深層水泥攪拌樁在密實(shí)砂層中施工工藝探索應(yīng)用

劉鐵

株洲高科房地產(chǎn)開發(fā)有限公司 湖南株洲 412007

1 工程地質(zhì)條件

項(xiàng)目位置原地面高程▽42.0m-43.0m，地下水位線▽41.5m，地下水豐富，場地自上而下分布有表層耕植土、細(xì)中砂、淤泥、中粗砂（夾雜卵石）、砂質(zhì)粘土和全~弱風(fēng)化混合花崗巖。沉淀池基礎(chǔ)均置于細(xì)中砂上，下臥淤泥軟土層，且在地震基本烈度為VII條件下可能產(chǎn)生液化，地基工程地質(zhì)條件較差[1]。

2 施工工藝

2.1 一次試樁

試樁設(shè)備選用樁機(jī)型號：PH-5D型噴粉樁機(jī)（單機(jī)電機(jī)功率45kW）、高壓旋噴機(jī)。水泥采用中材牌42.5R普通硅酸鹽水泥。試樁施工參數(shù)按照設(shè)計(jì)圖紙要求實(shí)行：單樁水泥用量80kg/m，攪拌樁均應(yīng)穿透中細(xì)砂層、淤泥層、中粗砂層，樁端持力層為全風(fēng)化混合花崗巖或強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖，樁徑為600mm，水灰比為0.45-0.5，攪拌頭提升速度800mm/min。試樁樁號分別為B37、F78、K11，現(xiàn)場鉆孔均達(dá)到樁端持力層后，攪拌樁機(jī)原位攪拌30s后提升，在提升至3.5m-5.5m高度時(shí)，均出現(xiàn)鉆頭被卡住無法鉆動(dòng)，并出現(xiàn)鉆頭脫落現(xiàn)象，樁機(jī)工作阻力很大，電流表數(shù)值已超最大量程150A，電機(jī)冒煙嚴(yán)重，并發(fā)出燒焦異味[2]。

2.2 試樁失敗原因分析

經(jīng)比對地勘圖紙、樁機(jī)型號及機(jī)械性能、施工過程中樁機(jī)作業(yè)工況，現(xiàn)場分析原因查明：①砂層密實(shí)度高；②樁機(jī)機(jī)械功率不足導(dǎo)致鉆進(jìn)及提升困難；③樁機(jī)鉆頭葉片設(shè)置不合理是影響試樁失敗的主要原因。

2.3 工藝改進(jìn)

（1）針對“樁機(jī)機(jī)械功率不足導(dǎo)致鉆進(jìn)及提升困難”問題

功率不足是導(dǎo)致鉆進(jìn)及提升困難的主要原因，所以首選更換更大功率施工機(jī)械。經(jīng)市場調(diào)查，PH—5F型噴粉樁機(jī)的單機(jī)電機(jī)功率55kW，比PH—5D型噴粉樁機(jī)的電機(jī)功率45kW有較大提升；同時(shí)樁機(jī)電流表最大值由150A提高至200A，總功率由75kW提升至92kW。經(jīng)綜合比選，決定更換成PH—5F型噴粉樁機(jī)進(jìn)行二次試樁。

（2）針對“樁機(jī)鉆頭葉片設(shè)置不合理”的問題由于砂層密實(shí)，為使土體充分切割，決定鉆頭增加一對葉片。

（3）針對“砂層密實(shí)度高”的問題。根據(jù)試樁情況發(fā)現(xiàn)，樁機(jī)鉆頭發(fā)生變形，鉆頭磨損嚴(yán)重，主要原因是鉆頭在密實(shí)砂層中受阻力較大。各參建方經(jīng)現(xiàn)場研究討論，同時(shí)設(shè)計(jì)方經(jīng)設(shè)計(jì)重新驗(yàn)算，最終建議采用變更樁徑，即樁徑由D600mm變更為D500mm，以減小鉆頭磨損。

2.4 二次試樁

二次試樁設(shè)備及工藝參數(shù)選擇，樁機(jī)更換為PH-5F型深層攪拌樁機(jī)（單機(jī)電機(jī)功率55kW）、樁機(jī)鉆頭由兩葉片改造成四葉片鉆頭、樁徑D500mm。

更換PH-5F型深層攪拌樁機(jī)后，二次試樁共施工156m，每根樁完成時(shí)間平均為60min，樁機(jī)鉆頭提升速度≤800mm/min，施工中能順利鉆進(jìn)及提升，樁機(jī)電機(jī)無異常情況，攪拌成樁效果明顯。

樁機(jī)鉆頭改造增加葉片后，鉆進(jìn)過程經(jīng)砂層地質(zhì)時(shí)阻力較大，現(xiàn)場實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)顯示，樁機(jī)下鉆工作時(shí)平均電流值為95A，提升工作時(shí)平均電流值為130A，電流突變次數(shù)較多；但施工中土體可充分切割，鉆桿能順利提升，漿孔未堵噴，噴漿得以均勻攪拌[3]。

通過變更樁徑，即樁徑由600mm減小為500mm后，樁機(jī)鉆頭在鉆進(jìn)過程中所受阻力減小、損耗降低，土體得以充分?jǐn)嚢瑁?jié)約了施工時(shí)間。

經(jīng)過機(jī)型改選、改造鉆頭、變更樁徑等一系列方案優(yōu)化后，二次試樁施工順利，實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，為正式進(jìn)行樁基施工提供可靠數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。

3 施工質(zhì)量檢驗(yàn)

3.1 開挖目測

成樁7d后，采用淺部開挖樁頭，目測成樁的攪拌均勻性，量測成樁直徑，檢測量為總樁數(shù)的5%。本工程共檢測45根，樁徑符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，目測成樁攪拌均勻。

3.2 樁身完整性檢測

本工程采用反射波法檢測樁身完整性，共檢測55根樁，實(shí)測波速平均值3803m/s，標(biāo)準(zhǔn)差118m/s，離散系數(shù)3%，其中最小波速3790m/s，最大波速3820m/s。所測樁身全部完整，全部Ⅰ類樁，占所測樁數(shù)的100%[4]。

3.3 復(fù)合地基荷載試驗(yàn)

設(shè)計(jì)單樁承載力150kPa。竣工驗(yàn)收時(shí)應(yīng)采用復(fù)合地基荷載試驗(yàn)，應(yīng)在樁身滿足試驗(yàn)荷載條件下進(jìn)行，宜在成樁28d后進(jìn)行，檢測數(shù)量為總樁數(shù)的0.5%-1%。本工程復(fù)合地基靜載試驗(yàn)共檢測7根，均滿足單樁復(fù)合地基承載力特征值150kPa的設(shè)計(jì)要求[5]。

4 結(jié)語

這個(gè)項(xiàng)目的應(yīng)用表明,當(dāng)水泥攪拌樁需要穿透各種土壤地質(zhì)層的致密砂層(與石子混合)和粉砂土,有必要控制施工過程參數(shù),包括施工機(jī)械和工具的選擇,設(shè)計(jì)樁直徑的選擇和選擇鉆頭類型。