水泥攪拌止水帷幕樁不成樁原因及成功解決途徑

杜開福，焦紹林

（重慶建工集團總承包公司，重慶 401122）

引言

在淺層水位地區，進行基坑開挖前，基坑周邊可用水泥攪拌止水帷幕樁方式，將水攔在外面，保證基坑后續施工；水泥攪拌止水帷幕樁是一種成熟工藝，是土和水泥攪拌形成強度，把基坑內外水隔離。該工程沒有搞清楚所攪拌的土質成份和試驗，就盲目用普通水泥、濕法工藝（常規作法）進行施工，使得鉆的347根樁不成樁，達不到止水效果，成為了報廢樁后才將土質進行檢驗分析；檢驗分析結果為泥碳土，然后再根據泥碳土的特點、水泥的主要特性、水泥的等級、摻量、攪拌的工藝、攪拌參數等進行了9組試驗。試驗結果以水泥為礦渣水泥、水泥等級為425R、水泥摻量67kg/m、攪拌工藝為干法、攪拌參數為兩攪兩噴組，強度達到規范標準值，最后按此組試驗完成該工程的水泥攪拌止水帷幕樁施工，滿足了設計要求。以下對水泥攪拌止水帷幕樁施工及試驗的成敗進行分析介紹。

1 工程慨況

工程地點:海南省文昌市龍樓鎮；建筑基坑底面積:3799m2；建設規模:總建筑面積21250m2，地上主體結構14層，地下1層；室內地坪設計標高±0.000相當于7.75m（1985年國家高程）；基礎采用樁基加1m厚筏板形式，樁基為人工挖孔樁:Ф1200，200根，Ф1000，8根， 共計208根樁基； 該工程地質特點，地表覆土有7～8m厚，為潛水類型，初見水位埋深為0.6～1.0m，靜止水位埋深為0.8～1.2m。根據調查，場邊內近3～5年地下水的最高水位接近地表。樁基頂相對標高設計為-7.5m，需將7～8m土層開挖形成基坑，再在基坑底部進行人工挖孔樁施工；為了便于后續施工，在基坑周邊采取止水措施將水攔在外面。目前，常用止水措施主要有水泥攪拌樁和高壓噴射注漿樁兩種。這兩種止水帷幕是利用特制的機械在地下用水泥和軟土強制攪拌成“水泥土”，水泥和軟土之間所產生的一系列物理-化學反應，使軟土硬結成具有整體性﹑穩定性和一定強度，具有止水作用；水泥攪拌樁較為經濟。根據該工程特點，止水帷幕選用水泥攪拌樁。該工程水泥攪拌樁設計深度為12m，基坑頂開挖邊線長83.5m，寬76.4m，止水樁共設919根。

圖1 501工程基坑水泥攪拌止水帷幕樁圖

2 水泥攪拌止水帷幕樁不成樁原因

2.1 水泥攪拌止水帷幕樁施工方法

2.1.1 施工工藝流程（圖2-圖3）

圖2 施工工藝流程

圖3 水泥攪拌樁施工工藝流程圖

2.1.2 濕法施工方法

（1）鉆孔對位

按放樣標識的樁位，移動鉆機主機，使鉆頭對準小木樁，操作液壓桿調整機身塔架及鉆桿垂直度，安裝好深度計并調零，試機送氣檢查管線是否暢通、氣密性良好。

（2）鉆桿鉆進

啟動送漿泵，開啟鉆機，邊送漿邊鉆進，隨鉆桿進樁加固的土體在原位攪動切碎，鉆頭鉆至設計深度原位轉動不再鉆進。

（3）噴漿、攪拌成樁

鉆頭鉆至設計深度，立即開啟噴漿機，確認鉆頭噴漿后開始提升鉆桿，整個噴漿制樁過程中邊噴漿，邊攪拌，邊提升連續作業，鉆頭提升至設計停灰面時，停止噴漿，鉆頭原位攪動1min后將鉆頭邊攪拌邊提升至地面。在整個過程中，詳細記錄每米噴灰量，確認成樁的噴灰量、垂直度、樁體等指標滿足設計規范要求后方可移機進行下一根打設，否則重新補打。

（4）相鄰樁的搭接(圖3)

圖4 相鄰攪拌樁搭接示意圖

a.在每根樁的施工過程中，隨時注意樁體的垂直度。

b.嚴格控制相鄰樁樁的搭接間距，每根樁的中心偏差不得在大于±4cm。

c.相鄰兩樁施工間隔不超過12h。

（5）該工程水泥攪拌樁，樁徑Ф500，間距350，樁與樁間咬合150，達到基巖面可終孔。為了確保攪拌樁的質量，達到良好的止水效果，必須嚴格控制鉆孔深度、用灰量、提升速度，嚴格按照設計每米水泥用量，提升速度不超過2m/min。施工時應嚴格按照設計樁位、樁長以及確定的參數施工。

2.2 水泥攪拌止水帷幕樁不成樁原因

根據地勘建議和設計要求，為保證基坑及人工挖孔樁施工應對擬建場地采用隔水帷幕止水，坑內管井降水。開工前，按照海南類似基礎，編制了水泥土攪拌樁止水帷幕施工方案，經業主、監理單位、地勘單位、設計單位核定批準后，從2010年5月7日開始了濕法工藝、普通水泥作業的水泥、土攪拌成樁施工，鉆了347根止水樁時，在2010年5月16日將先鉆好的樁開挖發現樁的強度太低，基本不成樁。我們將土質樣本送到海南地質部門實驗室進行化驗分析，認定為泥碳土。泥碳土又稱泥炭土、黑土、腐殖土，屬于泥煤的一種。泥煤的成因，主要是很久以前（少說要千萬年以上），由浸水環境中的植物性殘骸（如藻類、苔蘚類、水生及沼生植物類），大量沉積于地層中，在厭氣狀況下，經微生物部分分解作用，所形成的黑色或暗褐色礦物，它是一類由植物變成煤過程中的過渡產物。泥碳土的含水量很高，一般可高達85%～95%。

（1）不上強度層位都是因為有黑色硬質夾層段，雖經挖掘機進行過翻挖處理，但土質較厚無法處理到位，仍以泥碳土為主，由于浸水環境中的植物性殘骸大量沉積于地層中，在厭氣狀況下，經微生物部分分解作用，形成的黑色或暗褐色礦物。泥碳土的含水量及有機質含量很高，影響普通水泥固結，從而出現凝固差、不上強度等現象。

（2）該層在挖掘過程中就發現含水量較大，不是純粹的粉細砂層，采用濕法施工對水泥漿的吸收不是很好，具體反映為吃漿量少，孔口返漿量大，從而影響樁身凝固及固結強度。

（3）水泥攪拌樁止水帷幕采用普通水泥，而普通水泥防耐蝕性較差，從而強度很低，將達不到止水的效果。

（4）水泥用量較少是水泥攪拌止水帷幕樁不上強度的原因之一。

a.水灰比:0.55。

b.現場配合比（表1）。

表1 現場配合比

c.每米水泥用量＝樁長×樁的設計截面積×土的密度×摻量系數，即:水泥用量＝3.14×0.25×0.25×1700×15%=50kg/m。

3 水泥攪拌止水帷幕樁不成樁分析

水泥攪拌止水帷幕樁是靠水泥和軟土中的水泥和土之間發生一系列的物理﹑化學反應而形成強度，不同的土質、水泥品種、攪拌工藝會產生不同的加固效果，我們應從水泥品種、攪拌工藝、水泥等級﹑水泥摻量等方面來進行分析。

3.1 水泥

3.1.1 礦渣水泥

（1）使用范圍

a.礦渣水泥使用于普通混凝土高強、防滲、超高強、高性能混凝土及預制拌桿、管、大型橋梁等行業，強度高、表面光潔。

b.礦渣水泥使用于受海水侵蝕的海洋工程，碼頭、水庫及隧道工程。

c.礦渣水泥使用于各種環境下的基礎工程，高速公路、機場跑道等。

（2）性能特點

與普通混凝土相比，礦渣超細粉混凝土后期強度增長率較高，耐蝕性好，干燥收縮和徐變值較低。新拌礦渣混凝土工作度良好，坍落度經時損失有所減少，易振搗，泌水性少。

3.1.2 礦渣水泥同普通水泥最大的區別

（1）摻料:礦渣水泥石灰石或粒化高爐礦渣產量為6%～15%，而普通水泥摻量為5%以內。

（2）性能:普通水泥早期強度和后期強度增長都比較快，在低溫情況下增長速度也比礦渣水泥快，抗腐蝕性能比較差，水化熱高抗凍、耐磨性好；礦渣水泥早期和低溫環境下強度增長較慢，后期增長速度較快，水化熱較低，抗腐蝕性、耐熱性較好，但干縮變形大，析水性大，耐磨性差。厚大體積混凝土和在高濕環境或永遠處在水下的混凝土優先選用礦渣水泥。

3.2 攪拌工藝

3.2.1 濕法工藝

按設計的水灰比先將水泥和水攪拌均勻成水泥漿，再用加壓泵輸送到鉆機直達轉動的鉆頭噴漿同泥土攪拌成樁 （鉆頭鉆至設計深度，立即開啟噴漿機，確認鉆頭噴漿后開始提升鉆桿，整個噴漿制樁過程中邊噴漿，邊攪拌，邊提升連續作業，鉆頭提升至設計停灰面時，停止噴漿，鉆頭原位攪動1min后將鉆頭邊攪拌邊提升至地面）。

3.2.2 干法工藝（又稱粉體噴攪法）

按設計的每米水泥摻量，將水泥放入加壓灌，用計算機控制每米摻量，再用加壓泵將水泥干粉送到鉆機直達轉動的鉆頭噴粉同泥土攪拌成樁（鉆的過程同濕法）。

3.3 水泥摻量及等級

根據海南常規作法，水泥采用普通水泥摻量為15%﹑等級為PC 32.5R。

此前進行的水泥攪拌止水帷幕樁的施工，從水泥品種﹑攪拌工藝﹑水泥等級﹑水泥摻量都沒有根據該工程土質為泥碳土地質情況出發，所以止水樁強度低不成樁。后來根據泥碳土的性質，選擇水泥品種﹑攪拌工藝﹑水泥等級﹑水泥摻量等進行試驗。

4 成功試驗

根據以上水泥攪拌止水帷幕樁強度低不成樁的原因分析和《粉體噴攪法加固軟弱土層技術規范》(TB 10113-96)，采取了9組方式進行試驗（兩根攪拌樁為1組）；即攪拌工藝:濕法工藝和干法工藝；操作參數；水泥:普通水泥和礦渣水泥；水泥用量:50kg／m和67kg∕m分別試驗。

4.1 試驗

（1）攪拌工藝為濕法施工，操作工藝參數用單攪單噴，水泥采用礦渣水泥，進行攪拌止水樁試驗。

a.水泥等級為32.5R，水泥摻量每米15%的摻入量 （即50kg/m）進行鉆兩根攪拌樁。

b.水泥等級為42.5R，水泥摻量每米15%的摻入量 （即50kg/m）進行鉆兩根攪拌樁。

c.水泥等級為42.5R，水泥摻量每米20%的摻入量 （即67kg/m）進行鉆兩根攪拌樁。

（2）攪拌工藝為干法施工，操作工藝參數用單攪單噴，進行攪拌止水樁試驗。

a.用普通水泥，把水泥等級為42.5R，水泥摻量每米20%（即67kg/m）進行鉆兩根攪拌樁。

b.用礦渣水泥，水泥等級仍為32.5R，水泥摻量每米15%（即50kg/m）進行鉆兩根攪拌樁。

c.用礦渣水泥，水泥等級為42.5R，水泥摻量每米20%（即67kg/m）進行鉆兩根攪拌樁。

（3）用干法工藝施工，對操作工藝參數進行調整，即兩攪兩噴，控制攪拌均勻度，進行攪拌止水樁試驗。

a.用普通水泥，把水泥等級為42.5R，水泥摻量每米20%（即67kg/m）進行鉆兩根攪拌樁。

b.用礦渣水泥，水泥等級為32.5R，水泥摻量每米15%（即50kg/m）進行鉆兩根攪拌樁。

c.用礦渣水泥，水泥等級為42.5R，水泥摻量每米20%（即67kg/m）進行鉆兩根攪拌樁。

4.2 取樣檢驗

用試件將每組返到樁口的“水泥土”做成試塊，在水泥攪拌止水帷幕樁試驗完后，隔7d對試件進行強度試壓，結果是干法工藝施工，兩攪兩噴，礦渣水泥，水泥等級為42.5R，水泥摻量每米20%（即67kg/m）的兩根攪拌樁強度最高，即強度試壓值為1.7MPa，其值大于《粉體噴攪法加固軟弱土層技術規范》(TB 10113-96)規定“7d的強度不得低于0.5 MPa”要求；然后，決定采用這組試驗的工藝方法、水泥品種、水泥摻量、水泥等級、兩攪兩噴鉆該工程止水帷幕樁。通過后續基坑開挖施工以及人工挖孔樁施工，這種水泥攪拌止水帷幕樁達到了止水效果，滿足了設計要求。本次試驗成功充分說明，泥碳土地質不能采用濕法工藝和普通水泥作攪拌止水樁。

5 結論

該工程水泥攪拌止水帷幕樁失敗和試驗成功案例，告述我們在地質較復雜地區，不能用常規的經驗來施工水泥攪拌止水帷幕樁，一定要查清工程所在位置地質情況，并試驗成功后，才能進行施工，切記不要憑經驗辦事。

[1]龔曉南.地基處理手冊[M].北京:中國建筑工業出版社，2008.

[2]常士驃，張蘇民.工程地質手冊[M].北京:中國建筑工業出版社，2007.