淺析水泥土攪拌樁地基加固工程施工技術及檢測方法

□張圣西 □周 沛（中國水利水電第十一工程局有限公司）

1.工程概況

大沙河閘位于大沙河的入湖口處，閘軸線距湖西大堤約130 m，閘兩側通過大沙河河堤與湖西大堤連接。主要建筑物包括節制閘閘室、船閘上閘首以及防滲范圍內的上、下游翼墻和船閘閘室，為1級建筑物；次要建筑物包括船閘下閘首以及防滲范圍外的上、下游翼墻和船閘閘室，為3級建筑物。建筑物的擋洪標準同湖西大堤，按防御1957年洪水標準設計，擋洪水位37.0 m；設計標準為20 a一遇，出口水位與南四湖同頻率遭遇，出口水位為36.3 m，設計流量1360.0 m3/s。

閘址處揭露地層主要為第四紀沖、洪積而成，層中夾層、互層較多，上更新統（Q3）土層均含有砂礓，且自上而下砂礓的粒徑逐漸增大。場區地層自上而下分為8層：（0）層為人工（堆）填土、（1-1）層為黃色砂壤土、（1-2）層黃色中、輕粉質壤土、第（2）層為黃色粘土、第（3-1）層為黃、灰黃色粘土，夾中粉質壤土層和少量砂壤土薄層、第（3-2）層以黃或灰色粉質粘土夾輕粉質壤土、第（4）層為黃、灰黃色細砂、砂壤土、第（5）層以黃、灰黃夾灰白或灰綠色中粉質壤土和輕粉質壤土互層、第（6）層為黃或灰黃、灰白色粉質粘土、第（7）層為黃色含礫中粗砂、第（8）層為黃夾灰或褐黃色粉質粘土。

上閘首、左右岸岸墻、翼墻等水工建筑物及相關工程基礎采用水泥土攪拌樁加固處理。樁的置換率分別達到：岸墻22.4%，翼墻直線段26.8%，圓弧段22.3%，船閘上閘首26.9%。設計樁長10 m，樁底深入持力層3-2輕粉質壤土夾粘土層中1.0 m。加固范圍內的地基土層物理力學指標見表1。

表1 加固范圍內的地基土層物理力學指標表

由于存在多層不同性質的土層，因此需要選擇一種薄弱土層作為目標進行處理，以確定施工技術參數。第2層土為粘土，在攪拌樁施工范圍的最上部，受到的荷載最大，且其承載力低于其余土層，因此選擇該土層土作為加固目標。地基加固處理技術指標見表2。

表2 地基加固處理技術指標表

2.施工規劃

2.1 施工組織安排

考慮到汛期基坑過水以及地下水的影響，建筑物基礎開挖時預留1 m的保護層暫不開挖。為此，先將左岸建筑物基礎開挖至EL31.0 m高程，然后在此高程處進行攪拌樁的施工，停漿面高程為設計樁頂高程以上30 cm。上部攪拌樁孔為空樁頭，不噴漿。攪拌樁施工完成后，將上部預留土方挖除，破除樁頭至設計樁頂標高，進行復合地基承載力的檢測和上部水泥土褥墊層的施工。汛期基坑過水，汛后將水抽排，開始進行建筑物鋼筋混凝土結構的施工。

2.2 施工水、電布置

水泥攪拌樁施工利用前期準備、施工階段形成的水、電系統。從施工變壓器直接通過185 mm2電纜接入水泥攪拌樁施工現場，長度約100 m，用電總功率約為200 kW，在工作面設置移動式配電柜，然后敷設70 mm2電纜，接入攪拌樁機。

水泥攪拌樁經檢測合格的地下水，配置3m3水箱。

3.施工主要技術參數

施工采用2臺ZGZ-A型水泥土攪拌機，灰漿泵型號為BW-150型，工作壓力為0.4～0.6 MPa。提升速度：提升速度控制在1 m/min以內，并與噴漿速率相匹配。樁身垂直度：≤1%。深度記錄誤差：≤5 cm。漿液水灰比：水灰比根據試樁情況確定,水灰比為0.55。段漿量：根據試樁的結果確定，段漿量為4.6L/10 cm。漿液比重：與水灰比相匹配，漿液比重為1.775。停漿面位置：為保證承重樁樁頭質量，停漿面必須高于設計樁頂高程0.3 m。

4.工藝性試樁

主要是確定水泥攪拌樁的主要施工工藝技術參數：鉆進速度、提升速度、水灰比等，通過試樁以確定最終的施工技術參數以指導大面積的樁基施工。

水泥土攪拌樁在施工前根據設計要求進行了工藝試驗，以確定該場地的施工工藝技術參數。試樁地點為岸墻外側1 m，試樁樁數為2根，樁長為10 m。

4.1 試樁方案

根據室內配合比設計報告，采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥。水泥摻入量15%進行試樁。先采用水灰比為0.6進行試驗，流易性及攪拌均勻度都比較好，則按水灰比0.55繼續試驗；如流易性或攪拌均勻度不太好，則說明水灰比偏小，則將水灰比調大到0.65進行下根樁的試驗。

4.1.1 初步參數

4.1.1.1 噴漿量

土的自然密度為1.82 g/cm3，樁徑為0.5，水泥摻量15%，通過計算：水灰比0.6：段漿量為4.9L/10 cm。水灰比0.55：段漿量為4.6L/10 cm。水灰比0.65：段漿量為5.2L/10 cm。

4.1.1.2 鉆進速度Vz和提升速度V提

根據噴漿量和泵流量計算,并結合現場取得的經驗,選用鉆進速度Vz=80 cm/min,取提升速度V提=100 cm/min。

4.1.1.3 注漿量的出口壓力

當地層組分以粘土為主時,為保證漿液與粘土拌和均勻并充分反應,取出口壓力為0.4～0.6 MPa。當地層為砂性土時,適當減少壓力,取0.3～0.5 MPa。當施作下半部分樁體時,適當增加噴漿壓力,以保證樁身水泥摻入量滿足要求，噴漿壓力可通過回漿管調節。

4.1.1.4 旋轉速度

根據鉆機的性能,取旋轉速度為90 r/min。

4.1.2 計算單組樁水泥用量

按水泥摻入量15%，水灰比0.6計算。

土天然容重1820 kg/m3，樁體截面積：0.196 m2,則每米水泥用量為：1830×15%×0.196=53.5 kg/m，則一根樁水泥用量為53.5×10.3＝551 kg，拌制一桶水泥漿，每桶水泥用量為551 kg，拌和用水331 kg。

4.1.3 試樁工藝

采用“兩噴四攪”，施工過程中采用SJC型水泥攪拌樁漿量檢測記錄儀控制段漿量和總漿量。

4.2 試樁的檢查

樁身垂直度每根樁施工時均用水準尺或其他方法檢查導向架和攪拌軸的垂直度，間接測定樁身垂直度。通常垂直度誤差不超過1%。

水泥土攪拌樁成樁7d后，采用淺部開挖樁頭（深度宜超過停漿面以下0.5m）的辦法，目測檢查攪拌的均勻性，兩側成樁直徑。

5.水泥攪拌樁施工

5.1 施工方案

根據本工程施工特點，考慮到粘土不易攪拌等，攪拌樁施工工藝采用了“兩噴四攪”的施工方法進行施工。第一次預攪噴漿下沉到設計高程為一噴一攪；攪拌提升為一噴二攪；第二次再攪拌噴漿下沉為二噴三攪，再攪拌提升為二噴四攪。施工過程中使用BJ-A型水泥土攪拌樁漿量檢測記錄儀（以下簡稱流量計）控制段漿量及總漿量。

岸翼墻、上閘首以及第一聯節制閘基礎土方一次開挖到EL31.0 m高程，在形成的基坑底部周圍挖80 cm深的排水溝以排水，然后在此高程進行攪拌樁的施工，但是停漿高程為設計樁頂高程以上30 cm。其余上部攪拌樁孔為空樁頭，不噴漿。攪拌樁施工完成后，將上部預留土方挖除，破除預留的樁頭至設計樁頂標高，進行復合地基承載力的檢測和上部水泥土褥墊層的施工。

5.2 施工工藝流程

本工程采用兩噴四攪的施工工藝，具體工藝流程如下：場地整平→測量樁位→機械就位→攪拌噴漿下鉆（速度≤50 cm/min）→到達樁底，攪拌30s后再提升鉆具（速度≤100 cm/min），確保底部有足夠的漿量→提升攪拌高于設計樁頂標高30 cm→重復攪拌噴漿下沉至設計樁底標高→重復攪拌提升至規定標高→關閉攪拌機械→移位。

5.3 施工工藝說明

第1，就位對中、整平：移動深層攪拌樁機到達預定樁位，對中、整平。

第2，流量計各參數設定：設置深度零點、段漿量、樁長、總漿量等。

第3，攪拌噴漿下沉：啟動深層攪拌樁機電機，使鉆桿沿龍門塔架攪拌噴漿下沉到設計深度后，開啟灰漿泵，待漿液到達噴漿口，再按設計的下沉速度邊噴漿（漿量約為總漿量的50%）邊下沉攪拌。下沉速度由電器控制裝置的電流監測表控制，工作電流不應大于額定電流，且為保證攪拌噴漿均勻。

第4，制備固化劑漿液：深層攪拌樁攪拌噴漿下沉的同時，后臺拌制水泥漿，待壓漿前將漿液經過濾網倒入儲漿筒中。

第5，攪拌提升：深層攪拌樁機提升攪拌高于設計樁頂標高30 cm。

第6，二次下沉噴漿、攪拌提升：重復第3、第4、第5操作。

第7，樁機按設計預設的樁位移動，開始下一個樁體施工。如此循環施工，完成所有樁體施工。

6.水泥土攪拌樁檢測

6.1 靜荷載試驗

水泥土攪拌樁靜荷載試驗主要指承受的復合地基試驗。豎向承載力試驗可分為復合地基載荷試驗和單樁載荷試驗。單樁載荷試驗僅能檢測樁體承載力，不能反映樁體和地基土共同作用關系，試驗結果只能為設計提供復合地基承載力計算參數，不能直接檢測出復合地基承載力。復合地基靜載試驗可直接測出復合地基承載力。

首先，載荷試驗必須在樁身強度滿足試驗荷載條件時，并在成樁28 d后進行，檢查數量為樁總數的l.0%，且每項單體工程不應少于3點。

其次，經觸探和載荷試驗后對樁身質量有懷疑時，在成樁28 d后，用雙管單動取樣器鉆取芯樣作抗壓強度檢驗，檢驗數量為施工總樁數的0.5%，且不少于3根。

6.2 取芯試驗

水泥土攪拌樁成樁7 d后，采用淺部開挖樁頭（深度宜超過停漿面以下0.5 m）的辦法，目測檢查攪拌的均勻性，兩側成樁直徑。檢查量為總樁數的5%。成樁后28 d，從樁身取鉆孔取樣進行樁體強度的檢測。

取芯檢測是一種直觀準確的水泥土攪拌樁施工質量檢測方法。該方法可根據芯樣直接檢驗樁的連續性、均勻性、密實度、樁長、端承條件等，也可以將芯樣制作成試塊進行抗壓強度試驗，檢驗樁體強度。

7.結語

水泥攪拌樁的質量控制貫穿在施工的全過程，其質量檢測就顯得極為重要，施工過程中必須隨時檢查施工記錄和計量記錄，并對照規定的施工工藝對每根樁進行質量評定。通過樁位偏差檢測、樁身垂直度檢測、樁身水泥摻量、攪拌頭上提噴漿的速度及水泥漿液攪拌均勻性的檢測來驗收水泥土攪拌樁質量是否符合規范及設計要求。