水泥土攪拌樁在沿海變電站中的實際應用

摘要：本文探討了水泥土深層攪拌樁在廣東沿海地區變電站附屬工程中的設計、施工應用和檢測等問題，提出了若干建議和想法，供同類工程參考。

關鍵詞：水泥土攪拌樁；沿海地區；變電站；應用

中圖分類號：F407.9文獻標識碼：A

1概述

水泥土攪拌機是用于加固軟土地基的一種方法，它利用水泥作為固化劑，通過特制的攪拌機械，在地基深處將軟土和固化劑強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理化學反應，通過加強施工過程質量控制，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的優質地基。在廣東等沿海地區（如深圳、珠海、東莞等）的變電站附屬等工程施工中，較多屬于沖積地帶，細沙土層內含較多的淤泥，或面層土回填時未經清表、清淤等處理，土中有機物、淤泥較多，不經特殊處理，不能直接做站區建構筑物的承載地基。而水泥土攪拌樁因其造價經濟、無振動、無噪音、無污染、施工簡便、工期較短、適用范圍較廣而倍受青睞，在以上沿海地區變電站的附屬工程中應用較多，下面結合廣東省東莞市110kV江城變電站地基加固實例探討水泥攪拌樁在軟土地基加固的應用。

2 工程實例概況

該工程為南方電網110kV標準化變電站，設備除主變壓器外均位于室內，建筑物主要有一配電樓（建筑面積2363m2，檐高18m）采用Ф400預應力管樁基礎，其余擋土墻（圍墻）、電纜溝、道路等附屬部分置于細砂層上，并要求地基承載力特征值不小于100kPa。

根據勘察地質報告，在勘探深度內，場地地層為填土層、沖積層、基巖共三大層，各巖土層分布情況及工程地質性能按自上而下如下：

（1）填土層（第1層）：素土層，灰褐色，濕、松軟，主要由粘性土和中細砂組成，回填時間短，欠固結。

（2）沖積層①細砂（第2-1層）：灰色，飽和，稍密，主要由中細粒石英砂組成，分選性差，級配一般，局部夾有粘粒，推薦承載力特征值取45kPa。②中砂（第2-2層）：灰褐、褐黃色，飽和，中密~密實，主要由中細粒石英砂組成，分選性差，級配一般，局部夾有粘粒，推薦承載力特征值取100kPa。

（3）基巖。根據以上地質情況可以看出，第2層（沖積層）推薦承載力特征值才45kPa，不符合設計規定的100kPa。后來在配電樓管樁施工送樁時也可以看出，場地含水率較大且水位較高，必須做地基處理。

設計院通過施工單位反映的情況，立即組織勘察、監理等單位一起現場進行了開挖查看，通過實際了解，該砂層所含淤泥較多，且深度達十米左右，應做設計變更，后來設計單位決定增加水泥土攪拌樁591根。確定所用攪拌樁直徑為600mm，樁間距1.3m，正三角形布置，樁長約12.5m，穿過淤泥層進入中砂層一米確定樁長。施工工藝采用噴漿（濕法），水泥強度等級不低于42.5的普通硅酸鹽水泥，其摻入比為15%，即按每米樁水泥用量76kg，水泥漿水灰比取0.55。

檢測要求：(1)成樁三天內用輕便動力觸探檢查每米樁深的均勻性，檢測數量為總樁數的1%，且不少于三根。（2）成樁28天后進行復合地基載荷試驗和單樁載荷試驗，檢驗數量不少于總樁數的0.5%，且每項單位工程不少于三根（或三點）。28天后載荷試驗要求單樁承載力不小于75kN，復合地基載荷試驗要求地基承載力達80kPa。（3）成樁28天后宜采用雙管單動取樣器鉆取芯樣，鑒定持力層土性，評價攪拌均勻性，檢驗水泥土抗壓強度，檢驗數量不少于總樁數的0.5%，且不少于三根，要求檢測水泥土立方體抗壓強度fcu，28?芏1.06MPa。

3 深層水泥攪拌樁的加固機制和特點

3.1 深層水泥攪拌樁的加固機制

淤泥質細砂土與水泥加固的基本原理是基于水泥與土的物理化學反應過程。施工過程中淤泥質細砂土首先被攪拌切削成大小不等的團塊，水泥漿摻入后，水泥包裹軟土團。由于水泥的摻量很少，水泥與軟土之間的不充分混合，水泥土中會產生強度較大和水穩性較好的水泥區和強度較低的淤泥質細砂土塊區。水泥土的物化反應是一個緩慢的過程，水泥與土塊表面先反應，然后逐漸向土塊中間發展，經過較長的時間，淤泥質細砂土團內的土顆粒在水泥水解產物滲透作用下，逐漸改變其性質。因此，水泥和土塊之間的強制攪拌越充分，土塊被粉碎的越小，水泥分布到土中越均勻，水泥土結構強度的離散性越小，宏觀的總體強度也越高，無側限抗壓強度隨著水泥摻入比的增加而增加。

3.2 深層攪拌樁的特點

3.2.1 處理地基設備簡單，費用較低，技術效果明顯，可用于大范圍軟基處理。

3.2.2 利用固化材料可提高加固土的早期強度，大大縮短工期，由于固結屈服應力很大，故上部承重時，不會產生固結沉降。

3.2.3 該站旁邊均為工業廠房，攪拌樁施工過程中無振動、噪聲和污染，對周圍環境無不良影響，適合鬧市區附近施工。

3.2.4 攪拌樁為后來變更方案，而主體結構正在施工中，所需場地較少，可以組織交叉施工。

4 深層水泥攪拌樁的施工工藝及技術要求

4.1 測量放樣。由測量工程師事先在已整平好的場地上，根據粉噴樁樁位布置圖對各樁位進行定位，并作出明確標示。

4.2 試樁。在攪拌樁施工前進行工藝試樁，設計試樁數量不少于5根，水泥深層攪拌樁施工是采用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找最佳的攪拌次數、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，以指導下一步水泥攪拌樁的大規模施工。

4.3 樁機定位。平整場地利用自行移動將深層攪拌機移至指定樁位并對中，為保證樁位準確，必須使用定位卡，控制其對中誤差≤20mm，導向架和攪拌軸應與地面垂直，控制其偏差≤1%。

4.4 漿液配制。采用42.5R普通硅酸鹽水泥，沿樁體每延米水泥用量76kg。攪拌樁的水灰比控制在0.5～0.55，水泥應抽檢合格，用水量應準確，攪拌時間不少于3min。

4.5 噴漿成樁。開啟泵機并確認噴嘴噴出漿液后，啟動樁機下旋鉆進噴漿成樁，施工過程中密切注意噴頭情況，發現有堵塞時及時清通，使噴漿連續，控制鉆進速度低于1.0m/min，噴漿速度低于0.8m/min，轉速約60r/min，噴漿壓力1.0~1.4MPa，噴漿量30L/min。鉆進噴漿至設計樁長或層位后，原地噴漿30s，再反轉勻速提升，使水泥土攪拌樁在初凝前達到充分攪拌，水泥與土充分拌和，確保攪拌樁的質量。

4.6 提升攪拌。攪拌頭自樁底反轉勻速攪拌提升至地面，如有軟土包裹則應及時清除。

4.7 重復鉆進攪拌及提升攪拌成樁。仍按上述步驟進行，噴漿量如已達到設計要求，則只需復攪而不再送漿，成樁后開動漿泵清洗管路中的殘留水泥漿，使成樁直徑和樁長達到設計要求。

4.8 攪拌樁施工應嚴格按照設計樁位、樁長、樁數、噴漿量以及試驗確定的參數進行，質量控制應貫穿在施工的全過程，并應堅持全程的施工監理。檢查的重點：水泥用量、樁長、攪拌頭轉數和提升速度、復攪次數和復攪深度、停漿處理方法等。

5 水泥土攪拌樁施工過程中應注意的控制措施

5.1 檢查深攪樁基及水泥漿制備設備等合格證，準運行證及試運行情況，同時檢查參加現場施工人員的上崗證和操作證；

5.2 對進場水泥必須是42.5R的新進普通硅酸鹽水泥，審查其合格證、質保書、出廠證明，監理參加見證取樣，送檢合格后方可使用；

5.3 攪拌機械的攪拌頭的寬度與攪拌軸的夾角及攪拌頭的回轉數，提升速度、攪拌軸長度應相互匹配，以確保攪拌深度范圍內土體的任何一點均能經過20次以上攪拌，并有專人記錄并及時完善簽名手續；

5.4 攪拌樁的搭接必須符合設計要求，施工過程中盡量避免冷接頭，對出現的冷接頭應作詳細記錄，并在現場作明顯標志，統一處理；

5.5 攪拌樁的水泥摻量及水灰比必須符合設計要求“四攪兩噴”工藝，必須確保每根樁的水泥用量，否則必須采取相應措施；

5.6 噴漿結束后，停漿面必須高于樁頂設計標高500mm，確保基坑開挖時深攪樁樁體質量符合要求；

5.7 若停機超過3小時，為防止漿液硬結堵管，先拆卸輸漿管，清理暢通，施工過程中防止斷樁、空樁；

5.8 保證樁底、樁頂質量，當灰漿達到出漿口，應噴漿攪拌“座底”30S，使灰漿完全達到底（頂）端；

5.9 因設計要求進入中砂層一米，根據以往經驗，當穿過細砂層后即到達中砂層，此時因砂層變得較密實，在下鉆時應仔細查看入鉆情況，當難以繼續加深時，應停止往下，應隨即均勻向上提，防止鉆頭在中砂層越鉆越緊以至于難以拔出。

6 樁基檢測方法及結論

6.1 成樁7d后，采取淺部開挖樁頭，深度超過停漿面下500mm，目測攪拌的均勻性，測量成樁直徑，檢查數量為總樁數的5%。本項目檢查30根，全部合格。

6.2 輕型動力觸探(N10)檢查樁體均勻性，檢查數量為施工總樁數的1%。本項目檢查6 根Ⅰ類樁5根，Ⅱ類樁1根，無Ⅲ類和Ⅳ類樁。

6.3 成樁28d后，開挖基槽，進行水泥土深層攪拌樁的單樁載荷試驗3組和復合地基載荷試驗3 組，承載力全部滿足設計要求。荷載~沉降曲線P～S全部呈圓滑型，特征點不明顯，無明顯陡降段；沉降~時間S-lgt曲線無明顯向下彎曲，全部樁體在試驗范圍內未達到破壞。

6.4 為保證樁體質量，采用雙管單動取樣器鉆芯取樣3根，樁體通長水泥土攪拌較均勻，所抽芯樣目測較密實，檢驗芯樣抗壓強度平均值大于2.5MPa。以上檢測均滿足設計要求。攪拌樁基最終抽芯情況如圖1所示。

圖1 樁基抽芯情況

參考文獻

[1]徐曉斌，秦晶晶，高飛.深層水泥攪拌樁在某核電站重件道路軟基處理中應用[J].電力勘測設計，2010-06-30.