安徽省大沙河排澇站水泥攪拌樁施工技術(shù)

摘要：水泥攪拌樁技術(shù)是軟基處理的有效形式之一，通過攪拌樁機(jī)將水泥噴入土壤中并充分?jǐn)嚢瑁顾嗯c土壤之間發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，短期內(nèi)快速加強(qiáng)構(gòu)筑物基礎(chǔ)強(qiáng)度，提高承載力。以大沙河綜合治理項(xiàng)目排澇站工程為例，闡述了在地下高水位壤土、粉細(xì)砂中水泥土攪拌樁的施工工藝、技術(shù)要求、質(zhì)量控制及相關(guān)參數(shù)。研究成果可為今后類似工程施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：排澇站; 水泥攪拌樁; 軟基處理; 大沙河治理工程

中圖法分類號：TV523" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.S1.013

文章編號：1006 - 0081（2022）S1 - 0043 - 04

0 引 言

水泥攪拌樁是利用水泥作為固化劑的主要成份，通過攪拌樁機(jī)將水泥噴入土壤中并充分?jǐn)嚢瑁嗯c土壤之間發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使軟土形成具備堅硬的整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥加固土，從而提升地基的硬度和強(qiáng)度，是軟土地基處理的有效形式之一。處理后的軟土在物理性能方面會得到明顯提升，可滿足具體的施工需求。這種技術(shù)能夠應(yīng)用于不同類型的土質(zhì)，如淤泥土質(zhì)、黏性土質(zhì)、干燥的松散土質(zhì)等[1]。根據(jù)所選擇注入材料的狀態(tài)差異，該技術(shù)可被劃分為濕法和干法。濕法是先在地面將水泥制成水泥漿，然后送到地面與地基土攪拌，經(jīng)一段時間的硬化后，即可起到加強(qiáng)地基穩(wěn)固性的作用。這種方法只需將混合物攪拌均勻即可。干法即采用空氣壓力方式，直接將干燥的水泥粉注入到地底下，覆蓋地基土表面;利用地基土中的孔隙水進(jìn)行水化反應(yīng)后，進(jìn)行固結(jié)，達(dá)到改善地基的目的。水泥土硬化時間短，可提高樁間強(qiáng)度，但攪拌均勻性欠佳，難以全程復(fù)攪[2]。水泥攪拌樁樁徑一般為500～550 mm，最大為600 mm，固化劑常用等級強(qiáng)度為32.5/42.5。水泥摻量12%～20%。濕法加固深度20 m，干法加固深度15 m。大部分工程在實(shí)際施工中都會直接選擇濕法。

1 大沙河綜合治理工程概述

1.1 工程概況

大沙河綜合治理工程位于安徽省懷寧縣境內(nèi)。該工程提防和排水站級別都為4級，洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇。建筑物結(jié)構(gòu)環(huán)境級別為Ⅱ類。排澇站由進(jìn)口段、站身段、匯水箱涵段、穿堤箱涵段、防洪控制段、泵室上游護(hù)坦、泵室下游消力池及海漫、進(jìn)出口翼墻等組成。

1.2 工程地質(zhì)情況

大沙河綜合治理排澇站工程為穿堤建筑物，堤身土質(zhì)與附近地表淺部土質(zhì)基本一致，地層為粉質(zhì)壤土、砂壤土、砂層、淤泥質(zhì)土?；A(chǔ)底板位于厚重的粉質(zhì)壤土層上，開挖后站體下的壤土層厚度約為1.5～2.0 m，承載力低;下部土層極易發(fā)生滲透現(xiàn)象，由承載力較弱的粉質(zhì)土壤所構(gòu)成;其下為礫質(zhì)中粗砂層，可作為持力層。為增強(qiáng)地基的負(fù)載承受力和抗?jié)B性，在水泥土攪拌樁的地基下設(shè)置了站體段、沉池涵洞段、堤箱涵洞段和防洪段。

2 設(shè)計技術(shù)要求

攪拌樁的設(shè)計樁徑為0.50 m，間距為1.0 m，呈等距正方形排列。樁長度須超過淤泥層下部1 m的位置，可在長度8.0～10.4 m的數(shù)值范圍內(nèi)選取。水泥采用P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，摻量不宜小于加固濕土的15%，水泥漿水灰比0.50。

3 水泥土攪拌樁的主要施工方法

3.1 施工準(zhǔn)備

（1） 通過施工前的技術(shù)試驗(yàn)樁，掌握現(xiàn)場的成樁經(jīng)驗(yàn)和各種操作技術(shù)參數(shù)，經(jīng)與監(jiān)理單位確認(rèn)后進(jìn)行施工。

（2） 清理現(xiàn)場。清除施工地段上給施工帶來影響的雜物，包含大石塊以及各種垃圾。針對低洼處，則應(yīng)采用黏性土進(jìn)行回填，同時還需壓實(shí)，不能使用雜土進(jìn)行回填。

（3） 利用全站儀恢復(fù)線路中線樁，確定樁位，布置平整點(diǎn)，控制高程，用石灰或驅(qū)竹樁標(biāo)出樁位，進(jìn)行技術(shù)交底。人工挖掘施工路段周邊的排水溝，并制作臨時排水設(shè)施。

（4） 水泥選擇。必須使用正規(guī)企業(yè)的水泥，同時確保水泥在保質(zhì)期內(nèi)，不能出現(xiàn)結(jié)塊的現(xiàn)象，可采用普通標(biāo)號的水泥，或使用礦渣制作的水泥。針對免檢企業(yè)所供應(yīng)的水泥，需進(jìn)行檢測，同時還需分批抽查和形成完整的數(shù)據(jù)檢測報告。為改善水泥的可加工性、提高水泥和土壤的強(qiáng)度和耐久性，可添加適量的外加劑。實(shí)際施工中使用的水泥和外加劑必須通過室內(nèi)試驗(yàn)的檢查并滿足設(shè)計要求才能使用[3]。

（5） 工程機(jī)械的主機(jī)是深層攪拌機(jī)，有雙攪拌軸中心管漿輸送和單攪拌軸葉片漿噴涂兩種方法。配套機(jī)械主要包括砂漿混合機(jī)、集料斗、砂漿泵、控制柜和計量裝置。設(shè)備必須具有良好和穩(wěn)定的性能，并配備計算機(jī)記錄儀和打印設(shè)備，以便及時了解和控制水泥漿的用量和噴漿的均勻性，驗(yàn)收合格后進(jìn)行施工。

（6） 施工前測量鉆桿的長度，并用顯著的標(biāo)志標(biāo)記，以掌握鉆桿的鉆進(jìn)深度和再攪拌深度，保證設(shè)計樁長。

3.2 施工工藝流程

水泥攪拌樁的施工可分為9個步驟，總體可概括為試樁階段，噴射和重復(fù)攪拌階段，以及收尾階段。具體細(xì)節(jié)如下。

（1）試樁。為明確最終的工藝和參數(shù)，試樁數(shù)量須不少于3根。具體施工參數(shù)見表1。

通過試樁，經(jīng)設(shè)計單位、監(jiān)理單位和施工單位現(xiàn)場確認(rèn)，鉆孔速度為1.0 m/min，提升速度為1.0 m/min，管道壓力為1.2 MPa，水泥用量為56.2 kg/m，并以0.50水灰比作為攪拌樁的施工參數(shù)。

（2） 施工放樣。使用全站儀，對深攪樁軸線的位置進(jìn)行確認(rèn)，并明確邊樁控制樁位置。在打樁機(jī)就位前，對準(zhǔn)準(zhǔn)確的打樁位置，用竹筷標(biāo)出打樁位置。同時，在施工區(qū)域外沿線 （距離約50 m） 布置臨時平整點(diǎn)，作為施工時控制樁頂標(biāo)高的依據(jù)。

（3） 樁機(jī)定位。打樁位置必須固定，且實(shí)際打樁過程中還必須確保軸線和鉆機(jī)中心的重合，在確定了鉆頭的位置之后，就需要使其和樁的位置對齊，同時確保軸線和鉆孔中心重合。以吊線錘校正機(jī)架垂度，每工作班檢查不少于2次，使垂直度偏差不超過1%。

（4） 備制水泥漿。根據(jù)設(shè)計確定的配合比拌制水泥漿。先將水倒入桶內(nèi)，再將水泥等粉料倒入。啟動攪拌機(jī)攪拌，篩分后放入砂漿池中。水泥用量為56.2 kg/m，水灰比0.5∶1.0，每組樁的水泥用量為533.9 kg。

（5） 攪拌下沉噴漿。將泥漿軟管接入攪拌機(jī)的出料口;以懸掛方式，將攪拌機(jī)固定在起重機(jī)之上;確認(rèn)攪拌機(jī)內(nèi)部的冷卻水循環(huán)處于正常的工作狀態(tài)之后，啟動電機(jī)電源，同時緩慢放下起重機(jī)上的鋼絲繩，利用設(shè)備自重切割土壤，同時繼續(xù)下降起重機(jī)，使其能夠直接深入到設(shè)計位置。下沉速度必須依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行控制，通常情況下必須保持在1.0～1.4 m/min的范圍內(nèi)，工作電流也必須控制在70 A以內(nèi)。如果下沉速度太慢，可從泥漿輸送系統(tǒng)中補(bǔ)充水，以便鉆井。鉆孔前，用鋼尺測量鉆孔工具的總長度，并用紅色油漆標(biāo)記設(shè)計孔深度位置，以便于驗(yàn)證。

（6） 噴漿攪拌提升。攪拌機(jī)鉆進(jìn)到設(shè)計深度，核查合格后開啟灰泵，將水泥漿從攪拌機(jī)中心管壓入地基，邊噴漿邊攪拌，直至提出地面;啟動傳動系統(tǒng)并將其調(diào)整到第二檔速度反轉(zhuǎn)。在確保灰粉量達(dá)到設(shè)計要求的2/3時，一邊提起灰泵，一邊繼續(xù)噴灰和旋轉(zhuǎn)。經(jīng)過試樁步驟，發(fā)現(xiàn)攪拌機(jī)的提升控制在1.0 m/min左右時，攪拌樁強(qiáng)度最大，如此即可以確認(rèn)后續(xù)的攪拌機(jī)控制速度。第一次控制噴漿量為設(shè)計用注漿量的70%。

（7） 復(fù)攪下沉。噴涂、攪拌和提升到設(shè)計頂部標(biāo)高后，停止提升，將傳動系統(tǒng)調(diào)整到正常旋轉(zhuǎn)，停止噴涂。為有效保證水泥和軟土混合物的攪拌均勻度，需要采用二檔速度，在?；颐娴皆O(shè)計深度位置區(qū)域進(jìn)行重復(fù)攪拌。

（8） 重復(fù)提升。重新攪拌至設(shè)計深度后，調(diào)整傳動系統(tǒng)的反向旋轉(zhuǎn)，打開砂漿泵，攪拌并提起同時噴灑，直到攪拌機(jī)升至地面，完成攪拌樁施工。

（9） 清洗系統(tǒng)。灌漿完成后，提起鉆桿和鉆頭，以低壓注水。用足量的清水對料斗進(jìn)行清洗，必須確保砂漿泵、管道以及設(shè)備其他位置未留下任何泥漿。同時將粘附在攪拌樁頭的軟土清洗干凈。

（10） 移機(jī)定位。沖洗作業(yè)結(jié)束后把鉆機(jī)設(shè)備移到新孔位上，重復(fù)上述步驟施工。

3.3 施工控制

（1） 嚴(yán)格按照預(yù)定比例將漿液混合均勻。為避免出現(xiàn)泥漿離析的現(xiàn)象，必須進(jìn)行連續(xù)攪拌。灌漿前將水泥漿倒入料斗中，超過2 h的漿液使用下標(biāo)號;在利用料斗對漿液過濾時，需設(shè)置過濾網(wǎng)做好篩分工作，以免出現(xiàn)漿液結(jié)塊現(xiàn)象，且能保護(hù)好泵體[4]。

（2） 在水泥攪拌樁開始鉆孔前，用水清潔整個管道，并檢查管道是否堵塞，放水后再向下鉆孔。漿液管道漿液供應(yīng)必須是連續(xù)的。一旦因某種原因停漿，為防止樁破和缺漿，鉆頭將下沉至停漿面以下0.5 m，恢復(fù)供漿后再進(jìn)行噴漿、提升;如果機(jī)器由于某種原因停止超過3 h，為防止?jié){液硬化和堵塞管道，應(yīng)拆除漿液輸送管道，并清洗備用。

（3） 在實(shí)際施工中，難以確定地底下土質(zhì)的實(shí)際情況，鉆桿在碰到硬度較高的石塊或土層后難以保持其垂直度。因此，需在主機(jī)上設(shè)置一個吊錘，使其和鉆桿保持平行，隨鉆桿一起運(yùn)行。

（4） 對于每個成型的攪拌樁，質(zhì)量檢驗(yàn)重點(diǎn)是 水泥用量、摻水泥漿槽數(shù)、注漿過程中是否有斷漿現(xiàn)象，以及噴射混凝土攪拌的提升時間和重新攪拌次數(shù)[5]。

（5） 利用記錄儀，記錄每米實(shí)際攪拌樁量和實(shí)際使用的水泥漿量，確保兩者的使用量都達(dá)到了設(shè)計要求。此外，還必須采用測試儀，為噴漿而配置的水泥進(jìn)行測試，以確保達(dá)到設(shè)計要求。這兩項(xiàng)工作都必須由監(jiān)理或者質(zhì)檢工作人員負(fù)責(zé)。

（6） 采用“二噴四攪”工藝。第一次鉆孔時，為避免管道堵塞，可用泥漿向下鉆孔?；炷羾娚淞勘仨毧刂圃诳偭康?/2以下。首次下鉆速度必須控制在低檔位，復(fù)攪過程可增加一個檔位，不能采用水下鉆。

（7） 必須有效控制樁端、樁頂、樁身的質(zhì)量。具體操作方式為：在進(jìn)行第一次灌漿吊裝時，樁端將在樁底進(jìn)行30 s左右的研磨。在提升過程中，剩余漿液會噴入樁身，樁頭在樁頂磨碎約30 s。

（8） 地下黏性土、雜物極易附著或繚繞鉆頭，俗稱“抱鉆”。這種現(xiàn)象極易影響到攪拌的均勻度;還會導(dǎo)致噴漿口出現(xiàn)堵塞;尤其是在提升過程中，易導(dǎo)致漿液溢出，影響整體施工質(zhì)量。針對這種情況，每次鉆頭提升時要提離地面，清理抱鉆粘泥及繚繞雜物[6]。

（9） 下沉過程中，如遇障礙物、硬層下沉緩慢或無法繼續(xù)下沉?xí)r，應(yīng)停止噴漿，直至正常下沉后再繼續(xù)噴漿。如果長時間不能下沉，需抬起鉆頭，停止樁施工，進(jìn)行挖掘清理或采取填樁措施。

4 施工質(zhì)量檢測

4.1 輕型動力觸探檢測

可利用較為成熟的輕動貫法檢測樁身質(zhì)量，檢測的時間需要持續(xù)7 d。輕型動力觸探設(shè)備主要由錐頭、觸探桿和穿心錘3個構(gòu)件所組成。光動態(tài)穿透法可檢測攪拌均勻性和樁強(qiáng)度[7]。

（1） 攪拌均勻性檢測。利用勺鉆在樁體的中心位置鉆孔，然后在取出樁芯之后對其顏色進(jìn)行觀察，重點(diǎn)關(guān)注顏色的一致性，以及結(jié)節(jié)的附著情況。勺鉆一般都附著在輕觸探頭上。

（2） 觸探試驗(yàn)。操作時，先將錐頭放在樁徑方向1/4處，然后讓穿心錘經(jīng)過一定落距（500 mm）自由落下，敲擊觸探桿。將觸探桿豎直打入樁中，記錄每打入100 mm的錘擊數(shù)N₁₀，當(dāng)N₁₀大于50時終止試驗(yàn)。參照現(xiàn)行的光穿透命中次數(shù) （N₁₀） 與水泥土強(qiáng)度，如果樁身在1 d齡期，命中次數(shù)N₁₀大于15次，則意味著已達(dá)到設(shè)計所要求的強(qiáng)度，因此是合格的;或當(dāng)7 d齡的命中次數(shù)N₁₀大于30時，樁強(qiáng)度也能滿足設(shè)計要求。

在測試的7根樁中，3.0 m以上的輕功率穿透沖擊N₁₀大于15次，樁身強(qiáng)度滿足要求。對樁芯取樣的結(jié)果進(jìn)行觀察，也可確認(rèn)攪拌的均勻性已達(dá)標(biāo)，不存在夾泥現(xiàn)象。

4.2 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)及抽芯檢測

水泥攪拌樁成樁28 d后，用鉆孔取芯的方法檢查其完整性、樁土攪拌均勻程度、樁體強(qiáng)度、樁體垂直度以及樁的施工長度。每根樁取出的芯樣由監(jiān)理工程師現(xiàn)場指定，送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行（3個一組）90 d齡期的無側(cè)限抗壓實(shí)驗(yàn)，以測定樁身強(qiáng)度[2]。鉆孔取芯頻率為1.0%～1.5%。

所檢測的7根樁在90 d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為R90≥2.0 MPa，滿足水泥土攪拌樁單軸抗壓強(qiáng)度（R90≥2.0 MPa）要求。攪拌樁在經(jīng)取芯操作后，空出的空間要使用強(qiáng)度相同的材料進(jìn)行回灌密實(shí)。

5 結(jié) 語

在軟土或淤泥層地基加固中合理引入水泥土攪拌樁施工技術(shù)，能夠使地基在極短時間內(nèi)獲得更高的承載力，并可降低施工成本、縮短工期。通過對大沙河排澇站水泥土攪拌樁施工技術(shù)進(jìn)行研究，獲得了在地下高水位壤土、粉細(xì)砂中水泥土攪拌樁中施工的經(jīng)驗(yàn)，可為今后類似工程施工提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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（編輯：唐湘茜）