深層水泥攪拌樁施工工藝參數(shù)研究

季建華

(昌樂縣交通工程有限公司，山東濰坊 262400)

0 引言

深層水泥土攪拌樁是以水泥為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機(jī)械，將固化劑和地基土強(qiáng)制攪拌，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的樁體，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于豎向承載的復(fù)合地基、基坑工程維護(hù)擋墻及防滲帷幕等［1］，但質(zhì)量事故屢有發(fā)生［2-5］，其原因不僅涉及到設(shè)計，更多的源自施工質(zhì)量［6］。

現(xiàn)行工程標(biāo)準(zhǔn)及各種文獻(xiàn)資料多涉及或關(guān)注深層水泥土攪拌樁設(shè)計及檢測技術(shù)，而對于深層水泥土攪拌樁的施工工藝，特別是工藝參數(shù)的積累很少，有必要研究工藝參數(shù)對成樁質(zhì)量的影響，引起設(shè)計與施工的重視，以合理確定工藝參數(shù)、保證成樁質(zhì)量。

深層水泥土攪拌樁施工參數(shù)一般包括樁位偏差、樁長、樁徑、垂直度、水泥摻量、水灰比、水泥漿輸漿量、攪拌頭鉆進(jìn)與提升速度、攪拌軸轉(zhuǎn)速、復(fù)攪遍數(shù)等［1，7］。前述六個參數(shù)一般在設(shè)計時就確定了，且在施工中容易控制。而后四個參數(shù)則由于需要相互匹配以保證水泥土拌和體的均勻性，并受地質(zhì)條件、樁工機(jī)械性能影響，在設(shè)計及施工中較難確定及把握。因此本文重點分析深層水泥土攪拌樁的水泥漿輸漿量、攪拌頭鉆進(jìn)與提升速度、攪拌軸轉(zhuǎn)速、復(fù)攪遍數(shù)四個施工參數(shù)對成樁質(zhì)量的影響。

1 水泥漿輸漿量影響

在深層水泥土攪拌樁施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)由于水泥漿輸漿量原因?qū)е碌臉渡碣|(zhì)量問題，歸納起來，主要有如下幾種:

1)輸漿量不連續(xù)、不均勻。

由于噴漿口或輸漿管堵塞、輸漿泵故障等原因，經(jīng)常出現(xiàn)深層水泥土攪拌樁施工過程中輸漿不連續(xù)或大小不均勻的情況，則在樁體中出現(xiàn)水泥漿富集段與稀少段，樁身質(zhì)量不均勻，影響樁身承載力。為了做到水泥漿輸漿量連續(xù)、均勻，應(yīng)經(jīng)常檢修設(shè)備避免故障，并且在發(fā)現(xiàn)質(zhì)量事故后及時對水泥漿稀少段進(jìn)行補(bǔ)噴。

2)輸漿量過大或過小。

水泥漿輸漿量過大時，攪拌頭尚未提升到設(shè)計樁頂，水泥漿已經(jīng)消耗完，樁頭水泥摻入比小于設(shè)計值，樁身強(qiáng)度不滿足要求;另外當(dāng)鉆進(jìn)速度較小時，容易導(dǎo)致返漿量過大。水泥漿輸漿量過小時，則會延長施工時間，降低施工效率。根據(jù)目前國內(nèi)深層水泥土攪拌樁施工常用輸漿泵性能，輸漿壓力一般隨著輸漿量的減小而降低。當(dāng)水泥漿輸漿量過小時，較小的輸漿壓力無法沖破噴漿口周圍的土阻力而將水泥漿液噴射到周圍土中，影響樁體成樁質(zhì)量，特別是在攪拌樁深部問題更為突出。李功一［8］通過“兩噴四攪、四噴八攪、四噴四攪”等多種工藝試驗對比證明了這種現(xiàn)象:輸漿量大時深部成樁質(zhì)量好于輸漿量小的工況。

在樁身長度內(nèi)噴漿均勻、確保水泥漿摻入比是深層水泥土攪拌樁成樁質(zhì)量的保證，只有在此前提下才能談及水泥土攪拌均勻程度對樁身質(zhì)量的影響。因此水泥漿輸漿量的選擇應(yīng)與鉆進(jìn)速度或提升速度相匹配，使樁身長度內(nèi)噴漿連續(xù)、均勻，保證水泥摻量的均勻性，并且噴漿壓力不宜太小，一般選擇0.4 MPa～0.6 MPa。

2 攪拌頭鉆進(jìn)與提升速度影響

攪拌頭鉆進(jìn)與提升速度直接影響水泥土拌和均勻程度與施工效率。鉆進(jìn)速度或提升速度過大時，攪拌軸轉(zhuǎn)速無法與之匹配，在擬加固土中形成螺旋狀切割，達(dá)不到每點土體攪拌20次或每米切削400次的要求［1，7］，影響樁身水泥土強(qiáng)度。另外攪拌頭鉆進(jìn)速度過大，當(dāng)遇硬夾層或地下障礙物時，容易憋鉆，造成機(jī)具設(shè)備損壞;而提升速度過大，當(dāng)水泥漿與土拌和后的混合物含水率相對較低時，攪拌軸提出后留下的空間不易被周圍水泥土填充進(jìn)去，出現(xiàn)空心現(xiàn)象［8］，影響單根樁承載力。

鉆進(jìn)速度或提升速度小，則水泥土攪拌均勻，但單根樁施工用時長，施工效率低，并且容易出現(xiàn)攪拌頭尚未提升到設(shè)計樁頂，水泥漿已經(jīng)消耗完的情況。另外，施工時間過長對相鄰樁搭接施工質(zhì)量也是不利的。

根據(jù)目前國內(nèi)深層水泥土攪拌樁施工現(xiàn)狀，攪拌頭鉆進(jìn)與提升速度多數(shù)為 0.8 m/min ～1.2 m/min，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)［9］規(guī)定的“機(jī)頭提升速度不得大于0.5 m/min”的要求，但樁身質(zhì)量檢測結(jié)果均滿足要求，這說明攪拌頭鉆進(jìn)與提升速度值的大小不是影響樁身質(zhì)量的主要因素，只要水泥摻量均勻、水泥漿與土混合物被攪拌次數(shù)滿足要求即能保證樁身質(zhì)量。

3 攪拌軸轉(zhuǎn)速影響

目前國內(nèi)使用的深層水泥土攪拌樁機(jī)有的攪拌軸轉(zhuǎn)速是恒定，有的是可調(diào)的，這里僅研究攪拌軸轉(zhuǎn)速可調(diào)的情況。

在鉆進(jìn)速度或提升速度相同的情況下，攪拌軸轉(zhuǎn)速越大，則同一點水泥漿與土混合物被攪拌次數(shù)越多，被粉碎得越細(xì)，水泥分布到土中越均勻，水泥土結(jié)構(gòu)離散性越小，水泥土強(qiáng)度越高;但攪拌軸轉(zhuǎn)速過快，容易在攪拌頭上形成“土團(tuán)”，將大大影響攪拌效果［10］。攪拌軸轉(zhuǎn)速小時，容易在擬加固土中形成螺旋狀切割，攪拌不均勻，影響樁身水泥土強(qiáng)度。

根據(jù)目前國內(nèi)生產(chǎn)的攪拌軸轉(zhuǎn)速可調(diào)的樁工機(jī)械性能，攪拌軸轉(zhuǎn)速大時，攪拌頭鉆進(jìn)速度或提升速度也大，反之亦然，但攪拌軸旋轉(zhuǎn)一圈攪拌頭鉆進(jìn)或提升的距離是恒定的，一般為1 cm～3.75 cm。因此攪拌軸轉(zhuǎn)速的選擇要綜合考慮攪拌頭鉆進(jìn)速度或提升速度、水泥漿輸漿量等因素。

4 復(fù)攪遍數(shù)影響

隨著復(fù)攪遍數(shù)的增加，同一點水泥土被攪拌次數(shù)越多，水泥與土體拌和越均勻，成樁質(zhì)量越好。例如馬在宏等［11］采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、取芯測試、靜載試驗等方法研究了長江漫灘軟土中兩噴六攪工藝與兩噴四攪工藝對水泥土攪拌樁樁身質(zhì)量的影響，前者比后者的樁身水泥土強(qiáng)度高，復(fù)合地基承載力有較大提高。潘殿琦等［12］通過對比試驗，也得到類似的結(jié)果，進(jìn)行上部復(fù)攪的單樁承載力明顯比未進(jìn)行上部復(fù)攪的樁要高，有的提高1/3左右。

根據(jù)水泥土強(qiáng)度增長機(jī)理，只有保證水泥漿與土混合物被攪拌次數(shù)才能達(dá)到較高強(qiáng)度，因此宜將噴漿過程放在前幾次的鉆進(jìn)或提升過程中，給混合后的水泥漿與土留出較多的復(fù)攪遍數(shù)，但復(fù)攪遍數(shù)過多會影響施工效率，每點水泥土攪拌20次～40次［1，13］即可。根據(jù)目前國內(nèi)深層水泥土攪拌樁施工經(jīng)驗及樁工機(jī)械性能，可采用兩噴四攪或兩噴六攪工藝，其中在第一次鉆進(jìn)與提升過程中噴漿，或者在第一次提升與第二次鉆進(jìn)過程中噴漿(見圖1，圖2)。

圖1 兩噴四攪工藝

圖2 噴漿攪拌工藝

5 結(jié)語

1)樁身水泥漿摻量均勻、水泥漿與土混合物攪拌均勻是保證樁身質(zhì)量的關(guān)鍵。

2)水泥漿輸漿量、攪拌頭鉆進(jìn)與提升速度、攪拌軸轉(zhuǎn)速、復(fù)攪遍數(shù)等工藝參數(shù)對樁身質(zhì)量的影響是通過水泥漿摻量、水泥漿與土混合物攪拌次數(shù)來衡量的。

3)深層水泥土攪拌樁施工工藝參數(shù)應(yīng)綜合成樁質(zhì)量與施工效率進(jìn)行優(yōu)化匹配。

4)深層水泥土攪拌樁施工宜選用兩噴四攪或兩噴六攪工藝，在第一次鉆進(jìn)與提升過程中噴漿，或者在第一次提升與第二次鉆進(jìn)過程中噴漿;噴漿壓力為0.4 MPa～0.6 MPa;樁身范圍內(nèi)每點水泥漿與土混合物被攪拌次數(shù)不少于20次～40次。

［1］JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］王建平.水泥土攪拌樁的檢測方法及常見事故淺議［J］.西部探礦工程，2004，16(7)：57-58.

［3］陳朝軍，楊海榮，范云霞.水泥土樁復(fù)合地基事故處理［J］.河南科學(xué)，2003，21(5)：590-592.

［4］何 健，吳方沂.水泥土攪拌樁質(zhì)量事故分析與處理［J］.國外建材科技，2006，27(3)：38-39.

［5］陳榮斌，裴 捷.提高水泥土攪拌樁施工質(zhì)量的方法與技術(shù)［J］.上海地質(zhì)，2002(3)：54-57.

［6］何開勝.水泥土攪拌樁的施工質(zhì)量問題和解決方法［J］.巖土力學(xué)，2002，23(6)：778-781.

［7］JTJ/T 259-2004，水下深層水泥攪拌法加固軟土地基技術(shù)規(guī)程［S］.

［8］李功一.淺談水泥深層攪拌樁噴漿法施工工藝［J］.山西建筑，2001，27(1)：73.

［9］GB 50202-2002，建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范［S］.

［10］《地基處理手冊》編寫委員會.地基處理手冊［M］.第3版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［11］馬在宏，管同心，繆林昌.攪拌樁法加固長江漫灘軟土地基施工工藝研究［J］.公路交通科技，2004，21(1)：26-29.

［12］潘殿琦，陳 勇.深層攪拌樁強(qiáng)度的影響因素與改善措施［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2001，23(11)：1954-1958.

［13］何開勝，宣芝錦.深厚軟土中水泥土樁制樁技術(shù)的試驗研究［J］.水利水運科學(xué)研究，1998(1)：19-27.