淺談軟弱地基處理水泥土攪拌樁（濕法）施工

[摘要] 主要介紹全國首條客運專線新建鐵路（合寧線三標）軟弱地基處理水泥土深層攪拌樁（濕法）在施工工藝、漿液制備、施工工藝流程、質量檢查驗標等環節主控項目的施工控制方法。

[關鍵詞] 軟弱地基 水泥土攪拌樁（濕法） 質量檢驗方法

1 概述

水泥土深層攪拌樁（濕法）是指機械或人工將土與水泥或水泥系材料混合后形成的圓柱形狀水泥土體。是利用水泥或水泥系材料為固化劑，通過特制的深層攪拌機械，在地基深度就地將原位土（軟弱土層）和固化劑（水泥漿液）強制攪拌，形成水泥土圓柱體，達到一定的設計要求。施工過程中由于攪拌固化劑與原位土之間產生一系列的物理化學反應，使圓柱體具有一定強度，樁周圍土質得到改善，組成具有整體性、水穩性和一定強度的復合地基，提高了地基承載力，滿足了工程需求，使軟弱地基能承受荷載，改善了特殊性巖土不良地基特性。

水泥土硬化機理與混凝土硬化機理不同，混凝土的硬化主要是水泥在充填充料中進行水解和水化反應，硬化速度快；而水泥土由于水泥摻量少且水泥的水解和水化反應是在具有一定活性細粒土中進行，其硬化機理為：當水泥漿與軟黏土拌合后，水泥顆粒表面的礦物很快和黏土中的水發生水解和水化反應，在顆粒間生成各種水化物，通過硬化反應逐漸生成不溶于水的穩定的結晶化合物從而使水泥土的強度提高。水泥化合物中游離的氫氧化鈣能吸收水中和空氣中的二氧化碳，發生碳酸化反應，生成不溶于水的碳酸鈣，也能提高水泥土強度。

該施工方法可以普遍適用于處理軟弱地基特殊性巖土，如正常固結的淤泥與淤泥質土、粉土、飽和黃土、素填土、粘性土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基。水泥土攪拌樁（濕法）加固軟土技術具有獨特優點，土體加固后重度基本不變，對軟弱下臥層不致產生附加沉降。最大限度地利用了原土，攪拌時無側向擠出，對環境無污染，施工速度快，經濟效益好，與其他類型相比節約成本明顯。

2 工程地質條件

以新建鐵路合寧線（三標）軟土路基為例說明，里程為：L1DK8+350.53～864.3。

地形地貌：坳谷，地形平緩，開闊，多辟為苗圃。

地層巖性：①alQ4粉質粘土，灰黃色，軟～硬塑，厚3～5m。②alQ4淤泥質粘土，灰褐色，流塑，厚1.8～4m。③alQ3粘土，褐黃色，硬塑。

水文地質條件：地下水為孔隙潛水，埋深1～2m，不發育。

本段軟土路基處理采用水泥土深層攪拌樁，樁徑φ50cm，樁長4～7.2m，間距1.3m，正方形布置，樁打入硬底不小于0.3m，漿噴樁水泥漿水灰比采用0.5：1，每延米不小于75kg，樁身28天無側限抗壓強度不小于1.2MPa，單樁布設。

3 施工工藝

水泥土攪拌樁（濕法）施工工藝共兩種工藝流程。機械設備采用深層攪拌機，型號為SJB-Ⅰ、SJB-Ⅱ兩種機型，施工中有時在鉆進貫入時噴漿，另一種是在提升時噴漿，噴漿最佳時機須根據地層的軟硬情況和攪拌頭的工藝特點而定。同樣在重復攪拌過程中是否噴漿應根據土的力學指標和設計要求靈活掌握。總之，從水泥土的加固機理分析看，軟土地基深層攪拌加固技術，水泥漿液和原位土之間的強制性攪拌越充分，水泥分布在軟弱地基土中越均勻，則水泥土結構強度的離散性越小，其宏觀的總體強度也越高。

4 施工原理

濕噴樁加固軟土地基實際上就是水泥加固土的過程，即采用機械深層攪拌軟土與水泥漿進而發生的一系列物理化學反應形成復合地基的過程。

5 施工過程控制

5.1 施工準備

現場施工有關人員應該熟悉設計單位所提供的施工設計圖，通過試樁，并進行成樁工藝性試驗，確定工藝性參數。工藝參數主要是控制：試驗室內配合比、掌握下鉆、提升的困難程度、確定鉆頭進入硬土層電流變化程度、確定水泥漿液比重、確定合適的輸漿泵的輸漿量、掌握水泥漿到達噴漿口的時間、攪拌機提升速度、復攪下沉、復攪提升速度等參數、了解施工中冒漿情況及采用下沉噴漿和提升噴漿的不同效果。并及時進行復合地基承載力試驗，尋求最佳的攪拌次數，以指導大規模下一步水泥攪拌樁施工。濕噴樁施工機械必須選用配有全自動電腦記錄儀的定型產品，施工前必須經當地計量部門檢驗后方可使用。

5.2 平整場地及樁位布置

施工現場做到“三通一平”，表層先進行清苗，若遇條石或塊石應及時清除，并根據現場條件因地制宜搭設灰漿攪拌制操作棚和存放水泥臨時倉庫，水泥墊高20cm以上，防止水泥受潮變質。

根據施工設計圖布設樁位，一般采用正方形布樁位，柱狀邊長1.3m，單樁，現場四周需挖排水溝，對角線處各挖一集水井，以利排水暢通，以不影響施工為原則。

5.3 設備檢查調試

施工前應確定灰漿泵輸漿量、灰漿經輸漿管到達攪拌機噴漿口的時間和起吊設備提升速度等施工參數，并根據設計要求通過工藝性成樁試驗確定施工工藝。攪拌頭的直徑應定期復核檢查，其磨耗量不得大于10mm。

5.4 漿液制備

水泥系等深層攪拌樁的漿液制配，按有關規范或設計要求進行，采用425級普通硅酸鹽水泥。施工工藝流程過程中，必須嚴格控制水泥漿液水灰比，現場一般控制為0.45～0.5區間。為改善水泥和易性，以提高水泥土的強度和耐久性，在制作水泥漿液時可摻入適量的外加劑，一般是水泥量的1～2%。以往施工一般使用木質素磺酸鈣做減水作用，去增加水泥漿的稠度，有利于泵送，其一般的摻入量是水泥用量的0.2%；還必須強調制好的水泥漿液不得停置時間過長，超過2h應降低標號使用，漿液在灰漿攪拌機中要不停攪拌，直到送漿前，從現場施工情況看，在當地地質情況下施工，可以不用添加木質素磺酸鈣，節約了成本。

5.5 施工工藝流程

樁機就位—→鉆進達到設計要求噴漿到底—→提升攪拌 重復噴射攪拌—→重復提升復攪—→成樁完畢—→移位。

施工過程中，有關現場主管人員應負責全過程，特別是泥漿比重控制、注噴漿壓力、成樁樁長、層位，當漿液達到出漿口后，應噴漿座底30秒，使漿液完全到達樁端，深度誤差不得>5cm、施工過程要特別嚴格控制鉆頭下沉和提升速度、供漿與停漿時間，要控制下鉆深度、噴漿高程及停漿面，復攪時應避免漿液上冒，記錄人員依據設計要求，測定攪拌樁每米灌漿量，發現斷樁采取補救措施，同時記錄施工中的各種數據，復查樁位等流程工序質量。

5.6 設計參數及要求

(1)水泥摻入比>12％；

(2)室內配合比設計。7d無側限抗壓強度：qu≥0.8MPa，28d無側限抗壓強度：qu≥1.6MPa，90d無側限抗壓強度：qu≥2.4Mpa。

(3)現場質量檢測。28d取芯強度：R28≥0.8MPa，90d取芯強度：R90≥1.2MPa，單樁承載力>210KPa，復合地基承載力>170KPa。

5.7 施工控制技術措施

為保證水泥攪拌樁樁體垂直度滿足規范要求，在主機上懸掛一吊錘，通過控制吊錘與鉆桿上、下、左、右距離相等來進行控制。

預攪：下鉆時應進行預攪，將軟土盡量在原位就破碎，以利于水泥能很好地均勻拌和，含水量愈低，鉆速也應相應的降低。

豎向承載攪拌樁施工時，停漿面應高于樁頂設計標高300~500mm。為保證水泥攪拌樁樁端、樁頂及樁身質量，第一次提鉆噴漿時應在樁底部停留30秒，進行磨樁端，余漿上提過程中全部噴入樁體，且在樁頂部位進行磨樁頭，停留時間為30秒。在開挖基坑時，應將攪拌樁頂端施工質量較差的樁段用人工挖除。

攪拌頭翼片的枚數、寬度、與攪拌軸的垂直夾角、攪拌頭的回轉數、提升速度應相互匹配，以確保加固深度范圍內主體的任何一點均能經過20次以上的攪拌。

所使用的水泥應過篩，制備好的漿液不得離析，泵送必須連續。拌制水泥漿液的罐數、水泥和外摻劑用量以及泵送漿液的時間等應有專人記錄；噴漿量及攪拌深度必須采用經國家計量部門認證的監測儀器進行自動記錄。

攪拌機噴漿提升的速度和次數必須符合施工工藝的要求，并應有專人記錄。噴漿提升速度不宜大于0.5m/min。同時項目部指派專人全過程旁站水泥攪拌樁的施工，確保人員到位，責任到人。

現場施工人員認真填寫施工原始記錄，記錄內容應包括：①施工樁號、施工日期、天氣情況；②噴漿深度、停漿標高；③灰漿泵壓力、管道壓力；④鉆機轉速；⑤鉆進速度、提升速度；⑥漿液流量；⑦每米噴漿量和外摻劑用量；⑧復攪深度。

攪拌機預攪下沉時不宜沖水，當遇到硬土層下沉太慢時，方可適量沖水，但應考慮沖水對樁身強度的影響。

水泥攪拌樁開鉆之前，應用水清洗整個管道并檢驗管道中有無堵塞現象，待水排盡后方可下鉆。

施工時應嚴格控制噴漿時間和停漿時間。每根樁開鉆后應連續作業，不得中斷噴漿。嚴禁在尚未噴漿的情況下進行鉆桿提升作業。儲漿罐內的儲漿應不小于一根樁的用量加50kg。若儲漿量小于上述重量時，不得進行下一根樁的施工。

凡成樁過程中，由于電壓過低或其他原因造成停機使成樁工藝中斷時，應將攪拌機下沉至停漿點以下0.5m，等恢復供漿時再噴漿提升繼續制樁；凡中途停止輸漿3h以上者，將會使水泥漿在整個輸漿管路中凝固，因此必須排清全部水泥漿，清洗管路。

每次施工完一根樁，應仔細檢查，如需進行復噴，則在原位下鉆進行復攪復噴，符合驗收標準后方可移機進行下根樁的施工。

壁狀加固時，相鄰樁的施工時間間隔不宜超過24h（水泥土終凝前）。如間隔時間太長，與相鄰樁無法搭接時，應采取局部補樁或注漿等補強措施。

水泥攪拌配合比：水灰比0.45～0.50、水泥摻量12％、每米摻灰量46.25kg、高效減水劑0.5％。

水泥攪拌樁施工采用二噴四攪工藝。第一次下鉆時為避免堵管可帶漿下鉆，噴漿量應小于總量的1/2，嚴禁帶水下鉆。第一次下鉆和提鉆時一律采用低檔操作，復攪時可提高一個檔位。每根樁的正常成樁時間應不少于40分鐘，噴漿壓力不小于0.4MPa。

確保加固樁體的強度和均勻性：

①施工過程中，設專人實施全過程跟蹤記錄，包括所打的每根樁的編號、深度、噴漿量、二次噴漿的用量及完成各工序的時間，并及時匯總，交工程部分析后，及時反饋給施工隊，進行參數改正和事故處理，做到信息化施工。

②在送灰過程中不允許有斷灰的現象，應有專人監視送漿設備，防止集料斗中無灰，或管道堵塞。

③攪拌程度和送灰量：嚴格按照設計要求控制噴漿量及提升速度，以保證樁體內每一深度均得到充分拌和。

④由于樁頭部分直接接觸上部構筑物，會產生應力集中，故在樁頂以下2.5m范圍內應降低提升速度，并按設計要求在樁頂處原位攪拌1分鐘，以利于提高樁頂強度。

⑤嚴格控制樁的有效樁長質量關，為保證樁頭質量，要求提升至設計樁頂高程0.5m位置。水泥攪拌樁頭50cm范圍內由于施工時覆蓋力小，攪拌質量差，應予以鑿除。設計樁長為鑿除樁頭后的實際長度。

6 質量檢驗

水泥土攪拌樁（濕法）施工質量控制應貫穿在施工的全過程。施工單位與監理單位應堅持全程的施工質量控制，施工過程中必須隨時檢查施工記錄和計量記錄，對照規定的施工工藝對每根樁進行質量評定。檢查重點包括：①水泥用量、漿液配比率；②樁長；③攪拌頭轉速和提升速度；④復攪次數和復攪深度；⑤停漿處理方法等。

6.1 施工質量檢驗可采用以下方法

(1) 成樁7d后，采用淺部開挖樁頭（深度宜超過停漿面下0.5m），目測檢查攪拌的均勻性，量測成樁直徑，檢查量為總樁數的5%。

(2) 成樁3d后，可用輕型動力觸探（N10）檢查樁身的均勻性。施工單位會同試驗室有關人員現場檢驗，按有關規范確定單樁承載力，數量為施工總樁數的1%，且不少于3根。

(3) 加固土強度標準值宜采用試塊作無側限抗壓強度測試。

(4) 按有關規范豎向承載的水泥土攪拌樁的竣工驗收應采用單樁載荷試驗檢驗其承載力。

(5) 地基開挖后，如樁數與樁頂質量不符合設計要求，應采取有效補強措施。

6.2 外觀鑒定

(1)樁體圓勻，無縮頸和回陷現象。(2)攪拌均勻，凝體無松散。(3)群樁樁頂齊，間距均勻。

6.3 實測項目：見表1。

7 注意問題

7.1 材料不同。水泥土攪拌樁由膠凝材料與原狀土和天然水硬結形成，基中不摻加粗細骨料。

7.2 承載性狀不同。樁基中的樁為剛性樁，直接承擔建筑物主體結構荷載。水泥土攪拌樁在受壓時產生一定的（壓縮）變形，因而屬塑性樁，與樁間土共同作用。

7.3 單樁承載力的決定因素不同。決定水泥土攪拌樁承載力的因素除土對樁的支撐約束外，還有樁身強度。

7.4 確定標準強度試件的齡期的試件強度，水泥土攪拌樁標準強度則采用90d齡期的試件強度。

7.5 復合地基中的土不可忽視水泥土攪拌樁作為地基中的一部分，與地基土組成復合地基共同承擔上部荷載。因此在樁設計和樁檢測中不能忽視復合地基中的土。在對水泥土攪拌樁處理地基進行效果檢測時，同樣要進行復合地基承載力靜載檢驗，而不能僅作單樁承載力檢測。

7.6 應區別對待復合地基承載力。復合地基承載力一般根據單樁和樁間土承載力之和來確定。它并不是單樁與土承載力簡單的相加，而應根據樁所處地層土質情況區別對待。當樁身和樁底處于較好土層時，復合地基在一定荷載下沉降較小，水泥土攪拌樁承擔大部分荷載。由于可壓縮性大，樁間土只能發揮部分承載力。反之，當水泥土攪拌樁處于軟弱地層中，地基沉降量大，樁間土才能充分發揮地基承載力。

8 結語

軟弱地基處理屬于隱蔽工程施工，作為軟基處理一種比較有效的施工工藝，水泥土攪拌樁（濕法）是比較可行的，通過上述控制施工，合寧全線水泥攪拌樁全部檢測合格，符合設計要求，設計200公里的路基動車試驗速度最高達到282公里，創下當時國內動車試驗最高時速，受到鐵道部領導高度評價。

施工質量過程控制是關鍵，特別是施工中工藝參數的設定是十分重要，若施工工藝控制不當，極易構成質量隱患。因此，必須認真確定工藝參數，抓好過程施工質量控制，杜絕工程質量問題的發生，每道工序嚴格按規范操作，質量檢查驗標是對可能出現的質量問題的一種切實有效的防范措施。

參考文獻

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