cè)的攪拌樁不得少于總數(shù)50%。選擇雙管單動(dòng)取樣器鉆芯取樣，鉆孔直徑＞108 mm。檢測(cè)過程嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行：取芯率100%、現(xiàn)場(chǎng)留樣、標(biāo)記進(jìn)尺刻度、最終報(bào)告需附彩照。規(guī)定28天齡期的芯樣90%（原則上均指被抽檢的各單樁的芯樣百分比，下同）單軸抗壓強(qiáng)度應(yīng)＞0.9MPa，10%應(yīng)≥0.8MPa；90天齡期芯樣90%單軸抗壓強(qiáng)度應(yīng)＞1.1 MPa，10%應(yīng)≥1.0MPa。

（2）當(dāng)水泥漿液到達(dá)出漿口后應(yīng)噴漿并攪拌30s，并在開始提升攪拌頭前完全和樁頂端的土壤拌勻。

（3）如果在施工過程中因其他因素造成停漿，先把攪拌頭降低至停漿區(qū)域0.5m以下，待問題解決后再次操作。如果機(jī)器停止運(yùn)行超過3h，必須妥善拆除和清潔輸漿管，以待后續(xù)使用。

（4）在距樁頂部1m的設(shè)計(jì)高度攪拌和噴灑時(shí)應(yīng)緩慢，以確保桿頂部位置的均勻性。

（5）格柵狀加固時(shí)，相鄰樁的作業(yè)安排間隔不可超過24h，否則會(huì)出現(xiàn)無法搭接相鄰樁的情況，需進(jìn)行局部補(bǔ)樁或注漿等修補(bǔ)作業(yè)。

5.施工常見問題及解決措施

在工程進(jìn)展中，有些問題的存在可能會(huì)拖慢工程進(jìn)度，如：（1）因?yàn)榧夹g(shù)問題等可能造成樁位偏移、樁身傾斜；（2）三軸攪拌機(jī)械及附屬設(shè)備在施工點(diǎn)的安裝耗時(shí)需10天左右，并且設(shè)施需要較大的場(chǎng)地，對(duì)水泥儲(chǔ)量和電路要求也較高（一臺(tái)500kW的變壓器只能供應(yīng)一臺(tái)三軸攪拌機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)）；（3）噴漿時(shí)期，水泥受潮結(jié)塊導(dǎo)致噴漿阻塞、輸漿管彎折過長(zhǎng)，均會(huì)造成噴漿中斷等。

關(guān)于工程中出現(xiàn)的問題，有以下幾點(diǎn)解決方式：（1）施工前清理施工范圍內(nèi)的障礙物，不可使用雜填土回填，樁位線處做好標(biāo)記，垂直度偏差控制在1%以內(nèi)；（2）提前確定機(jī)械，預(yù)估機(jī)械占地面積，避免后期場(chǎng)地過于擁擠；（3）增大水泥用量，適當(dāng)減慢鉆進(jìn)和提升速度，減小氣體流量和保持管道壓力均勻，保證噴漿的連續(xù)性等。

6.結(jié)束語

經(jīng)過對(duì)三軸水泥攪拌樁進(jìn)行檢測(cè)，攪拌樁間距設(shè)計(jì)、樁體強(qiáng)度、樁長(zhǎng)等均達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)、成樁質(zhì)量良好。此次雙向水泥攪拌樁變更為三軸水泥攪拌樁不僅克服了施工過程出現(xiàn)的各種問題，保證了施工質(zhì)量，而且極大提高了施工效率，大幅縮短施工工期，可為類似工程提供參考。