單軸雙向水泥攪拌樁在軟基處理中的應(yīng)用

劉文博

摘 要：采用單軸雙向水泥攪拌樁進(jìn)行軟基處理，只需兩攪一噴或者四攪兩噴即可滿足現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量要求，既節(jié)約成本，又可縮短工期，優(yōu)質(zhì)、高效地完成施工任務(wù)。結(jié)合某市政項(xiàng)目（EPC模式）雙向攪拌樁處理軟基工程為實(shí)例，詳細(xì)介紹雙向攪拌樁的施工技術(shù)和優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：軟基處理；單軸雙向攪拌樁；施工技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU633? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2023）05-0013-03

1 工程概況

某項(xiàng)目為荷城街道三洲舊區(qū)道路改造提升項(xiàng)目，共計(jì)6條道路，其中1條次干道、5條支路，路線全長(zhǎng)約2.833 km。目前3條道路因拆遷問題無(wú)法施工，剩余3條道路水泥攪拌樁共計(jì)174 846 m，樁徑為50 cm，按梅花形布置，間距1.3 m。

2 方案選擇

該項(xiàng)目屬于EPC設(shè)計(jì)施工總承包項(xiàng)目，初步設(shè)計(jì)、概算等文件數(shù)據(jù)顯示，軟基工程處理施工造價(jià)占整個(gè)項(xiàng)目合同造價(jià)的25%～30%，是整個(gè)項(xiàng)目管控的重點(diǎn)工程。所以選擇保證工程質(zhì)量、安全的前提下，降低施工成本和提前工期是項(xiàng)目管理的關(guān)鍵點(diǎn)。項(xiàng)目在不超概預(yù)算的情況，在單向水泥攪拌樁、雙向水泥攪拌樁和高壓旋噴樁3個(gè)施工方案中，選擇雙向水泥攪拌樁方案。相比較單向水泥攪拌樁，該方案生產(chǎn)效率高并保證工程質(zhì)量；相比較高壓旋噴樁，該方案能降低施工成本。

3 雙向水泥攪拌樁的原理

雙向水泥攪拌樁為水泥土攪拌樁的成樁工藝，在動(dòng)力系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下單獨(dú)裝設(shè)于內(nèi)部，外同心鉆桿內(nèi)兩組攪拌葉片同步設(shè)置正向、反向旋轉(zhuǎn)對(duì)水泥土進(jìn)行攪拌，形成水泥攪拌樁，屬于一種用于加固軟土地基工程領(lǐng)域的新型復(fù)合地基施工設(shè)備[1]。

本設(shè)備針對(duì)目前攪拌樁成樁機(jī)械，鉆桿動(dòng)力系統(tǒng)、鉆頭等作了改進(jìn)，并使用了內(nèi)外嵌套有同心雙重鉆桿，鉆桿內(nèi)安裝有正向旋轉(zhuǎn)的攪拌葉片，且開設(shè)有噴漿口。外鉆桿內(nèi)設(shè)置有反向旋轉(zhuǎn)葉片，通過葉片在外鉆桿上反方向轉(zhuǎn)動(dòng)的壓漿效果，正向、反向旋轉(zhuǎn)的葉片對(duì)水泥土進(jìn)行同步雙向攪拌，堵住水泥漿的上涌，將水泥漿調(diào)節(jié)到兩個(gè)葉片的中間，確保樁體內(nèi)部水泥漿分布均勻，混合充分，保證成樁質(zhì)量。雙向攪拌樁原理示意圖如圖1所示，雙向攪拌樁鉆頭實(shí)物圖如圖2所示。

4 施工工藝及施工方法

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程圖如圖3所示。

4.2 具體施工方法

4.2.1 施工準(zhǔn)備工作

第一，場(chǎng)地清理。在施工前應(yīng)按施工規(guī)范要求清理場(chǎng)地、排水。

第二，布樁圖繪制。在動(dòng)工之前，按照設(shè)計(jì)圖紙，以各區(qū)段里程繪制布樁圖。施工時(shí)，在施工現(xiàn)場(chǎng)用繪圖儀或計(jì)算器繪出各根導(dǎo)線的走向及相應(yīng)長(zhǎng)度的曲線[2]。布樁圖注明線路中心、里程、路基基底線等，每根樁都編號(hào)，標(biāo)注設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)。

第三，測(cè)量放樣。審查設(shè)計(jì)單位交接導(dǎo)線點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)，確認(rèn)正確后方可投入使用。在施工前，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，確定測(cè)設(shè)位置和方法。測(cè)量人員根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和布樁圖確定樁位、原有地表標(biāo)高、樁位孔口標(biāo)高以及其他相關(guān)的測(cè)量和放樣。

4.2.2 施工方案

施工機(jī)械采用單軸雙向的攪拌專用機(jī)械，樁體采用“四攪兩噴”方法施工。

4.2.2.1水泥攪拌樁施工平面布置

水泥攪拌樁樁徑為50 cm，按梅花形布置，間距1.3 m；樁頂覆蓋60 cm中粗砂墊層，上部鋪設(shè)1層雙向土工格柵；復(fù)合地基承載力（28 d）不低于100 kPa；樁體施工完成90 d后方可進(jìn)行路基填筑。樁體28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不少于0.8 MPa；樁身1 d齡期的擊數(shù)不少于15擊，7 d齡期的擊數(shù)不少于40。樁體采用42.5（R）水泥，水泥用量為65 kg/m。施工機(jī)械采用單軸雙向的攪拌專用機(jī)械，以確保樁體質(zhì)量。

4.2.2.2 試樁

攪拌樁的工藝性試驗(yàn)是在正式施工之前完成的，試樁深度不得低于設(shè)計(jì)值。試樁是為了掌握適合該地段的成樁經(jīng)驗(yàn)，并取得各項(xiàng)操作技術(shù)參數(shù)[3]。工藝措施應(yīng)根據(jù)不同土層和地質(zhì)條件選擇相應(yīng)方法，并注意其經(jīng)濟(jì)合理性。工程樁的成樁工藝性試驗(yàn)，樁的數(shù)量不低于5個(gè)。通過抽芯實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，以確保對(duì)成樁的質(zhì)量、樁基承載力的整體把握等。工藝性試樁完成后，試樁結(jié)果由監(jiān)理工程師復(fù)核通過，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行攪拌樁施工。無(wú)監(jiān)理工程師指示，不允許隨意改動(dòng)[4]。本工程試樁已于2022年1月20日進(jìn)行，經(jīng)抽芯檢測(cè)，水泥攪拌樁樁體完整性良好，7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.85 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2.2.3 施工步驟

第一，鉆機(jī)就位。將鉆機(jī)安置在測(cè)設(shè)的樁位上，檢查鉆桿長(zhǎng)度、鉆頭直徑，連接好輸漿管路，使鉆頭對(duì)準(zhǔn)樁位，樁位允許偏差不大于50 mm，然后調(diào)整樁機(jī)的平整度和垂直度，確保垂直度允許偏差不大于1%，以保證樁身垂直。

第二，水泥漿的制備。按設(shè)計(jì)要求配合比拌制水泥漿，壓漿前向集料中倒入水泥漿。通過對(duì)螺桿轉(zhuǎn)速，進(jìn)給速度的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)水泥用量的控制。

第三，鉆進(jìn)。對(duì)樁機(jī)進(jìn)行調(diào)正，啟動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)，先帶動(dòng)內(nèi)鉆桿鉆頭（反向），以及驅(qū)動(dòng)外部鉆桿鉆頭（正向）。當(dāng)鉆深達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使電機(jī)軸與減速機(jī)連接的鏈輪嚙合傳動(dòng)，從而將動(dòng)力源傳遞到減速器中，由減速器帶動(dòng)主齒輪組減速，進(jìn)而帶動(dòng)螺旋輸送機(jī)工作。鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，停止動(dòng)力輸出，鉆機(jī)停機(jī)。再次啟動(dòng)加壓裝置，加壓裝置中鏈條朝里，外鉆桿一次施壓，使內(nèi)外鉆桿沿導(dǎo)向架向下移動(dòng)，內(nèi)鉆頭首先切削土壤并入土，外鉆頭后入土，2組葉片同時(shí)正轉(zhuǎn)、反向旋轉(zhuǎn)切割等，攪拌土體，攪拌機(jī)不斷下沉，直到設(shè)計(jì)深度。

第四，提升噴漿攪拌并重復(fù)該過程。鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)深度后，啟動(dòng)噴漿裝置，在樁端攪拌噴漿10 s以上；先將外鉆桿鉆頭、攪拌葉片換向（反向），保證水泥漿不會(huì)上涌；再對(duì)內(nèi)鉆桿鉆頭、攪拌葉片換向（正向）；然后對(duì)加壓裝置換向，邊攪拌邊提升邊噴漿，2組葉片同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，把水泥漿控制在兩葉片之間；直至鉆頭提升直到地表或設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高。

第五，清洗、移位。灌漿完成達(dá)到設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)后，提升鉆桿及鉆頭，向集料桶中注入適量清水，進(jìn)行低壓射水，清洗管路中殘存的水泥漿。清洗結(jié)束后，把鉆機(jī)等設(shè)備移到新孔位上。

4.2.3 工藝參數(shù)

水泥摻入比為65 kg/m；水灰比為1∶0.55，可以適當(dāng)調(diào)整；送漿壓力為0.4～1 MPa，可以適當(dāng)調(diào)整；攪拌提升速度為0.5 m/min。攪拌樁施工允許誤差如表1所示。

4.3 施工注意事項(xiàng)

第一，在施工過程中，應(yīng)時(shí)刻記錄壓力和輸漿量的變化、鉆機(jī)的鉆進(jìn)和提升速度、孔底電流和其他相關(guān)參數(shù)。

第二，施工中必須注意記錄泥漿性能及質(zhì)量。施工記錄做到施工一樁、記載一樁。

第三，施工時(shí)不允許中途斷漿保證樁長(zhǎng)。

第四，對(duì)樁基承載力要求較高的鉆孔灌注樁，必須采用泥漿護(hù)壁成孔工藝。當(dāng)還未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，還未噴漿時(shí)，禁止鉆桿提升作業(yè)。若需繼續(xù)進(jìn)行鉆桿提升作業(yè)，必須先停止泵送漿液并關(guān)閉注漿管路。如果由于停電或者機(jī)械故障，噴漿被打斷，鉆機(jī)應(yīng)下到斷漿點(diǎn)下0.5 m以上，恢復(fù)供漿后再進(jìn)行噴漿提升。

第五，當(dāng)樁位處于斷漿段時(shí)，要及時(shí)對(duì)樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，防止樁基產(chǎn)生較大變形。如果中斷時(shí)間在6 h以上，需再次補(bǔ)樁。

第六，施工中按照設(shè)計(jì)供漿量進(jìn)行噴漿，如果發(fā)現(xiàn)噴漿量不充分，原樁要及時(shí)進(jìn)行復(fù)鉆復(fù)噴，復(fù)噴后噴漿量仍然不少于設(shè)計(jì)用量[5]。

第七，加強(qiáng)混凝土質(zhì)量檢測(cè)和控制，保證灌注樁承載力達(dá)到要求。施工時(shí)仔細(xì)記錄每根樁噴射水泥漿量，復(fù)核噴漿量和成樁以后的總噴漿量。

5 效益對(duì)比

5.1 質(zhì)量效益

雙向攪拌樁與單向攪拌樁相比，在成樁質(zhì)量方面的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：第一，雙向攪拌阻斷漿液上冒，提高攪拌均勻性，保證水泥土攪拌樁的水泥摻入量，確保成樁質(zhì)量。第二，雙向攪拌樁是內(nèi)、外鉆桿旋轉(zhuǎn)方向相反，能抵消部分?jǐn)嚢璁a(chǎn)生的剪切力，減少對(duì)周圍土體擾動(dòng)。而單向攪拌樁是沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，在各種應(yīng)力作用下，影響施工機(jī)械的穩(wěn)定性和對(duì)周圍土體的擾動(dòng)。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

第一，雙向攪拌樁只需“四攪兩噴”工藝，即可滿足施工質(zhì)量要求。而單向攪拌樁需采用“八攪四噴”或“六攪六噴”工藝才能滿足施工質(zhì)量要求，施工效率提高近一倍，各種資源費(fèi)用都大大降低。

第二，雙向攪拌有利于提高樁體均勻性，在同等質(zhì)量要求下，可節(jié)約水泥用量，降低成本。

第三，雙向攪拌樁施工，適用范圍更廣，較初定的高壓旋噴樁施工，節(jié)省了工程造價(jià)。以新建支路3為例，原設(shè)計(jì)高壓旋噴樁3 574 m，水泥摻量200 kg/m，綜合單價(jià)206.52元/m，總造價(jià)738 102.48元；變更為雙向水泥攪拌樁后，水泥摻量65 kg/m，綜合單價(jià)62.82元/m，總造價(jià)224 518.68元，節(jié)約工程費(fèi)用513 583.8元。

5.3 社會(huì)效益

第一，在保證工程質(zhì)量前提下，使用本工法可加快施工進(jìn)度，保證工期。

第二，通過改變施工工藝工法，在一定程度下節(jié)約水泥用量，提高了行業(yè)節(jié)能的意識(shí)。

6 結(jié)束語(yǔ)

采用單軸雙向攪拌樁進(jìn)行軟基施工，即可節(jié)約資源、保證工程質(zhì)量，還可以加快施工進(jìn)度，從而保證項(xiàng)目順利完工。

參考文獻(xiàn)

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