軟土地基處理中的水泥攪拌樁施工質(zhì)量控制分析

◎ 呂圣華 廣東正方圓工程咨詢有限公司

水泥攪拌樁技術(shù)在軟土地基處理、基坑支護等工程中得到廣泛應(yīng)用，其技術(shù)原理是通過攪拌樁機將水泥噴入土體并充分?jǐn)嚢?，起到提高土地承載力及其他物理性質(zhì)的作用。軟土地基具有含水量大、孔隙大、強度低等特點，通過水泥攪拌樁技術(shù)進行軟土地基處理可以顯著提高地基初期強度，避免出現(xiàn)沉降、裂縫等質(zhì)量問題。為提升工程效果，水泥攪拌樁施工期間應(yīng)采取有效的質(zhì)量控制措施。

1.工程概況

本工程采用水泥攪拌樁施工進行地基處理，進而提高地基承載力以及物理力學(xué)指標(biāo)。根據(jù)設(shè)計要求，水泥攪拌樁施工使用P.0.42.5級復(fù)合硅酸鹽水泥，同時保證基坑支護攪拌樁水泥土試塊28d齡期無側(cè)限抗壓強度均值≧0.8MPa，90天齡期無側(cè)限抗壓強度均值為≧1.0MPa。根據(jù)試樁結(jié)果，基坑支護水泥攪拌樁水灰比采用0.55，水泥摻量采用20%；基坑地基處理水泥攪拌樁水灰比采用0.55，水泥摻量采用18%，保證滿足設(shè)計文件要求。

2.水泥攪拌樁施工流程

2.1 前期準(zhǔn)備環(huán)節(jié)

水泥攪拌樁施工前期準(zhǔn)備工作主要包括：①對施工現(xiàn)場進行清理平整處理，避免雜物、障礙物等影響施工。考慮到施工現(xiàn)場原地面承載力較低，可事先進行適當(dāng)?shù)奶钪⒛雺禾幚?，確保場地密實度滿足施工要求，為機械設(shè)備運行提供便利條件。②施工人員進行現(xiàn)場勘測，劃分水泥攪拌樁施工范圍，根據(jù)圖紙進行設(shè)計放樣，并標(biāo)注樁位。③施工區(qū)域還應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的排水設(shè)施，并完成臨時通道的修建。

2.2 試樁環(huán)節(jié)

在正式施工前，進行水泥攪拌樁試樁，以確定水泥摻量、噴漿流量、下沉速度、提升速度以及攪拌速度等控制參數(shù)。本工程中，使用P.0.42.5級復(fù)合硅酸鹽水泥，根據(jù)試樁結(jié)果，基坑支護水泥攪拌樁水灰比采用0.55，水泥摻量采用20%；基坑地基處理水泥攪拌樁水灰比采用0.55，水泥摻量采用18%。試樁完成后，提交試樁報告，經(jīng)監(jiān)理工程師和業(yè)主審批同意后，進行水泥攪拌樁施工。

2.3 水泥漿制備環(huán)節(jié)

在水泥漿制備過程中，施工人員應(yīng)關(guān)注以下要點：①在準(zhǔn)備土體攪拌所需要的泥漿時，按不同施工區(qū)域，嚴(yán)格控制水泥摻量分別為18%、20%，水灰比為0.55。②水泥漿制備應(yīng)進行均勻攪拌，保證其黏稠程度符合施工要求，避免出現(xiàn)離析現(xiàn)象，同時對泥漿中的雜質(zhì)進行過濾。

2.4 攪拌樁機鉆進下沉

在施工現(xiàn)場進行攪拌樁機鉆進，保證將樁機下沉至設(shè)計樁底，這一環(huán)節(jié)的施工步驟主要包括：①鉆機就位。本工程使用的是濕噴滾筒式水泥土攪拌樁機，借助設(shè)備自身系統(tǒng)實現(xiàn)移動就位，同時調(diào)節(jié)液壓平衡裝置保證樁機保持水平狀態(tài)；由施工人員操作鉆桿保證對準(zhǔn)鉆孔樁位中心，同時確保垂直于地面，控制垂直度≤1%[1]。②啟動樁機。樁機啟動后，鉆桿開始下沉鉆進，進入土體后開始攪拌，下沉速度控制在0.6～0.8m/min，電機工作電流≤60A。③為避免出現(xiàn)噴漿口堵塞的情況，鉆桿鉆進期間應(yīng)避免水泥漿液噴射，起到降低負(fù)載的作用。當(dāng)鉆頭下沉至設(shè)計深度后，仍需繼續(xù)鉆進50cm，即可停止下沉。

2.5 攪拌樁機提升

在水泥攪拌樁施工期間，攪拌樁機需要提升鉆桿至地面并噴漿攪拌，提升過程應(yīng)保證勻速，同時在具體操作中應(yīng)關(guān)注以下要點：①施工人員開啟注漿泵后，保證從下向上噴漿，鉆桿提升與噴漿攪拌同時進行，使得水泥漿液可以與土體充分?jǐn)嚢枞诤?。②根?jù)試樁情況以及施工現(xiàn)場土體的實際條件確定鉆桿提升速度，本工程中鉆桿提升速度為0.8～1.0m/m i n，鉆桿旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)為4 0 ～6 0 r/min，進而達到良好的攪拌效果。③這一環(huán)節(jié)中，可由計算機設(shè)備對水泥漿液噴入進行計量控制，并實現(xiàn)各項參數(shù)的準(zhǔn)確輸出。

2.6 復(fù)攪噴漿下鉆

對施工現(xiàn)場土體進行復(fù)攪噴漿下鉆至設(shè)計深度，施工人員需要在第一次鉆進攪拌并提升至地面后再次操作鉆頭下沉并重復(fù)進行攪拌土體，控制鉆桿鉆進至設(shè)計位置，進一步實現(xiàn)水泥漿液與土體的充分混合。第二次鉆進速度及轉(zhuǎn)速等參數(shù)與第一次相同。

2.7 復(fù)攪提升

施工人員再次操作鉆桿提升至地面，這一環(huán)節(jié)需要關(guān)注的內(nèi)容包括：①待鉆頭下沉至設(shè)計深度時，施工人員需要操作鉆桿向上提升，并進行充分?jǐn)嚢?。②提升鉆頭至距離樁頂1.0～1.5m處可控制增加噴漿，在此過程中，提升攪拌與噴漿同時進行。③由計算機設(shè)備對孔深范圍及補漿量等進行控制，保證每次噴漿量相同，以提升施工區(qū)域土體攪拌的均勻性。

2.8 移位清洗

在對樁機進行位移清洗時，施工人員需要操作鉆桿提升至地面，借助液壓平衡裝置保證樁機處于水平狀態(tài)，并利用其自身系統(tǒng)移動至下一樁位[2]。樁機使用完畢或處于較長等待時間下，施工人員可以開啟灰漿泵，通過清水清洗管壁殘留，避免下次噴漿時出現(xiàn)管道堵塞的情況。

2.9 成樁檢測

（1）成后3d內(nèi)，采用輕型動力觸探（N10）檢查上部樁身的均勻性，檢查數(shù)量為施工總樁數(shù)的1%，且不少于3根。

（2）成樁7d后，采用淺部開挖樁頭進行檢查，開挖深度宜超過停漿（灰）面下0.5m，目測檢查攪拌的均勻性，檢測水泥土固結(jié)體的直徑、搭接寬度、位置偏差。檢查量為格柵墻攪拌樁總樁數(shù)的5%。

（3）成樁28d 后，宜用雙管單動取樣器鉆取芯樣檢測水泥土的單軸抗壓強度及完整性、水泥墻的深度。進行單軸抗壓強度試驗的芯樣直徑不小于80mm。檢測數(shù)量不小于格柵墻攪拌樁總樁數(shù)的1%，試樣無側(cè)限抗壓強度試驗，其強度不小于800KPa。表1為本工程水泥攪拌樁施工參數(shù)。

表1 水泥攪拌樁施工參數(shù)

3.水泥攪拌樁施工質(zhì)量影響因素及控制措施

3.1 質(zhì)量影響因素

（1）土層含水量。軟土地基具有含水量大、孔隙大、強度低等特點，土層中自由水的含量較大，造成氫氧化鈣含量不足，進而出現(xiàn)土體與水泥漿液水化反應(yīng)不充分的現(xiàn)象。在這樣的情況下，土地前期的強度變化往往不達標(biāo)，進而難以滿足施工要求。因此在進行軟土地基處理時，需要對土體含水量進行控制，通過外摻粉煤灰等方法改善土層的滲透性，為水泥攪拌樁施工的順利開展提供保障[3]。

（2）有機質(zhì)含量。對于軟土地基來說，土體中的有機質(zhì)含量往往比較高，更容易吸附在水泥顆粒表面，對土體與水泥漿液水化反應(yīng)造成不利影響。同時受到有機質(zhì)組成成分的影響，施工現(xiàn)場軟土大多為酸性性質(zhì)，進一步對水泥漿液攪拌融合起到限制作用，不利于水泥攪拌樁施工的開展[4]。

（3）鉆機攪拌速度。在水泥攪拌樁施工過程中，施工人員需要對下沉速度、攪拌速度、提升速度等參數(shù)進行重點把控，根據(jù)現(xiàn)場勘查及試樁環(huán)節(jié)，基于現(xiàn)場土體條件、設(shè)備情況等對上述參數(shù)加以確定。通常情況下，可采用雙層十字型樁機鉆頭，其優(yōu)勢在于具有良好的攪拌效果，但也會受到土層中雜質(zhì)的影響，因此在攪拌之前，施工人員需要做好雜質(zhì)清理工作。此外，實際施工中施工人員可根據(jù)成樁效果確定復(fù)攪次數(shù)，以保證土體與水泥漿液之間的充分?jǐn)嚢杌旌?，促進水泥攪拌樁施工質(zhì)量的提升。

（4）水泥外摻劑。結(jié)合施工現(xiàn)場的實際情況來看，為提升水泥攪拌樁技術(shù)成效，可以添加一定的水泥外摻劑，起到減少水泥用量、優(yōu)化成樁效果、提升土地強度的作用。常見的水泥外摻劑包括粉煤灰、石膏等復(fù)合固化材料，進一步促進水化反應(yīng)，填充土層孔隙，保證土體強度達標(biāo)。在此過程中，施工人員應(yīng)對水泥外摻劑用量進行明確控制，通常可根據(jù)現(xiàn)場土質(zhì)條件和施工要求來確定。

3.2 質(zhì)量控制措施

綜合施工流程及質(zhì)量影響因素來看，水泥攪拌樁施工期間可采取的質(zhì)量控制措施包括：

（1）正式施工前，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場條件及施工要求選擇合適的施工材料，采購環(huán)節(jié)應(yīng)嚴(yán)格選擇生產(chǎn)廠家，同時根據(jù)材料特性選擇合理的運輸與儲存方式，避免運輸、儲存環(huán)節(jié)材料出現(xiàn)質(zhì)量問題。

（2）在確定施工中使用的水泥外摻劑前，需要保證通過相應(yīng)的加固土室內(nèi)試驗。

（3）保證下沉速度、攪拌速度、提升速度等參數(shù)符合施工要求，施工人員應(yīng)在試樁環(huán)節(jié)確定相應(yīng)的施工工藝。

（4）水泥漿液應(yīng)嚴(yán)格按照預(yù)定配比制備，同時進行過篩處理，注意水泥制備的連續(xù)性，避免出現(xiàn)離析現(xiàn)象。水泥漿液制備后應(yīng)及時使用，若停置超過2h應(yīng)降級使用。

（5）施工人員在操作中，應(yīng)對攪拌機下沉、提升時間進行嚴(yán)格記錄，控制深度記錄誤差在10mm以內(nèi)，時間記錄誤差在5s以內(nèi)，進而為后續(xù)施工提供參考。

（6）保證葉片參數(shù)與攪拌速度等參數(shù)相適應(yīng)，施工范圍內(nèi)土體攪拌次數(shù)應(yīng)≧20次，并記錄噴漿提升的速度和次數(shù)。

（7）水泥漿液達到出漿口位置時噴漿時間持續(xù)30s，待攪拌充分后提升攪拌頭。

（8）水泥攪拌樁施工期間，若受到相關(guān)因素影響出現(xiàn)停漿現(xiàn)象，應(yīng)將鉆頭下沉至停漿點下方0.5m處，待噴漿恢復(fù)后再次提升實現(xiàn)供漿，若停漿時間在3h以上可由施工人員先進行移位清洗工作。

（9）樁頂設(shè)計標(biāo)高與地面標(biāo)高相近時，施工人員應(yīng)格外重視質(zhì)量控制工作，保證緩慢勻速提升鉆頭至地面，當(dāng)鉆頭靠近地面位置時，應(yīng)暫停提升數(shù)秒，以提升樁頭攪拌的密實性。

（10）本工程使用的是濕噴滾筒式水泥土攪拌樁機，運行期間應(yīng)控制電機電流大小，同時將水泥攪拌樁偏差控制在允許范圍內(nèi)。水泥攪拌樁允許偏差、檢測數(shù)量以及檢測方法如表2所示。

表2 水泥攪拌樁允許偏差、檢測數(shù)量、檢測方法

4.結(jié)語

綜上所述，在施工過程中，根據(jù)軟土地基的實際情況確定水泥攪拌樁施工各項參數(shù)，從材料、設(shè)備、技術(shù)等多角度進行施工質(zhì)量控制，采用水泥攪拌樁對軟土地基進行處理，能夠達到預(yù)期效果。