水泥深層攪拌樁復合地基的設計與實踐

章啟彬

（繁昌縣水務局 安徽 繁昌 241200）

0 引言

水泥深層攪拌樁是利用攪拌機把送入地層深部的水泥就地進行攪拌，使水泥與地層中的軟土拌和均勻，讓水泥與軟土發生一系列物理化學反應，硬化成水泥土樁體的一種施工方法。 水泥深層攪拌樁依水泥是否先加水拌成漿液再噴入地層攪拌，還是直接將干粉噴入地層并攪拌，區分為“濕法”與“干法”兩種[1]。 濕法攪拌比較均勻，易于復攪，但水泥土硬化時間長，特別是地層中軟土含水量過高時，樁間土多余的孔隙水影響水泥土強度增長；干法正好相反，攪拌不太均勻，很難全程復攪，但水泥土硬化時間較短，樁間土的含水量在一定程度上也能夠減少，從而使樁間土的強度在一定范圍內得以提高。

水泥攪拌樁適用于江河堤防的防滲， 堤岸邊坡加固，基坑開挖支護，水利、港口、高速公路等基礎加固。 就處理對象來說，它適用于砂性土、粘性土、粉土、淤泥、淤泥質土，松散至稍密無大塊硬質建筑垃圾的雜填土和素填土。 一般不適用于生活垃圾和化纖等工業廢料雜填土， 以及含大量樹根、塊石的土層。

1 水泥攪拌樁復合地基設計

1.1 設計條件

水泥攪拌樁設計應全面收集以下資料：

1.1.1 處理區域內詳盡的巖土工程資料。 尤其是填土層的厚度和組成，軟土層的分布范圍、分層情況，地下水位及pH 值，士的含水量、塑性指數和有機質含量等；

1.1.2 建筑場地有無影響攪拌樁機械施工障礙物。 地下有無各類管網，生活垃圾、工業化纖和硬質塊體建筑垃圾，地上有無高壓電線。 如果影響大，又難以解決，有可能會導致地基處理方案變更。

1.1.3 應針對現場擬處理的最薄弱層軟土做配合比試驗，確定合適的固化劑、外摻劑及其摻量，為設計提供各種齡期、各種配比的強度參數。對豎向承載的水泥土強度宜取90 d 齡期試塊的立方體抗壓強度平均值；對承受水平荷載的水泥土強度宜取28d 齡期試塊的立方體抗壓強度平均值。

1.2 承載力計算

水泥土攪拌樁豎向復合地基承載力及單樁豎向承載力特征值，應通過現場荷試驗確定。 初步設計時，復合地基承載力和單樁豎向承載力按文獻[2]計算，確定攪拌樁的復合地基承載力、樁的直徑、置換率和長度。

1.3 粉噴樁布置

豎向承載攪拌樁的平面布置可根據上部結構特點及對地基承載力和變形的要求，采用柱狀、壁狀、格柵狀或塊狀等加固型式。 柱狀加固一般在基礎平面范圍外布置一排維護樁，可采用正方形、梅花形等布樁型式。

豎向承載攪拌樁的長度應根據上部結構對承載力和變形的要求確定，并宜穿透軟弱土層到達承載力相對較高的土層；為提高抗滑穩定性而設置的攪拌樁，其樁長應超過危險滑弧以下。

1.4 樁頂調整層

豎向承載攪拌樁復合地基應在基礎和樁之間設置褥墊層褥墊層厚度可取其材料可選用中砂粗砂級配砂石等。

2 粉噴樁施工質量控制要點

2.1 粉噴樁應在設計樁頂以上不小于1.5m 基坑面開始施工，如地面高程不足，應回填中、重粉質壤土，保證施工機械安裝平穩、牢固，施工面平整。

2.2 粉噴樁施工前應根據設計進行工藝性試樁，根據試樁質量確定工程樁施工工藝參數，試樁數量不少于2 根。

2.3 水泥土攪拌樁施工步驟由于濕法和干法的施工設備不同而略有差異。 其主要步驟為：攪拌機就位、調平，預攪下沉至設計深度，邊噴漿（粉）、邊攪拌提升至預定的停漿面，重復攪拌下沉至設計深度，噴漿（粉）攪拌提升至預定停灰面，空鉆提出地面，關閉攪拌機。

2.4 粉噴樁施工時實際施工樁頂高程需高出設計樁頂500mm 以上， 在基坑開挖時將設計樁頂以上部分人工鑿除，嚴禁采用挖掘機等機械鑿除，以免破壞樁身。

2.5 水泥土攪拌法干法噴粉施工機械必須配置經國家計量部門檢定合格、具有能瞬時檢測并記錄出粉量的粉體計量裝置及攪拌深度記錄儀。

2.6 控制好噴粉（漿）時鉆頭的下沉、提升速度，第一次噴粉應控制在0.5～0.7m/min，第二次噴粉應控制在0.6～0.8m/min，勻速提升防止因噴粉不均勻形成軟弱夾層。

2.7 土樣含水量：當水泥摻入量相同時，樁身強度隨土樣含水量增大而降低，施工時應測定土樣含水量。 濕法根據實際含水量調整水灰比，現場應配備水泥漿比重測定儀控制漿體稠度。 干法在地基土天然含水量小于30%土層中成樁時，應采用地面注水攪拌工藝。

2.8 樁長、樁位、樁徑的控制。 樁長的控制不僅要看表通過鉆速和時間計算， 還要在鉆進時在搭架上在設計樁長深度位置劃上明顯的標記，同時根據鉆機負載電流突變和轉速變化，判斷是否穿透軟土層進入持力層[3]。 樁位測量放樣后應在樁位釘小樁，并保護好不被破壞，樁機就位時樁位偏差應＜5㎝。 垂直度是樁位控制的關鍵，施工中應經常用錘球檢查樁機垂直度，垂直度偏差應＜1%。 樁徑控制要求不小于設計直徑，施工中應經常檢查鉆頭直徑，發現磨損超過規范要求應及時補焊。

3 質量檢驗

水泥土攪拌樁的質量控制應貫穿在施工全過程，并應堅持全程旁站監理。 施工過程中必須隨時檢查施工參數和計量記錄，對照施工工藝對每根樁進行質量評定。 重點檢查水泥用量、樁長、攪拌頭轉數和提升速度、復攪遍數和復攪深度等。 成樁后應檢驗樁體均勻性、完整性和承載力。

3.1 粉噴樁樁體均勻性檢驗。 根據 《建筑地基處理技術規范》， 攪拌樁應在成樁后3 天以內用輕便動力觸探器進行質量檢驗，檢驗樁的數量為施工總樁數的1%，且不少于3 根。

3.2 粉噴樁應在成樁7d 后，及時檢查樁身的完整性。抽樣檢測數量為成樁的5%，檢測方法為：淺部開挖樁頭（含超噴部分），其深度為500mm，目測檢查攪拌的均勻性，測量成樁直徑，對樁身強度持有懷疑的樁體，鉆取樁身芯樣，測其強度。

3.3 成樁28d 后，按總樁數的0.2%且不少于3 根，檢測單樁及復合地基承載力是否滿足設計要求。

4 紅星排水站出水涵加固實例

4.1 工程概況

紅星排水站位于繁昌縣峨溪河右堤上，站址區原為老河道，峨溪河大堤修建后人工填筑，該地段堤頂高程11.6m，堤頂寬度為5.0m。 臨水高程5.0～6.0m， 背水側地面高程5.00～7.5m。 根據鉆探資料所揭示的地層，建筑物底板以下地層分布如下：

4.1.1 層淤泥質粉質壤土：呈灰褐色、灰黃色等，濕，流塑～軟塑狀態。層底高程－3.6～－4.1m，層厚9.4～10.0m。靜探比貫入阻力Ps 值0.4～0.80MPa，平均為0.5MPa，實測標貫擊數N 為2～4 擊/30cm，平均為3.2 擊/30cm。

4.1.2 層粉質粘土～重粉質壤土：呈灰黃～褐黃色，濕，可塑～硬塑，含少量鐵錳礦物及少量高嶺土。 該層未鉆穿，最大揭露厚度5m。

4.2 設計參數與施工工藝

4.2.1 粉噴樁數量。 泵站出水箱涵斷面尺寸2m×2.5m，設計面積置換率19.6%， 采用正方形布置， 樁徑50cm， 樁距100cm，在箱涵底面以外布置一排維護樁，共布置250 根樁，具體布置參見圖1。

4.2.2 粉噴樁深度。 樁長穿過③層淤泥質粉質壤土層，進入下部④層粉質粘土～重粉質壤土層1 米， 樁長在9.5～10 米之間，樁頂高程4.9m，樁頂停灰面高程5.1m。

圖1 出水箱涵粉噴樁布置圖

4.2.3 材料。 水泥采用PO42.5，干法，摻入比為15%，復合地基承載力130kPa。

4.2.4 施工工藝。 工程樁施工前對現場進行了粉噴樁干法工藝試驗，共打2 根試樁，擬定施工工藝參數為：采用干法，水泥摻入比為15%（56kg/m），全程復噴、復攪工藝，鉆進速度0.6～1.0m/min，第一次噴粉提升速度0.5～0.7m/min，復噴、復攪速度0.6～0.8 m/min。

4.3 質量檢驗

攪拌樁的成樁質量檢驗方法常用的有：反射波法、靜載試驗、鉆芯檢驗、輕便觸探、標準入試驗、挖驗等。 紅星排水站出水涵水泥攪拌樁加固地基檢測采用：輕便觸探、挖驗和靜載試驗三種方法，分階段檢測樁體均勻性、完整性和復合地基承載力，檢測結果如下：

4.3.1 樁體均勻性檢測。 成樁3d 內，選擇3 根樁，用輕型動力觸探（N10）檢查樁身的均勻性，成樁后的觸探檢測結果見表1， 顯示3 天內的N10 擊數均大于對應天然地基土的N10 擊數的一倍以上，滿足設計要求。

表1 紅星站水泥攪拌樁輕便動力觸深成果匯總表

4.3.2 成樁開挖檢查。 成樁7 天后采用淺部開挖樁頭，檢查成樁效果。 選擇12 根樁，經檢查，樁的外徑為50cm，和攪拌機頭部的葉片直徑相當，樁體均勻、無斷層現象，整體性、密實性較好。 強度方面，用鐵鍬鏟比較困難，初步判斷強度較高。

4.3.3 復合地基承載力試驗。 成樁28 天后，選取3 根樁檢測復合地基承載力，3 根樁的復合地基承載力檢測結果如下：54# 靜試點：單樁復合地基加荷至270kN 時，抗壓穩定，未達到極限荷載，最大沉降量15.79mm，最大回彈量為11.98mm，殘余沉降量3.81mm；106# 試驗樁： 單樁復合地基加荷至270kN 時，抗壓穩定，未達到極限荷載，最大沉降量18.50mm，最大回彈量14.69mm， 殘余沉降量3.81mm；174# 靜試點：單樁復合地基加荷至270kN 時，抗壓穩定，未達到極限荷載，最大沉降量26.97mm， 最大回彈量為21.71mm， 殘余沉降量5.26mm。 3 根樁復合地基承載力均大于130kPa，滿足設計要求。 成樁后的靜載試驗P－S 曲線見附圖3。

圖3 單樁復合地基靜載P-S 曲線圖

5 結語

通過近幾年來幾項水泥攪拌樁加固地基的實踐，初步得出以下結論：

水泥深層攪拌樁具有施工操作簡單， 施工中噪聲小，無振動、無污染，施工速度快、造價低等優點；繁昌縣河漫灘土層含水量一般在40～50%，其巖性多為粉土、淤泥質粉質壤土，地下水無侵蝕性，適合采用水泥深層攪拌樁加固地基；水泥攪拌樁主要承受豎向荷載，對樁身連續、均勻要求極高，樁的實際承載力由樁最薄弱段質量決定，因此施工中應建立一套完整的質量保證體系進行嚴格的質量控制。

［1］張繼周,文小利,翟孝猛.如何運用水泥深層攪拌樁處理公路軟基[J].科技信息,2009（19）:222－223.

［2］JGJ79－2002 建筑地基處理技術規程[S].

［3］宋軍成.淺談水泥漿深層攪拌樁施工質量控制[J].中小企業管理與科技,2009（10）:200－200.