談水利工程中軟土地基水泥攪拌樁的技術處理

摘 要：本文結合工程事例對水泥攪拌樁在水利工程中成樁機理的基礎上，闡述了水泥攪拌樁處理軟土地基的施工方案、施工準備及質量檢驗措施，以供同行參考。

關鍵詞：水利工程；軟土地基

改革開放以來，特別是進入新世紀，全國各地以保障水安全、營造人水和諧的水環境和實現水利現代化為目標，水利建設高潮迭起。相繼進行了城市防洪工程、水源工程、境外引水工程、農民飲用水工程等建設。但是，在大多地區淤泥、淤泥質土等軟土分布廣、厚度大。這些地區的軟土為高壓縮性、低強度土，工程力學性質差，是控制建（構）筑物沉降和穩定的主要地層，這給水利工程帶來了很多不利影響。在工程施工的過程中對深厚的軟土，一般都要進行地基處理，水泥攪拌樁的施工工期短，無大量廢土外運，很適合堤岸基礎加固或在基坑開挖時臨時擋土。水泥攪拌樁按所使用水泥的物理狀態，分為漿體攪拌樁和粉體攪拌樁兩類。粉體攪拌樁適用于土中含水量大于50%的情況。

1 水泥攪拌樁在水利工程中成樁機理

水泥與土攪拌產生加固效果而形成樁體，這是水泥遇水后所發生一系列化學反應及其與土發生復雜的化學反應的結果。

1.1水泥的水解和水化反應

普通硅酸鹽水泥包含著水硬性膠結材料的最主要的基礎物質，即氧化鈣、二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵及三氧化硫等。他們分別組成不同的水泥礦物。當用水泥與水拌合成水泥漿，或用水泥粉直接與飽和軟土攪拌時，水泥顆粒表面的礦物立即與水發生水解和水化反應，生成一系列水化物，這些水化物迅速溶于水，使水泥顆粒表面繼續暴露，繼續與水反應，生成水化物繼續溶于水，這樣直至溶液達到飽和，生成不能溶解水化物，乃成為凝膠微粒懸浮于溶液。此后這種凝膠微粒的一部分與其周圍一定的粘土顆粒發生反應，另一部分逐漸凝結硬化而形成水泥骨架。

1.2水泥水化物與粘土顆粒離子交換和團粒化作用

由于土體為多相散粒體，它與水結合時一般具有膠體的特征。二氧化硅遇水即形成硅酸膠體微粒，經化學反應，在土體顆粒表面逐漸形成較大的土團粒。而且由于水泥水化生成的氫氧化鈣等凝膠粒子的比表面積約比原水泥顆粒的比表面積大1000倍，表面能較大．吸附活性十分強烈，于是土團粒進一步互相結合，并且封閉了團粒之間的孔隙，從而形成較堅固的水泥土的團粒結構，使土的強度提高。

1.3凝硬作用

隨著水泥水化反應的深入，當溶液中析出的鈣離子的數量超過離子交換所需數量時，其多余部分便與土中的一部分或大部分膠態二氧化硅或膠態三氧化二鋁進行反應，生成不溶于水的、穩定的硅或鋁酸鈣結晶化合物，即微晶凝膠，它在水中逐漸硬化，且強度增大。

1.4 碳酸化作用

水泥水化物中游離的氫氧化鈣能吸收水和空氣中的二氧化碳，還原為不溶于水的碳酸鈣（石灰石），它能增加土的強度。

2水泥攪拌樁的設計

（1）設計復合地基容許承載力不低于120kPa。

（2）設計樁長一般為8～18m長，樁徑為50cm，水泥采用PO42.5級，水灰比采用0.45～0.5，摻加，3%水泥體積的石膏粉，設計噴灰量為52kg/m，摻入比為15%。

（3）所有的按梅花狀格布設，并且根據不同軟基路段的填土高度采用不同的排間距和樁間距，原則上是填土高度越大，樁的間距越小。大致為填土高度4m路段，樁距為1.8m，排距為1.5m；填土高度6m路段，樁距為1.4m，排距為1.3 m；填土高度8m路段，樁距為1.1m，排距為1.0m。

3水泥攪拌樁的施工

3.1施工前的準備

（1）準備施工技術資料：施工場地的工程地質報告，建筑物平面布置總圖、基礎平面圖原地面，高程數據表，測量控制點（線）位置和坐標，室內配比試驗報告，土工試驗報告，水泥攪拌樁設計樁位圖，加固深度，障礙物情況及相鄰建筑物等有關資料。

（2）平整場地。應清除有礙成樁的混凝土塊、塊石等硬質雜物及場地內樹根、雜草、有機質、腐泥等軟質雜物，并將凹凸不平的地面回填整平。若施工場地不能滿足機械行走要求時，應鋪設砂土或碎石墊層。

（3）根據施工圖紙畫出樁位平面布置圖，在施工現場定出每根水泥攪拌樁的樁位，并做好標記。

（4）成樁試驗。試樁一般不應少于5根。通過試樁，可以確定鉆進速度、提升速度、攪拌速度、噴氣壓力、單位時間噴入量等各項技術參數。

3.2施工工藝

（1）做好施工平臺后放樣定位，攪拌機定位，對中。設備保持水平，鉆機主軸垂直度誤差不大于1% 。

（2）預攪下沉。待攪拌機的冷卻水循環正常后，啟動攪拌機電機，使攪拌機沿導向架攪拌切土下沉。

（3）制備水泥漿。待攪拌機下沉到一定深度時，即開始按設計水灰比拌制水泥漿，壓漿前將水泥漿倒入集料斗中。

（4）提升噴漿攪拌。攪拌機下沉到達設計深度后，開啟灰漿泵將水泥漿壓入地基中，要求在樁底處駐漿1min后邊噴漿邊旋轉邊提升，提升速度不得大于0.6m/min。

（5）重復上、下攪拌。攪拌機提升至設計加固深度的頂面標高時，集料斗中的水泥漿應正好排空。不允許出現攪拌頭未到樁頂，料斗水泥漿已排完的現象。若料斗水泥漿有剩余，可在樁身上部再次攪拌，而后再次把攪拌機下沉至設計深度重新提升攪拌，以保證樁身質量。

（6）清洗。向集料斗中注入適量清水，開啟灰漿泵，清洗全部管路中的殘存的水泥漿，直至基本干凈，并將粘附在攪拌頭上的軟土清洗干凈。

（7）鉆具提升至地面后，鉆機移位對孔，按上述步驟進行下一根樁的施工。

4施工控制要點

（1）開機前必須調試，檢查樁機運轉和輸料管暢通情況。

（2）施工時設計停漿（灰）面一般應高出基礎底面標高0.5m，在開挖基坑時應將上部0.5m挖去。

（3）攪拌樁底垂直度偏差不得超過1%，樁位布置偏差不得大于20mm，樁徑偏差不得大于4%。

（4）施工前應確定攪拌機的灰漿泵輸漿量、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成樁試驗，確定攪拌樁的配比等各項參數和施工工藝。宜用流量泵控制輸漿速度，使注漿泵出口壓力保持在

0.4～0.6MPa，并應使攪拌提升速度與輸漿速度同步。

（5）制備好的漿液不得離析，泵送必須連續。拌制漿液的罐數、泵送漿液的時間等應有專人記錄。

（6）為保證樁端施工質量，當漿液達到出漿口后，應噴漿座底60s，使漿液完全到達樁端。

（7）預攪下沉時不宜沖水，當遇到較硬土層下沉太慢時，方可適量沖水，但應考慮沖水成樁對樁身強度的影響。

（8）可通過復噴的方法達到樁身強度為變參數的目的。攪拌次數以2次噴漿4次攪拌為宜，且最后1次提升攪拌宜采用慢速提升。當噴漿口到達樁頂標高時，宜停止提升，攪拌數秒，以保證樁頭均勻密實。

（9）施工時因故停漿，宜將攪拌機下沉至停漿點以下0.5m，待恢復供漿時再噴漿提升。若停機超過3h，為防止漿液硬結堵管，宜先拆卸輸漿管路，妥為清洗。

（10）壁狀加固時，樁與樁的搭接時間不應大于24h，如因特殊原因超過上述時間，應對最后一根樁先進行空鉆留出榫頭以待下一批樁搭接；如間歇時間太長（如停電等），與第二根無法搭接，應在監理單位認可后，采取局部補樁或注漿措施。

（11）攪拌機噴漿提升的速度和次數必須符合施工工藝的要求，應有專人記錄攪拌機每米下沉和提升的時間。深度記錄誤差不得大于100mm；時間記錄誤差不得大于5s。

（12）當攪拌樁作為承重樁開挖基坑時，基底標高以上300mm宜采用人工開挖，以防止發生斷樁現象。

5水泥攪拌樁的質量檢測

（1）現場載荷試驗：對于作為建筑物基礎的攪拌樁應在成樁28d后按樁數1%的數量進行單樁載荷試驗和復合地基載荷試驗，攪拌樁設計單樁承載力標準值為110kN，復合地基承載力標準值120kPa。

（2）取芯檢驗：隨機抽取施工總樁數0.5%的樁體，用鉆孔方法連續取水泥土攪拌樁樁芯，可檢驗樁體強度和攪拌的均勻性。取芯用Φ108巖芯管，取出后可當場檢查樁芯的連續性、均勻性和硬度，并用鋸、刀切割成試塊做無側限抗壓強度試驗。取樁芯應有良好的取芯設備和技術，確保樁芯的完整性和原狀強度。

（3）開挖檢驗：選取不少于總樁數5％的樁體進行開挖檢驗，檢查加固樁體的外觀質量、搭接質量和整體性等。主要檢驗項目：①樁、墻的垂直和整齊度情況；②樁體的裂縫、缺損情況；③樁體強度和均勻性；④樁頂水平位移量；⑤坑底隆起情況。

6結束語

水泥攪拌樁在堤岸軟土基礎處理應用方面，技術上完全可行、成熟，質量是可靠、有保證的。既能有效地加固軟土基礎，滿足防洪工程、河涌整治的建設標準，又在一定程度上節約建設投資：同時，由于水泥攪拌樁的施工過程中無振動、無噪音、無污染，對鄰近建筑物及周圍環境影響較小。當然，水泥土攪拌樁的設計指標還需進一步優化，施工中還缺少現代化監測設備，不利于施工過程的數據化控制。

參考文獻

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