建筑工程水泥攪拌樁技術(shù)應(yīng)用

楊蘇

（山西焦煤西山煤電西銘礦基建辦，山西 太原 030053）

1 工程概況

水泥攪拌樁技術(shù)應(yīng)用到地基施工中比較普遍，尤其是港口、地鐵、公路等項(xiàng)目中，被大量的建設(shè)和使用。本文以某工程項(xiàng)目實(shí)際案例進(jìn)行分析，選取其中一個(gè)標(biāo)段分析，分析了解水泥攪拌樁施工技術(shù)和治理管理控制措施，為今后同類工程施工起到積極作用。本次工程的實(shí)施中現(xiàn)場(chǎng)勘查后發(fā)現(xiàn)，施工地區(qū)內(nèi)軟土結(jié)構(gòu)厚度較大，地基處理范圍大，設(shè)計(jì)人員確定應(yīng)用水泥攪拌樁復(fù)合地基作為處理方案。根據(jù)施工需要，應(yīng)用漿液攪拌法施工工藝，單樁直徑為70cm，總工程量約為40.00m。

2 方案確定

水泥攪拌樁施工工藝應(yīng)用水泥作為固化劑的形式，通過攪拌機(jī)直接將水泥噴入到土體內(nèi)，持續(xù)性攪拌處理，讓水泥和土充分的發(fā)揮出物理與化學(xué)反應(yīng)，降低地基土塑性，改良土體物理化學(xué)性能，軟土地基結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度得到提升，地基穩(wěn)定性更高。本次工程中，水泥攪拌樁采用的是雙向攪拌工藝，施工工藝如下： 先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的平整處理，做好準(zhǔn)備工作，測(cè)量放樣，攪拌機(jī)安裝、調(diào)平處理，攪拌機(jī)插入到規(guī)定深度上，開啟送漿泵進(jìn)行漿液輸送處理，同時(shí)進(jìn)行攪拌處理，按照正、反兩個(gè)方面進(jìn)行充分的攪拌，達(dá)到規(guī)定的加固深度要求，在連續(xù)性噴漿攪拌10s以上后，提升攪拌機(jī)，即可完成單樁施工。

3 水泥攪拌樁施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

①水泥攪拌樁設(shè)置距離、直徑、長(zhǎng)度等各項(xiàng)指標(biāo)都符合要求，達(dá)到設(shè)計(jì)方案的要求，如果發(fā)現(xiàn)不符合設(shè)計(jì)的要求，不能投入使用，否則將會(huì)影響總體施工效果； ②在現(xiàn)場(chǎng)施工中，隨時(shí)檢查噴漿量、樁長(zhǎng)、復(fù)攪長(zhǎng)度以及是否進(jìn)入硬土層等，如果發(fā)現(xiàn)有異常的情況，禁止投入工程進(jìn)行施工； ③水泥攪拌樁沿著深度方向0.3m范圍內(nèi)處理，如果發(fā)現(xiàn)水泥樁內(nèi)水泥含量比較少，樁芯流速態(tài)，就是說明該樁體結(jié)構(gòu)不合格，需要及時(shí)處理； ④成樁28d 之后，需要進(jìn)行鉆芯檢測(cè)，抽查比例為千分之五，且每個(gè)段落不能少于2根，做好貫入試驗(yàn)分析，樁身無側(cè)限強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)； ⑤水泥攪拌樁工程質(zhì)量要符合要求，樁位偏差在50mm以內(nèi)，深度偏差在50mm 以內(nèi)，傾斜度不足1.5%，強(qiáng)度等性能符合設(shè)計(jì)方案的要求。

4 施工技術(shù)

4.1 施工工藝參數(shù)確定

要想保證工程的質(zhì)量合格，在項(xiàng)目實(shí)施前需要做好水泥混凝土配合比試驗(yàn)，保證水灰比、水泥、外加劑的加入比例符合要求，攪拌樁設(shè)計(jì)符合要求。根據(jù)設(shè)計(jì)要求做好配合比控制，工藝技術(shù)參數(shù)符合要求，不會(huì)給工程質(zhì)量產(chǎn)生任何影響。

4.1.1 室內(nèi)配合比試驗(yàn)

水泥摻入比按13%、15%、18%、20%，石膏摻入比2%，水灰比選定0.5 和0.55，在試驗(yàn)時(shí)按照7d、28d、90d 的齡期進(jìn)行水泥密度、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、水灰比的檢測(cè)。試驗(yàn)檢查后，保證各項(xiàng)參數(shù)合格。配合比相同條件下，水灰比低的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度高； 配合比不同的，水泥加入比例越高，28d 齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度越高。水泥加入比例為18%時(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)； 加入2%的石膏后，水泥攪拌樁早期強(qiáng)度較高。

4.1.2 試樁施工參數(shù)

根據(jù)工程的施工需要，本次工程中，選取應(yīng)用ZGZ-A-25 型同心雙軸雙向攪拌樁機(jī)，選取現(xiàn)場(chǎng)的6根樁體進(jìn)行試驗(yàn)。施工參數(shù)見表1。

表1 試樁施工參數(shù)參考

4.1.3 試樁施工及質(zhì)量檢驗(yàn)

根據(jù)施工工藝流程進(jìn)行試樁施工，試樁之后能夠確定樁位、樁徑以及垂直度的指標(biāo)，確保符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，總計(jì)取芯6 根樁，芯樣有18 段。從取芯效果來看，樁體結(jié)構(gòu)密實(shí)度合格，成樁的質(zhì)量符合要求，局部樁體沒有存在攪拌樁不充分的情況，通過分析發(fā)現(xiàn)，在施工中因?yàn)榫植康奈恢勉@桿速度比較慢，泥漿泵輸送液體不連續(xù)，和土體充分的結(jié)合、固化，所以在后續(xù)大范圍施工時(shí)，應(yīng)該做好漿液輸送速度的控制，以保證樁體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量合格。

4.1.4 施工工藝參數(shù)確認(rèn)

根據(jù)室內(nèi)配合比結(jié)果，做好現(xiàn)場(chǎng)試樁檢測(cè)，工藝參數(shù)如下所示： ①摻合料參數(shù)。水泥比例為18%，石膏為2%，水灰比0.5； ②施工環(huán)節(jié)參數(shù)控制： 鉆進(jìn)下沉0.5 ～0.8m/min； 攪拌提升速度： 0.6 ～1.0m/min。內(nèi)鉆桿轉(zhuǎn)速大于50r/min。

4.2 施工材料

本次工程中，選取的是42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥材料，使用M類二次混合石膏，天然淡水作為水源。水泥出廠時(shí)間在3 周以內(nèi)，不能使用結(jié)塊、過期、劣質(zhì)的水泥材料。拌和水通過檢驗(yàn)后，不會(huì)影響使用的效果，并且水內(nèi)的氯離子的含量不超過200mg/L。水泥與石膏在進(jìn)入到現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)，嚴(yán)格進(jìn)行質(zhì)量檢查，保證各項(xiàng)性能指標(biāo)符合要求，并且有質(zhì)量合格證，根據(jù)工藝要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的送檢檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)合格才能投入使用。在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分類保管，禁止使用不合格的材料。

4.3 成樁施工

4.3.1 樁位控制

根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行樁位的測(cè)量放樣，并且做好標(biāo)記。放樣定位之后做好檢測(cè)，進(jìn)行復(fù)核檢查，做好驗(yàn)收管控工作。保證數(shù)據(jù)偏差在合理范圍內(nèi)，做好樁位編號(hào)檢測(cè)。

4.3.2 樁長(zhǎng)控制

在現(xiàn)場(chǎng)開始施工前，對(duì)鉆桿長(zhǎng)度進(jìn)行檢測(cè)并且表示處理，保證鉆入深度、復(fù)攪深度合格，保證樁體長(zhǎng)度滿足要求。攪拌環(huán)節(jié)要做好噴漿量以及攪拌深度的控制，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)儀器進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄，每次下入都要做好記錄，深度偏差控制在200mm以內(nèi)。

4.3.3 垂直度控制

攪拌樁機(jī)正側(cè)面分別需要布置一個(gè)吊錘，打樁時(shí)應(yīng)該隨時(shí)了解吊錘的情況，如果存在傾斜的問題要及時(shí)做好調(diào)整。每根樁體結(jié)構(gòu)施工都要保證攪拌頭、鉆桿、樁位中心處于同一直線上。樁身結(jié)構(gòu)垂線度偏差不超過15mm/m。

4.3.4 漿液制備及注漿

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，做好水泥加入比例和水灰比的控制，確保水泥漿質(zhì)量合格。組織專人對(duì)攪拌合格的水泥漿進(jìn)行稱量和記錄，如果發(fā)現(xiàn)比重較低，需要增大水泥比例，同時(shí)攪拌均勻，符合技術(shù)要求。水泥材料必須進(jìn)行過篩處理，制作合格的漿液不能存留過長(zhǎng)的時(shí)間，如果超過2h，則需要降級(jí)使用。制漿攪拌之后在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置防雨棚裝置，避免雨水進(jìn)入到內(nèi)部而造成水灰比下降，且在漿桶周圍設(shè)置截水圍擋以及排水溝，避免清洗水進(jìn)入到漿液內(nèi)。注漿環(huán)節(jié)，壓力、流量必須進(jìn)行控制，保證技術(shù)參數(shù)符合要求，確保注漿施工連續(xù)進(jìn)行，保證樁體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量合格。

4.3.5 攪拌成樁

①攪拌機(jī)鉆入速度為0.6m/min，鉆進(jìn)是攪拌轉(zhuǎn)速為40r/min，漿液噴入的速度為63L/min，樁端噴漿攪拌30s后和樁端土充分?jǐn)嚢杼幚恚细窈筇嵘@機(jī)；②攪拌機(jī)提升速度在0.5m/min 以內(nèi)，提升拌轉(zhuǎn)速為60r/min，保證達(dá)到標(biāo)高的要求，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工情況進(jìn)行記錄，指導(dǎo)后續(xù)施工； ③隨時(shí)檢查鉆頭的情況，如果發(fā)現(xiàn)磨損非常嚴(yán)重，需要停止鉆進(jìn)，及時(shí)更換或者修復(fù)處理。鉆頭直徑偏差不超過3%，同時(shí)還要檢查葉片的情況，如果存在問題要及時(shí)處理； ④攪拌機(jī)預(yù)攪下沉的過程中，不能沖水，如果發(fā)現(xiàn)土層結(jié)構(gòu)硬度較高，在保證強(qiáng)度的同時(shí)進(jìn)行適量的沖水，以保證結(jié)構(gòu)性能合格； ⑤做好樁頭的質(zhì)量管控，攪拌機(jī)在樁頂標(biāo)高1m以內(nèi)需要減慢鉆進(jìn)速度，在提出地面后要停止提升，并且連續(xù)攪拌幾秒。

5 施工質(zhì)量問題與控制措施

5.1 樁位偏差大

1） 產(chǎn)生原因： ①對(duì)準(zhǔn)效果較差。單簽深層水泥攪拌樁很多都是應(yīng)用平鏟爬行時(shí)鉆機(jī)形式。鉆機(jī)在前進(jìn)、倒退的過程中，由于溢漿漫流、視線阻隔等，工作人員無法發(fā)現(xiàn)樁位，導(dǎo)致操作缺乏標(biāo)準(zhǔn)化； ②現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件比較特殊，鉆機(jī)下沉如果遇到比較大的卵石、孤石無法完成鉆進(jìn)的情況，不能提升鉆機(jī)后移重鉆，此時(shí)樁位偏差一般在20cm～30cm左右。

2） 預(yù)防措施： 鉆機(jī)平臺(tái)上焊接鋼筋，按照機(jī)型，通常在鉆桿和鋼筋控制點(diǎn)有2 倍的距離。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況，使用重線墜的方法進(jìn)行控制。如果由于地質(zhì)條件的影響，有孤石等材料存在，需要重新鉆進(jìn)施工，這是特殊的補(bǔ)樁情況，在工程記錄中有詳細(xì)的標(biāo)記，要求不能過高。

5.2 垂直度偏差過大

1） 產(chǎn)生原因： 當(dāng)前鉆機(jī)的型號(hào)比較多，主要是支腿的形式，如果地形表面不平整，四條腿不平或者支腿不牢固的情況，極易造成集體發(fā)生傾斜的問題，鉆桿垂直度也會(huì)發(fā)生偏差。如果有支腿牢固性不足，機(jī)架容易發(fā)生嚴(yán)重的不平穩(wěn)，也會(huì)造成鉆桿垂直度不合格，垂直度過大，給工程的質(zhì)量造成負(fù)面的影響。

2） 預(yù)防措施： ①機(jī)架上掛垂線，機(jī)架橫梁中畫出中線，機(jī)架達(dá)到垂直的標(biāo)準(zhǔn)才能進(jìn)行鉆孔作業(yè)，只有鉆桿垂直方能保證樁體的垂直； ②每條支腿都處于受力的狀態(tài)，保證支撐達(dá)到穩(wěn)固性的標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)架的穩(wěn)定性合格，只有機(jī)架穩(wěn)定才能保證狀體不會(huì)發(fā)生傾斜問題。

5.3 噴漿不正常

1） 產(chǎn)生原因： ①注漿管發(fā)生損壞； ②注漿孔堵塞； ③水泥漿質(zhì)量不合格，內(nèi)部混油石塊等雜質(zhì)，導(dǎo)致管道發(fā)生堵塞的情況，噴漿效果無法滿足要求； ④水灰比不合適，漿液性能比較差，極大影響樁體質(zhì)量； ⑤水泥漿泵調(diào)速器運(yùn)行狀況適當(dāng)，壓力難以滿足要求； ⑥注漿管長(zhǎng)度過大，中間存在彎曲嚴(yán)重的情況。通常來說，管道長(zhǎng)度為50m以內(nèi)為最佳，盡量不要出現(xiàn)轉(zhuǎn)彎的情況，如果管道長(zhǎng)度在100m以上，壓力損失嚴(yán)重，極易造成噴漿質(zhì)量不合格。

2） 預(yù)防措施： ①施工前，進(jìn)行注漿泵、攪拌機(jī)檢查，確保設(shè)備可以正常的運(yùn)行； ②作業(yè)人員在施工后技術(shù)清洗管口、注漿泵； ③在噴漿口設(shè)置有止回閥的部件； ④在噴漿口的上部適當(dāng)?shù)脑O(shè)置越漿板，避免出現(xiàn)堵塞的問題； ⑤集漿池應(yīng)該布置細(xì)篩進(jìn)行過濾處理，避免雜物進(jìn)入到管道內(nèi)。其六，做好水灰比的控制； 設(shè)計(jì)水灰比0.45 ～0.6 之間，通常來說，應(yīng)用0.5 水灰比達(dá)到樁體的質(zhì)量，不會(huì)給噴漿造成影響，保證水泥質(zhì)量合格。根據(jù)工程要求，確定最佳配合比才能保證工程質(zhì)量合格。

5.4 抱鉆

1） 產(chǎn)生原因： ①施工工藝不合適； ②粘結(jié)性較高。水泥材料拌和不均勻，容易發(fā)生抱鉆的情況； ③地層存在砂礫層條件，在攪拌的作用之下，卵石擠壓在樁體周圍； ④設(shè)備存在故障，比如鉆桿軸承損壞等； ⑤停機(jī)時(shí)間超過3h，出現(xiàn)水泥凝固的情況，鉆桿抱死。

2） 預(yù)防措施： ①結(jié)合不同土層條件，確定最佳的施工工藝。在項(xiàng)目實(shí)施前，對(duì)于地層結(jié)構(gòu)展開全面分析，做好地質(zhì)鉆探作業(yè)； ②攪拌機(jī)沉入到地層前，需要注水處理，保證攪拌頭濕潤(rùn)處理。如果地表是軟黏土的形式，加入必要的砂材料，防止粘度過高而產(chǎn)生抱鉆的情況。

5.5 冒漿

1） 產(chǎn)生原因： ①有些粘土不是粘土，但是上覆層壓力大，持漿能力比較差，容易發(fā)生冒漿的問題；②鉆進(jìn)環(huán)節(jié)遇到孤石或者卵石，鉆進(jìn)速度下降，無法完成漿液的疏松，攪拌虛土內(nèi)水泥漿液無法達(dá)到飽和的情況而發(fā)生溢漿的情況； ③鉆桿提升環(huán)節(jié)，上升速度較快，無法徹底的攪拌，但是水泥漿液壓力比較大，處于0.4MPa～0.6MPa之間，出現(xiàn)冒漿。

2） 預(yù)防措施： ①漿液疏松過程中，持漿能力不合格就會(huì)發(fā)生冒漿，造成漿液傳輸量比較差，所以需要改變施工工藝，并且保證攪拌速度提升到500r/min，鉆進(jìn)速度降到1m/min，保證土和水泥充分?jǐn)嚢杼幚?，達(dá)到混合性的要求，降低冒漿發(fā)生率； ②在鉆進(jìn)到硬度高的持力層或者孤石時(shí)，應(yīng)該降低泵送壓力，調(diào)節(jié)漿液，防止發(fā)生冒漿的問題； ③提升環(huán)節(jié)速度嚴(yán)格控制，泵送壓力處于合理范圍內(nèi)。

5.6 樁頂強(qiáng)度

1） 產(chǎn)生原因： ①表層土加固質(zhì)量不足； ②表層覆蓋壓力小，攪拌時(shí)土體上移，攪拌均勻性較差； ③樁頂鉆進(jìn)提升速度較快，注漿量不夠； ④水灰比大于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求； ⑤水泥質(zhì)量比較差，或者選擇使用的水泥材料的種類有差異； ⑥管道清洗處理后，水沒有及時(shí)排出去； ⑦有些施工團(tuán)隊(duì)為了提升施工效率，在加水的同時(shí)加入水泥材料，并且攪拌同時(shí)進(jìn)行使用，水灰比難以達(dá)到均勻性標(biāo)準(zhǔn)； ⑧樁頂沒有進(jìn)行鉆頭壓磨處理。

2） 預(yù)防措施： ①在樁頂向下的1m范圍內(nèi)作為加強(qiáng)段結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行復(fù)拌加注漿處理，水泥加入比例增大到15%左右； ②樁長(zhǎng)和標(biāo)高的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該挖除30cm長(zhǎng)度左右，保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能合格； ③做好水灰比的控制，做好水泥材料加入比例合格、壓力符合要求的情況下，盡量的減小水灰比； ④一次攪拌好一根樁體，保證水泥漿液的質(zhì)量合格，禁止邊加水邊攪拌； ⑤機(jī)架標(biāo)志線看到樁頭的情況下，減小提升速度，確保水泥材料的加入量合格； ⑥鉆頭到樁頂部位壓磨的時(shí)間控制在30s。

5.7 樁體不均勻

1） 產(chǎn)生原因： ①現(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)定缺乏合理性； ②攪拌機(jī)、注漿機(jī)在運(yùn)行中發(fā)生故障，注漿不連續(xù)，漿液均勻性差； ③攪拌機(jī)在運(yùn)行時(shí)，設(shè)備的速度不均勻； ④攪拌機(jī)提升速度與噴漿速度存在不匹配的情況； ⑤第一次下鉆帶水下鉆； ⑥管道清洗之后，內(nèi)部有水殘留，隨著施工進(jìn)入到樁體內(nèi)； ⑦制漿施工工藝缺乏合理性； ⑧噴漿時(shí)不連續(xù)，漿液存在中斷的情況； ⑨漿液發(fā)生離析的情況； ⑩因?yàn)闄C(jī)械運(yùn)行不當(dāng)而導(dǎo)致中途停止鉆進(jìn)施工。

2） 預(yù)防措施： ①制定出切實(shí)可行的施工工藝；②在施工前對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面檢查，保證性能合格，如果發(fā)現(xiàn)故障，及時(shí)進(jìn)行檢修處理，保證運(yùn)行效果合格； ③水泥漿攪拌時(shí)間在2min 以上，盡量的達(dá)到3min，同時(shí)還要適當(dāng)?shù)脑黾訑嚢璧拇螖?shù)，以防止發(fā)生漿液沉淀的問題； ④增大攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)速度，確保漿液達(dá)到均勻性標(biāo)準(zhǔn)； ⑤注漿設(shè)備運(yùn)行效果合格，注漿速度達(dá)到均勻的要求，保證水灰比符合設(shè)計(jì)方案的要求；⑥如果在現(xiàn)場(chǎng)施工中，因?yàn)闄C(jī)械故障而發(fā)生停鉆的情況，經(jīng)過修復(fù)處理之后向下延伸50cm，達(dá)到1m為最佳狀態(tài)。

6 結(jié)語

水泥攪拌樁是比較普遍的建筑工程樁體施工形式，對(duì)于工程穩(wěn)定性、安全性的提升有著重要的作用，所以必須加強(qiáng)水泥攪拌樁的施工質(zhì)量管理，保證和質(zhì)量性能合格，從而提高施工的質(zhì)量水平。在具體的施工中，做好水泥攪拌樁各個(gè)技術(shù)參數(shù)的分析和控制，選擇最佳的施工工序，保證成樁的質(zhì)量合格，對(duì)于提升建筑工程安全性有重要價(jià)值。