淺析水泥深層攪拌樁在軟基加固中的應用

何 青

（江蘇金堰交通工程有限公司，江蘇 泰州225500）

0 引言

隨著工程施工技術的發展，需要在濱海、湖沼、谷地、河灘等地開發建設。在各種軟土中修建建筑物，首先要解決的是軟土地基問題。軟土地基主要是由粘土和粉土等細微顆粒含量的松土、空隙率的有機質土、泥炭或松散砂土等土層構成。相對來說，軟土地基的地下水位高，其上的填方及構造物穩定性差且容易發生沉降，從而導致上層路基或建筑物不平整、開裂，造成大量的經濟損失和資源浪費。因此，提高軟土地基的處理技術是工程界所要解決的重要課題。

水泥深層攪拌法是用于加固飽和軟粘土地基的一種較新的方法，它是利用水泥等作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機械，在地基深處就地與軟土強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理、化學反映，最終使軟土硬結成抗壓強度比原狀土高得多，并具有整體性、水穩定性和一定強度的優質復合地基，從而提高地基承載力，達到加固地基的目的，最終達到設計和使用要求。

由于水泥深層攪拌法加固地基具有施工工期短、施工簡單、材料來源廣、造價低和加固效果明顯等特點，因此自20世紀80年代初進入我國以來，被廣泛地應用于公路、水利、港口碼頭、機場等建設工程的軟土地基加固。

1 水泥深層攪拌樁在我市沿江地區的應用

1.1 泰州市沿江地區地質水文情況

泰州市沿江地區位于長江北岸，是典型的長江漫灘地區，地勢平坦低洼，軟土分布廣泛。根據地質勘測成果表明，本地區地下水水質良好，軟土為淤泥質亞粘土及粘土，飽和，呈流塑狀，高壓縮性，高孔隙比，厚度較大，呈層狀分布，層厚1.5～9.0m不等，最大達22m。

1.2 應用情況

近年來泰州在沿江地區陸續新建了一批公路工程項目，對深、厚軟土地基的處理廣泛采用了水泥深層攪拌樁技術。一般來說，當軟基處理深度大于15m，均采用深層攪拌樁，樁徑一般為50cm，呈梅花型布置，樁心間距根據置換率不同介于1.0～1.5m之間不等，水泥土無側限抗壓強度設計值≥1.5MPa。

2 水泥深層攪拌樁的施工

2.1 施工準備

深層攪拌樁是隱蔽工程，質量管理難度很大，其質量控制應貫穿在施工的全過程。施工單位在開工前，應根據工程地質勘察報告和攪拌樁的設計資料，在原投標文件的基礎上，編制更為詳細具體的施工組織設計，在質量控制、安全保障、工期、人員、設備、材料等方面提出完整的實施計劃和措施。

2.1.1 設備要求

進場后，應對施工機械設備配套情況、完好率情況等進行檢查，認真核查樁機的技術性能，確保所用機型能滿足施工要求。施工機械動力應大于45kW，鉆頭葉片三層，每層兩片，上下層間距300mm，水平兩片葉片夾角30度，每片葉片寬100mm，并應配有電腦記錄和打印噴漿量設備。

2.1.2 材料要求

水泥深層攪拌樁采用32.5級及以上的普通硅酸鹽水泥。使用前，承包人將水泥的樣品送中心試驗室（主要檢驗水泥標號、凝結時間、安定性等）或監理工程師指定的試驗室檢驗，合格后方可使用。

2.1.3 技術準備

施工人員必須熟悉設計圖紙、技術規范、施工方案、工藝要求等。按要求在室內進行配比試驗，確定滿足設計要求的最佳水灰比、水泥摻入量。應做好測量放樣工作，繪制出水泥攪拌樁平面布置圖，標出醒目標志以利查找。

2.1.4 場地準備

施工段落在清表后應將場地整平。當地基表層有淤泥或軟弱層時，應清淤后回填。場地應做好排水坡，挖設排水溝，保證場外不積水。

2.1.5 室內配方試驗

實際使用的噴漿量必須通過室內配合比試驗確定，根據土樣天然含水量，孔隙比的不同，應做不同配合比的試驗，確定最佳噴漿量。噴漿量在室內試驗的基礎上，每米提高水泥用量5kg，并控制最小水泥用量≥50kg/m。

2.1.6 工藝性試樁

為確定各種技術參數，按首件工程認可制要求進行工藝性試樁，攪噴樁成樁工藝試驗由施工單位進行，監理全過程旁站。試樁結束后由施工方對試樁進行總結，作出“濕噴成樁工藝的試驗總結報告”（包含工程名稱、參加試樁人員、工藝流程、施工參數等內容），上報監理組，批準后方可進行大面積施工。同時將取得的施工參數掛牌標明在機架上，以便執行及檢查。

成樁試驗應達到下列目標：（1）檢驗室內試驗的水泥土的配合比，是否適用于現場。（2）滿足設計水泥用量的各種技術參數，如鉆進速度、提升速度、攪拌速度、噴漿壓力、單位時間輸漿量等。（3）檢驗樁身的無側限抗壓強度（28d）是否滿足設計要求。（4）檢驗加固劑分布的均勻性和有效加固長度能否符合設計規定。（5）掌握下鉆和提升的阻力情況，選擇合理的技術措施。

2.2 施工工藝流程

水泥深層攪拌樁的施工流程為：場地平整→施工放樣→鉆機定位→制備水泥漿→預攪下沉→提升噴漿攪拌→重復噴漿攪拌→成樁→鉆機移位。

2.2.1 鉆機定位

鉆機安裝調試，檢查轉速、空壓設備、鉆桿長度、鉆頭直徑等，并連接好輸漿管路，將鉆機移到指定位置；鉆桿端必須對準樁位中心，垂直度偏差小于0.5O。

2.2.2 制備水泥漿

水泥漿液應按設計配合比拌制，水泥漿拌和時間不得少于5min，不得離析、沉淀，停置時間不得超過2h；灌入漿液時應加篩過濾。

2.2.3 預攪下沉

待攪拌機及相關設備運行正常后，啟動攪拌電機，使攪拌機旋轉切土下沉。鉆進速度一般應控制在0.4～0.7m/min。拌機下沉時，開啟灰漿泵將水泥漿壓入地基中，邊噴邊旋轉。

2.2.4 提升噴漿攪拌

提升噴漿攪拌，攪拌機下沉到達設計深度后，開啟灰漿泵將水泥漿壓入地基中，邊噴邊旋轉；提升噴漿過程中的噴漿量應達到設計要求，并按以50～60r/min的轉速和v=0.7～0.8m/min的速度，邊提升邊注漿，直至設計樁長。成樁要控制攪拌機的提升速度和轉速，使連續均勻，以控制注漿量，保證攪拌均勻，同時泵送必須連續，噴漿壓力應不小于0.4MPa。

2.2.5 復噴復攪

當鉆頭提升到距離原地面50cm左右時，再重新邊噴漿邊攪拌至樁底，在樁底攪拌、連續噴漿1～2min，攪拌頭自樁底反轉，邊噴漿邊旋轉，并以50～60r/min的轉攪拌軸轉速和v=0.7～0.8m/min的速度提升攪拌機，最后攪拌提升至地面，并做好施工記錄。

2.2.6 機具移位

鉆機移位，重復以上步驟，進行下根樁的施工。

2.2.7 機具清洗

當施工告一段落后，清洗全部管路中的殘存水泥漿，并將黏附在攪拌頭上的軟土清洗干凈。

2.2.8 樁頭處理

樁體強度達到設計強度70%后，人工對攪拌樁樁頭超灌部分進行鑿除，并清除現場多余土層；待滿足各項檢測設計要求后，填筑卵、礫石墊層。

根據本地區試樁結果，要高度重視復攪的作用。早期施工中，我們曾發現有樁體成型不好的情況，最初我們試圖通過增加單位噴漿量來解決，但效果卻并不理想，后來在并未增加單位噴漿量的情況下，通過增加復攪次數，取得了較好的成樁效果。本地區復攪次數一般都達到超過2次，有些段落復攪次數甚至達到6次。一般來說全程復攪次數越多，拌和越均勻，成樁效果也越好。

2.3 施工中的質量控制要點

1）進入施工現場的水泥應具備出廠合格證、質保書等質量證明文件。水泥的堆放必須符合防雨、防潮的要求，不使用過期、受潮、結塊的水泥。

2）開機前必須先檢查導向管的垂直度，施工中要隨時觀察和保持攪拌機底盤的水平和導向架的豎直。攪拌樁垂直度偏差≯1%，樁位偏差≯50mm，攪拌頭的直徑應每天檢查一次，確保樁頭磨損量不超過10mm，成樁直徑和樁長不得小于設計值。

3）水泥漿液應按預定的配合比攪拌均勻，加入緩凝劑防止初凝現象，保證每根樁所需漿液一次單獨拌制完成，并應有專人記錄每根樁的水泥用量，制備好的漿液不得離析，倒入集料時應加篩過濾，以免結塊，損壞泵體，泵送漿液前，管路應保持潮濕，以利輸漿。

4）鉆進噴漿攪拌至設計樁長或硬土層后，應原地噴漿攪拌30s。如局部位置存在噴漿不足的情況時，應在反轉提升的過程中進行補漿。

5）鉆頭提升至地面后，應立即反向鉆進復攪，復攪深度原則上應為樁身全長。在復攪拌過程中，應對局部噴漿不足的樁身部位進行補漿，并防止噴漿口堵塞。

6）嚴格控制鉆機下鉆深度、漿噴高程及停漿面，確保攪噴樁長度和水泥漿液噴入量達到設計要求，樁長不得小于設計樁長或監理工程師現場確認的施工樁長，全樁水泥用量不得小于試樁時確定的水泥用量，每米用漿量誤差不得大于5%。

7）重復攪拌：在水泥摻入比達到一定程度時（一般為10%～15%），保證攪拌程度比增加水泥含量對承載力的提高更有效。為了保證水泥漿與土充分拌勻，在電動機功率允許的前提下，應盡量多裝幾把葉片。在水泥摻量、噴漿壓力和機具轉速相同時，提升速度慢的樁身強度較高。

8）深層攪拌樁施工完畢后需養生28d，達設計強度后才能填筑路基和進行構造物的施工。

3 質量檢驗

3.1 施工原始報表檢查

施工原始報表應詳盡、完善、如實地記錄施工時間和工藝參數，完整地反映施工全過程。

3.2 人工開挖驗樁

一般在每個段落最后一根樁完成一周后進行，開挖時對樁頭必須小心處理，不準用重錘敲擊。要求樁體圓勻，無縮頸和回陷現象；拌和勻稱，凝體無疏松；群樁樁頂整齊，間距勻稱。

3.3 鉆孔取芯和標準貫入試驗

鉆孔取芯試驗和標準貫入試驗按照 《巖土工程勘察規范》（2009年版）（GB50021-2001）、《軟土地基深層攪拌技術規程》（YBJ225-1991）等有關規定執行。

3.4 載荷試驗

樁的載荷試驗是較接近樁的實際工作條件的試驗，用以檢查樁的沉降及地基承載力。是否進行載荷試驗根據設計文件要求或現場實際情況確定。

4 結束語

從我市沿江地區公路工程項目的施工和運營期間地基沉降觀測結果來看，水泥深層攪拌樁對我市沿江地區深、厚軟土地基的處理達到了預期效果，取得了良好的社會經濟效益。在多年工程建設實踐中，通過對該項技術的質量管理，有如下幾點建議供工程界同行參考：

1）軟土地基處理在工程建設中為首要環節，軟基處理屬于隱蔽工程，且被構造物覆蓋，構成隱患不便檢查與補救。水泥攪拌樁是一種有效處理軟基的辦法，對工程建成后降低工后不均勻沉降有顯著的效果。

2）根據水泥土反應機理和施工的實踐結果來看，水泥摻入量達到一定值時，單純提高水泥用量對強度提高不顯著，提高攪拌的均勻性對樁的強度影響較大。對于不同的類型和不同性質軟土，必須在現場采取有代表性芯樣進行配合比試驗，才可以達到設計的加固效果，如實反映設計要求。

3）施工前做試驗樁是必要的，以此確定的施工參數對大面積施工的質量控制很關鍵。制備好的漿液不得離析，泵送必須連續。拌制漿液的罐數、固化劑和外摻劑的用量以及泵送漿液的時間等應有專人真實記錄。

4）施工過程中的攪拌質量（鉆桿轉速和復攪次數）對成樁質量影響大，作為質量控制的關鍵除了水泥用量以外，攪拌質量應作為重點來管理。因軟土地基在不同地段、不同土層土質不同，為了能客觀有效地評價深層攪拌樁施工質量和處理效果，質量檢測宜采用多種方式綜合測定、綜合評分。

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