長江沿岸深層軟土雙向水泥攪拌樁施工技術(shù)

劉 偉 王鵬飛 陳承明

（中交二公局東萌工程有限公司）

長江沿岸河漫灘以及階地地段，由沖洪積形成。其上部為灰色、深灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，流塑狀態(tài)，局部夾粉土，厚度一般為10～30m；下部為黃灰色、黃褐色粉質(zhì)黏土，可塑-硬塑狀態(tài)，厚度5～15m。為了減少工程造價(jià)，可采用雙向水泥攪拌樁施工技術(shù)。水泥攪拌樁是軟土地基處理的常用方法，其施工技術(shù)具有適用范圍廣、加固效果好、施工工藝簡單、施工成本低、工期短等優(yōu)點(diǎn)[1]。但針對上述地質(zhì)情況，需對水泥攪拌樁施工工藝進(jìn)一步優(yōu)化，以解決水泥凝結(jié)時(shí)間慢、深層軟土成型難度大等難題，提高水泥攪拌樁施工質(zhì)量。

1 工藝特點(diǎn)分析

⑴將深灰色、腐殖氣味的淤泥質(zhì)土進(jìn)行清除，換填含水量小的粉質(zhì)土，并分層對換填粉質(zhì)土進(jìn)行碾壓壓實(shí)，確保施工機(jī)具安全就位，進(jìn)一步加強(qiáng)軟土路基成樁質(zhì)量。

⑵優(yōu)化水泥攪拌樁施工工藝，由2噴4攪傳統(tǒng)工藝的提鉆時(shí)噴漿優(yōu)化為下鉆時(shí)噴漿，此工藝既能保證鉆進(jìn)順暢、不堵管，又能保證水泥攪拌樁的均勻性，確保成樁質(zhì)量。

⑶長江沿岸處地下水豐富，為保證成樁質(zhì)量，水泥漿中摻入DN-HPC高效減水劑。

⑷考慮經(jīng)濟(jì)型原則，設(shè)計(jì)采用等邊三角梅花型布設(shè)雙向水泥攪拌樁，處治樁長8～18m不等，處理至坡腳線外1m，間距1.1～1.4m，樁徑50cm。軟土較淺路段，水泥攪拌樁宜打穿軟土層并深入其下堅(jiān)硬土層不小于100cm。

⑸水泥攪拌樁樁頂面設(shè)置40cm碎石+兩層雙向鋼塑土工格柵，邊坡碎石側(cè)采用反濾包邊土工布對碎石進(jìn)行整體固定。

⑹檢測依據(jù)：水泥攪拌樁7天強(qiáng)度為不小于0.8MPa，28天強(qiáng)度為不小于1.6MPa，90天強(qiáng)度為不小于2.4MPa。攪拌樁成樁28d后進(jìn)行荷載試驗(yàn)，檢驗(yàn)單樁承載力和復(fù)合地基承載力，其中單樁承載力＞140kN，復(fù)合地基承載力＞150kPa，水泥攪拌樁水泥用量不少于15%。

2 工藝流程及操作要點(diǎn)

2.1 水泥攪拌樁施工工藝流程

對于深層軟土地基的水泥攪拌樁施工工藝，根據(jù)項(xiàng)目具體情況，對其工藝進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。

傳統(tǒng)的2噴4攪工藝：樁位放樣→攪拌鉆機(jī)就位→檢驗(yàn)、調(diào)整鉆機(jī)位置→正循環(huán)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度→打開鉆桿高壓注漿泵→反循環(huán)提鉆并噴水泥漿→至工作基準(zhǔn)面以下0.3m→重復(fù)攪拌下鉆至設(shè)計(jì)深度→反循環(huán)提鉆并噴水泥漿至地平面→成樁結(jié)束→進(jìn)行下一根樁施工。

優(yōu)化后的2噴4攪工藝：樁位放樣→攪拌鉆機(jī)就位→檢驗(yàn)、調(diào)整鉆機(jī)位置→打開高壓注漿泵→正循環(huán)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度并同時(shí)噴水泥漿→反循環(huán)提鉆復(fù)攪→重復(fù)下鉆至設(shè)計(jì)深度并同時(shí)噴水泥漿→反循環(huán)提鉆復(fù)攪至地平面→成樁結(jié)束→進(jìn)行下一根樁施工。

優(yōu)化后優(yōu)點(diǎn)：在水泥攪拌樁鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中，由于鉆機(jī)的噴漿口朝下，故攪拌下沉鉆進(jìn)時(shí)，同步噴漿作業(yè)，可有效防止噴漿口堵住，既能保證鉆進(jìn)順暢、不堵管，又能保證水泥攪拌樁的均勻性，確保成樁質(zhì)量。

2.2 試樁

在正式大規(guī)模對水泥攪拌樁進(jìn)行施工的準(zhǔn)備階段，為了確保該地區(qū)水泥攪拌樁施工的順利進(jìn)行，必須要對其采取成樁工藝試驗(yàn)。試驗(yàn)的目的主要在于確保所得出的各項(xiàng)技術(shù)的檢測指標(biāo)都是最佳狀態(tài)（包括鉆機(jī)攪拌次數(shù)、水泥漿水灰比、泵送時(shí)時(shí)間、泵送壓力、提升速度、下鉆速度、復(fù)攪深度等）。此外，為了保障所使用施工工藝能夠讓成樁的各項(xiàng)參數(shù)都符合標(biāo)準(zhǔn)，必須要在其不合格的情況下不斷進(jìn)行調(diào)整。

2.2.1 成樁工藝試驗(yàn)要求

試驗(yàn)樁數(shù)至少為5根。必須符合設(shè)計(jì)圖紙所標(biāo)注的各項(xiàng)參數(shù)要求（如每米摻灰量等）。為了確保攪拌的均勻性，需使用“4攪2噴”這一施工工藝，以保證攪拌的均勻程度。

2.2.2 試樁檢測

⑴在成樁7天時(shí)間內(nèi)，采用輕便觸探器對加固后土樣進(jìn)行鉆取采集，同時(shí)對攪拌的均勻程度進(jìn)行檢查。使用對比法，采集儀器的擊數(shù)來檢測攪拌樁樁身的強(qiáng)度。28天后，根據(jù)監(jiān)理指示，在樁體的樁頭、樁身及樁底等不同位置隨機(jī)鉆孔取芯。

⑵水泥攪拌樁試樣的平均無側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)≥0.8MPa。進(jìn)行取芯時(shí)必須要保證樣品的完整性以及原狀強(qiáng)度。

⑶因?yàn)椤豆奋浲恋鼗返淘O(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》（JTGT D31-02-2013）中沒有明確要求水泥攪拌樁復(fù)合地基的荷載試驗(yàn)檢測頻率，所以參見《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2012）第7章“復(fù)合地基”中第三節(jié)“水泥土攪拌樁復(fù)合地基”的相關(guān)要求，采用輕便觸探法抽檢，抽檢的比例應(yīng)不小于1%或監(jiān)理工程師規(guī)定的數(shù)值。

⑷進(jìn)行現(xiàn)場載荷試驗(yàn)（關(guān)于深層攪拌樁復(fù)合地基強(qiáng)度的載荷板試驗(yàn)，交通部目前沒有標(biāo)準(zhǔn)），參見國標(biāo)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）以及《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）的相關(guān)規(guī)定。采用水泥攪拌樁處理的復(fù)合地基承載力基本值依據(jù)置換率、地質(zhì)條件、單樁承載力等進(jìn)行計(jì)算，一般應(yīng)≥150kPa。

2.2.3 試樁結(jié)果

本項(xiàng)目試樁確定的水灰比如下，水:水泥:減水劑=25.45:63.22:6.322，經(jīng)過試樁后，其水泥攪拌樁長度、28d樁身強(qiáng)度、單樁承載能力和復(fù)合地基承載力均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，具備下一步施工的條件。

2.3 操作要點(diǎn)

安徽蕪湖國道項(xiàng)目水泥攪拌樁施工地處長江中下游水系發(fā)達(dá)地帶，水泥攪拌樁施工主要解決各養(yǎng)殖塘、老河道處的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，提高其承載力，達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。因此，水泥攪拌樁施工前首先解決養(yǎng)殖池塘、老河道處的排水問題，并在溝塘底部挖掘帶腐殖質(zhì)的淤泥，然后回填素土進(jìn)行壓實(shí)，在確保機(jī)械穩(wěn)定性后，開始水泥攪拌樁打設(shè)作業(yè)。

2.3.1 施工前的準(zhǔn)備

⑴材料進(jìn)場及檢測：施工中使用的水泥為42.5級普通硅酸鹽水泥，并與DN-HPC高效減水劑混合。水泥應(yīng)做好防雨、防潮措施，施工前應(yīng)將水泥、減水劑等材料樣品進(jìn)行檢測，檢測合格后方可使用。

⑵施工設(shè)備進(jìn)場及檢測：攪拌樁機(jī)的計(jì)量器具、測量GPS、全站儀和試驗(yàn)檢測儀器送至進(jìn)行第三方資質(zhì)單位標(biāo)定并出具檢測報(bào)告，確保儀器合格。

⑶人員準(zhǔn)備：一個(gè)作業(yè)班組配備現(xiàn)場工程師1人，現(xiàn)場質(zhì)檢員1名，鉆機(jī)操作人員2人，普工3人，施工前對所有施工人員進(jìn)行安全、技術(shù)交底。

⑷場地整理：本項(xiàng)目水泥攪拌樁位于養(yǎng)殖塘、老河道處，首先對其進(jìn)行排水及挖除溝塘底帶腐殖質(zhì)的淤泥，然后采用素土進(jìn)行分層回填夯實(shí)，確保壓實(shí)系數(shù)不小于0.9即壓實(shí)度不小于90%。同時(shí)為了確保鉆機(jī)穩(wěn)定，地面淺水需挖集水坑排水，同時(shí)鋪設(shè)鉆機(jī)底座鋼管。

2.3.2 測量放樣

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙給定樁間距及現(xiàn)場查看，繪制了每段落水泥攪拌樁樁位布置圖并經(jīng)監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位審批。首先根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙放出施工區(qū)段的中線和邊線，然后根據(jù)已批復(fù)的樁位平面布置圖，用卷尺量距離，采用竹子或板條做好標(biāo)記。樁位誤差不得大于5cm，且在施工過程中持續(xù)加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)管力度，嚴(yán)禁私自移動(dòng)樁位標(biāo)記，同時(shí)做好樁位復(fù)測工作，以確保樁位的準(zhǔn)確性。

2.3.3 樁機(jī)的就位、調(diào)平

在進(jìn)行該環(huán)節(jié)施工準(zhǔn)備階段，施工人員要清理場地以確保其平整性，并分別采用水平尺和錘球來調(diào)整機(jī)身整體水平及鉆桿垂直度，主要包括以下方法：

⑴在懸掛錘球到樁架頂部位置后，采用鋼尺來測量錘球水平距離鉆桿的具體數(shù)值。

⑵為了確保樁機(jī)單樁體能滿足施工要求，其豎直度必須小于錘繩有效長度（高度）比值的1.5%；若大于1.5%，就要采用“千斤頂+移動(dòng)下方枕木”的方式來調(diào)整樁機(jī)平臺。

2.3.4 制備水泥漿

制備水泥漿必須要根據(jù)試樁所得出的配比來加以控制；同時(shí)，為了保證配比數(shù)據(jù)的有效性與真實(shí)性，要組織專業(yè)人員來詳細(xì)記錄相關(guān)內(nèi)容（主要包括水泥漿制備灌輸、水泥摻量、外加劑摻量、泵送漿液時(shí)間等）。

本工程水泥漿采用了現(xiàn)場配備的方式，且在使用時(shí)確保符合以下條件：

⑴為方便管道泵送和設(shè)備噴攪施工，制備好的水泥漿須在整體上呈現(xiàn)出較好的流動(dòng)性，且沒有離析現(xiàn)象。

⑵在具體施工時(shí)，要采取“隨拌隨用”方式，且要求施工人員要在勻速攪拌的同時(shí)添加過濾網(wǎng)來將雜質(zhì)篩掉。

⑶已完成攪拌的水泥，靜置時(shí)間必須＜2h；若靜置時(shí)間＞2h，則將其廢棄。

2.3.5 鉆進(jìn)并噴漿

水泥攪拌在鉆進(jìn)與噴漿環(huán)節(jié)，要在攪拌機(jī)電力系統(tǒng)已開始運(yùn)轉(zhuǎn)后，將起重機(jī)鋼繩松開，目的在于讓設(shè)備鉆桿可以朝著導(dǎo)向架進(jìn)行攪拌施工并切土下沉；與此同時(shí)，為確保該下沉速度能控制在0.8～1.5m/min，可使用電機(jī)電流表對鉆桿加以控制（電流需＜70A）。

樁底標(biāo)高的控制措施包括：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙已給定的樁長，以原地面標(biāo)高為基準(zhǔn)，通過鉆桿長度控制樁底標(biāo)高，確保樁長不小于設(shè)計(jì)樁長。鉆進(jìn)過程中攪拌頭下沉?xí)r，應(yīng)同時(shí)進(jìn)行噴漿作業(yè)，可有效預(yù)防鉆桿噴漿頭堵塞。

2.3.6 反轉(zhuǎn)提升確保水泥漿液通過輸漿管和鉆桿壓入加固土底部

攪拌機(jī)施工至設(shè)計(jì)深度后，攪拌頭應(yīng)在此位置持續(xù)攪拌1～2min，確保水泥漿液與樁底土壤混合均勻，以滿足施工要求。

需注意的是，當(dāng)攪拌頭處于提升狀態(tài)時(shí)，為了讓土體能夠均勻攪拌水泥漿液，施工人員一定要保持慢速；另外，噴漿要在攪拌頭已伸出地面準(zhǔn)備鉆進(jìn)環(huán)節(jié)時(shí)進(jìn)行，此時(shí)要控制好噴漿頭鉆進(jìn)下沉速度（0.8～1.5m/min）。

2.3.7 復(fù)攪下沉噴漿、反轉(zhuǎn)提升出地面

攪拌機(jī)提升至工作基準(zhǔn)面下0.5m時(shí)，停止噴射漿液。復(fù)攪下沉?xí)r繼續(xù)噴漿，噴漿達(dá)到設(shè)計(jì)加固深度，噴漿壓力不小于0.4MPa，速度一般為0.5～0.8m/min，然后反旋轉(zhuǎn)提升出地面。

清洗并移動(dòng)樁機(jī)，進(jìn)行下一根樁的施工，重復(fù)上述施工步驟⑵至⑺即可。樁機(jī)位移前，首先往攪拌桶中注入適量清水，啟動(dòng)灰漿泵，清洗管道殘留漿液與攪拌頭，清洗干凈后方可位移樁機(jī)。

3 效益分析

3.1 不同工藝的對比

設(shè)計(jì)給定的水泥攪拌樁施工工藝采用傳統(tǒng)的工藝，本項(xiàng)目結(jié)合實(shí)際情況，采取了優(yōu)化后的施工工藝，具體對比如表1所示。

表1 傳統(tǒng)工藝與優(yōu)化工藝對比

3.2 不同處理方案的效益對比

經(jīng)過與高壓旋噴樁、CFG樁、預(yù)應(yīng)力管樁地造價(jià)、施工效率、質(zhì)量控制、安全環(huán)保及對周邊結(jié)構(gòu)物影響程度等方面做對比，發(fā)現(xiàn)在地質(zhì)適宜的地區(qū)采用水泥攪拌樁施工效益顯著。具體如表2所示。

表2 效益對比

4 結(jié)語

針對長江沿岸河漫灘以及階地地段由沖洪積形成的軟土層厚特殊地質(zhì)，其流塑狀態(tài)的灰色、深灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層厚度大，水泥凝結(jié)時(shí)間慢、深層軟土成型難度大等特點(diǎn)，蕪湖國道項(xiàng)目采用改進(jìn)的2噴4攪水泥攪拌樁施工工藝，取得圓滿成功，順利通過第三方檢測驗(yàn)收。本工藝在施工過程中無振動(dòng)頻率，施工噪音小，環(huán)境污染小，不影響周圍居民的正常生活及工作，能確保周圍民房、廠房及既有設(shè)施的完好無損，社會(huì)效益和環(huán)境效益顯著，可為后期南方水網(wǎng)地區(qū)、地下水豐富區(qū)域的水泥攪拌樁施工提供借鑒。