深層水泥攪拌樁在某核電站重件道路軟基處理中應用

徐曉斌，秦晶晶，高 飛

( 1.廣東省電力設計研究院，廣東 廣州 510600；2.天津市地質工程勘察院，天津 300191； 3.集成期貨有限公司，廣東 廣州 510623)

1 工程概況

某核電站位于我國南方沿海的半島上，規劃容量為6×1750MW級壓水堆核能發電機組，核電站進場重件碼頭位于核電站主廠區西南側，擬修建重件道路進行連接，道路長為3.12km，核島大件運輸最大超過300t，對路基承載能力和變形有很高要求。該道路地處珠江入海口，大部分道路為魚塘或沼澤地，區內水系發育，河塘密布，地質情況較復雜，一般分上下兩層，下部地層為花崗巖殘積層及風化巖土層，承載力較高，壓縮性較小。上部地層大部分以淤泥混砂、淤泥質土、淤泥等軟土為主，呈軟塑、流塑狀，具有天然含水量高、孔隙比高、壓縮性大和強度低等特點，厚5.0～20.0m，屬典型的飽和性軟土地基。鑒于本工程軟土特性、工程特性和工期緊張等因素，綜合對比經濟與技術方案，采用深層水泥攪拌樁進行加固處理。根據設計，深層水泥攪拌樁樁徑為80cm，間距1.0～1.1m，樁長6～21m，樁位在平面上呈正三角形布置，采用噴水泥漿工藝施工，設計要求水泥土的7天強度為0.85MPa，28天強度達到1.15MPa，水泥摻量可以根據軟土含水量等實際情況確定。

2 水泥摻量

深層水泥攪拌樁的成樁狀況，主要受攪拌的均勻程度、水泥等級、水泥摻量、地基土的含水量和有機物含量等的影響。但對于既定的地質情況，只有采用適當的水泥摻量，才能達到經濟、有效的目的。

經取樣試驗，該工程軟土天然含水量平均值約為52%，孔隙比為1.42，壓縮系數a1-2>0.8MPa-1，粘聚力為12.50kPa，內摩擦角為8.4°，有機質含量為5.2%，其不同水泥摻量、不同齡期的水泥土抗壓強度試驗結果見表1。

表1 水泥土抗壓強度試驗結果 單位：MPa

由表1可見，在相同條件下，水泥摻量增加，水土的強度顯著提高。有資料表明，軟土含水量在50%～85%時，相同摻量下，含水量每增加10%，水泥土的強度將降低30%；當含水量大于70%時，攪拌形成不了足夠強度的水泥土柱體，將嚴重影響樁的強度。考慮到現場施工條件，實際形成的深層水泥攪拌樁樁體其均勻度可能達不到試驗條件下的效果，為確保工程質量，確定水泥的摻量為20%。

3 施工工藝

3.1 施工工藝流程

試樁試驗→樁位放樣→鉆機就位→檢驗、調整鉆機→正循環鉆進至設計深度→打開高壓注漿泵→反循環提鉆并噴水泥漿→至工作基準面以下0.3m→重復攪拌下鉆并噴水泥漿至設計深度→反循環提鉆至地表→成樁結束→施工下一根樁。

3.2 試樁

深層水泥攪拌樁施工是借攪拌頭將水泥漿和軟土強制拌和，攪拌次數越多，拌和越均勻，水泥土的強度也越高。但是攪拌次數越多，施工時間也越長，工效也越低。試樁的目的是為了尋求最佳的攪拌次數、確定水泥漿的水灰比、泵送時間、泵送壓力、攪拌機提升速度下鉆速度以及復攪深度等參數，以指導下一步深層水泥攪拌樁的大規模施工。

考慮到本重件道路工程的重要性，現場施工時，在按20%水泥摻入量基礎上，適當摻入外加劑，確定采用每延長米用水泥50kg，粉煤灰15kg，水灰比1∶1，高效減水劑為0.8%的施工配合比。施工采用六攪三噴的工藝進行，施工機具參數為：攪拌頭翼片6枚，與攪拌軸垂直夾角60°，回轉數不小于45轉/min，提升速度不超過0.8m/min。試樁時本工程嚴格按照施工組織設計進行了試樁工作完成試樁3根，在施工中證明，該水泥灰配比和施工組織和施工機具參數能很好地滿足施工需要。

3.3 施工準備

深層水泥攪拌樁施工場地應事先平整，清除樁位處地上、地下一切障礙(包括大塊石、樹根和生活垃圾等)場地低洼時應回填粘土，不得回填雜土；采用合格的設計規定的425型號普通硅酸鹽袋裝水泥以便于計量；深層水泥攪拌樁施工機械必須具備良好及穩定的性能，施工組織和施工參數按設計要求進行。

3.4 施工控制

應指派專人負責指導施工，全過程監控深層水泥攪拌樁的施工過程。施工中建立完備的質量控制體系，并制訂了嚴格的控制指標：

⑴ 樁位控制 為保證樁位的準確性，現場采用全站儀建立控制網，并用JS2經緯儀進行局部控制。要求樁位布置與設計偏差不大于2cm，成樁樁位偏差不大于5cm。

⑵ 樁體垂直度控制 為保證深層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，要求垂直度偏差控制在1%。

⑶ 水泥漿制備 水泥漿的制備從表面上看是一項非常普通的工作，但是它的質量直接決定了噴漿法攪拌樁的質量，作為關鍵環節，對計量、攪拌時間、置放時間均要求進行嚴格記錄，對于置放時間大于2h的漿體或出現離析的漿體均作為廢料不予使用。

⑷ 采用六攪三工藝 第一次下鉆時為避免堵管采取帶漿下鉆，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擋操作，復攪時提高一個擋位。每根樁的正常成樁時間應不小于40min，噴漿壓力不小于0.4 MPa。

為保證深層水泥攪拌樁樁端!樁頂及樁身質量，第一次提鉆噴漿時要求在樁底部停留不小于30s，以便磨樁端，余漿上提過程中全部噴入樁體，且在樁頂部位磨樁頭，停留時間不小于30s。

根據試樁結果，攪拌機噴漿提升的速度控制在40～50cm/min為宜，每根樁開鉆后要求連續作業，不得中斷噴漿。

4 質量檢測

進行水泥土攪拌樁檢測的目的是為了掌握成樁狀況，檢驗樁體質量能否滿足設計要求，工程安全穩定能否得以保證。檢測與評價的內容：材料質量、樁長、樁體均勻性和強度。

⑴ 材料質量檢驗 攪拌樁使用的材料主要是水泥，為確保質量，進場水泥分批次嚴格送檢，待質量合格后方能用于工程中。

⑵ 樁長檢測 進行水泥土攪拌樁檢測時，標準貫入試驗和鉆探取芯進行抗壓強度試驗均可檢測樁長。

⑶ 樁體均勻性檢測 用輕便觸探、開挖檢測、標準貫入試驗和鉆探取芯進行抗壓強度試驗均可檢測樁體均勻性，在深層水泥攪拌樁身中心鉆孔，取出樁芯，觀察其顏色是否一致，是否存在水泥漿富集的“結核”或未被攪勻的土團。

⑷ 樁體強度 用輕便觸探、標準貫入試驗、鉆探取芯進行抗壓強度試驗和現場荷載試驗均可檢測樁體。輕便觸探必須早期進行，當樁體強度很大時，很難以進行，檢測深度較小；標準貫入試驗檢測若樁體不均勻，擊數不能較好的體現強度，導致無法用擊數來進行樁體強度判斷；鉆探取芯進行抗壓強度試驗檢測，水泥土試樣制取過程中，受到不同程度的損壞，導致芯樣的不連續，影響檢測結果的可靠性；現場荷載試驗是確定承載力最可靠的試驗，但試驗條件與實際荷載條件存在差異；試驗延續時間長，耗費人力、物力大。

因此，各類檢測方法均有優缺點，本工程采用標準貫入試驗、鉆探取芯進行抗壓強度試驗和現場載荷試驗等方法進行檢測，由于施工組織和施工參數合理可靠以及施工過程得到有效控制，檢測結果滿足設計要求，采用深層水泥攪拌樁對此工程軟土地基處理取得良好效果。

5 結語

深層水泥攪拌樁加固軟土地基，關鍵在于施工工藝和質量控制。針對現場實際地基土的含水量和有機質含量，經過試驗確定水泥比例后，應控制好水泥摻量和攪拌均勻程度這兩個重要環節，其成樁質量定能夠得到保證。該核電站重件道路工程施工期間及工后沉降觀測顯示，地基處理效果良好，各項指標均滿足了設計要求。

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